基于分步综合的多时期换热网络设计

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1、学校代码：号：硕士学位论乂论基于分步综合的多时期文题目换热网络设计学科专业控制科学与工程研究方向工业过程建模、控制和优化论文作者陈彩虹指导教师钱锋教授定稿日期：年月日学位论文使用授权声明本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华东理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。保密论文在解密后遵守此规定。论文涉密情况：不保密□保密，保密期（—

2、年—月—日至—年—月—日）学位论文作者签名：日期：弃丨月日分类号：密级：华东理工大学学位论文基于分步综合的多时期换热网络设计陈彩虹指导教师姓名：钱锋教授华东理工大学上海市梅陇路号申请学位级别：硕士专业名称：控制科学与工程论文定稿日期：论文答辩日期：学位授予单位：华东理工大学学位授予日期：答辩委员会主席：评阅人：顾幸生教授邓丽副教授作者声明我郑重声明：本人恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的结果。除文中明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何他人已经发表或撰写过

3、的内容。论文为本人亲自撰写，并对所写内容负责。论文作者签名：月匆日华东理工大学硕士学位论文第页基于分步综合的多时期换热网络设计描玻调安换热网络普遍存在于过程工业的能量回收系统中，其设计的合理性和高效性直接关系着工业系统的整体性能。针对不同操作时期换热需求的不同，为了提高热交换效率，换热网络的结构应随之变化。换热网络的综合问题，即是在各种条件允许的情况下，充分利用工艺物流的能量，减少公用工程消耗，同时对换热网络进行优化和调整，进一步节省设备投资成本，从而使得网络的总投资费用最小。本文针对多时期换热网络的综合问题开展了

4、研究工作，主要创新点包括：结合单时期换热网络的分步综合设计和换热器的分时共享设计，得到最少的网络总投资成本；同时提出管线优化模型，减少换热器之间管线连接的成本，优化了网络结构。为了能解决大规模的多时期换热网络的设计问题，本文首先结合了夹点技术法和数学规划法的特点，利用分步综合的方法对换热网络的每个操作时期进行优化设计，依次建立、和数学规划模型，在软件环境下，通过选择合适的求解器进行模型的求解，可以分别得到每个操作时期最少的操作成本、最少的换热匹配数目以及最少的设备成本，从而达到克服大规模设计问题模型求解时间无法满足

5、实际应用的需要。同时，由于同一换热匹配的面积在不同时期存在差异，文中采用最大面积法确定网络整体所需的换热器面积，以此满足不同时期的换热需求。其次，针对最大面积选择法造成的换热器闲置的现象，本文首先利用三种策略对所有时期的换热器进行分时共享设计，结果表明，对不同规模的换热网络，选择适当的共享策略都能在一定程度上降低设备成本，同时还可以提高网络的操作弹性。针对上述策略存在的不足，文中对策略三的数学模型进行了改进，利用改进后的模型对实例进行求解，得到比原模型更优的设计结果，同时提高了设计可行性。针对换热器分时共享设计带来

6、的设备单元之间管线连接复杂的问题，本文提出了一种基于换热器分时共享机制的多时期换热网络管线优化模型，由模型的优化结果可知，在给定位置的前提下，管线优化模型不仅可以使得换热网络中换热器之间管线连接的总长度达到最少，还能自动给出换热器的最佳放置位置，优化了网络结构。关键词：多时期换热网络；分步综合；数学规划方法；分时共享机制；管线优化模型第页华东理工大学硕士学位文华东理工大学硕士学位论文第页第页华东理工大学硕士学位文目录第章绪论弓夹点技术法鮮规划分步综合方法同步综合方法论文的主要内容与结构第章基于分步综合的单时期换热网

7、络设计弓单时期换热网络的逐步热整合最小操作成本（最小公用流体使用量）最小热交换匹配数最小热交换匹配数模型求解小规模换热网络设计实例实例求解实例求解大规模换热网络设计实例实例求解实例求解本章小结第章基于换热器分时共享机制的多时期换热网络设计弓分时共享策略一：列表排序选择法分时共享策略二：拆分重组法分时共享策略三：数学规划法数学规划模型的改进本章小结第章基于换热器分时共享机制的换热网络管网排布设计弓华东理工大学硕士学位论文第页换热网络的管线长度计算换热器排布和管线优化模型实例求解本章小结第章总结与展望本文的主要工作总结

8、今后研究工作展望参考文献致谢在读硕士学位期间发表的论文华东理工大学硕士学位论文第页第章绪论引言石油、化工、冶金、制药行业都是耗能的大型工业企业。炼油、烧碱、合成氨等产品的生产过程能量消耗均很高，导致其节能降耗的任务非常的艰巨。在过程工业中，换热网络普遍存在于能量回收系统，其设计的高效性和合理性与工业系统的整体性能有着密不可分的联系。在生产阶段，有物流需要加热