换热网络的动态柔性及其优化.pdf

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1、第39卷第2期华北电力大学学报Vo1．39．NO．22012年3月JournalofNoahChinaElectricPowerUniversityMar．．2012换热网络的动态柔性及其优化李智川，崔国民，俞巧心一呲一一一一_一善～一一一～一刚ka“sXeaxC(上海理工大学热工研究所，上海200093)摘要：在探讨换热网络可控性和抗干扰能力两方面性能的基础上，提出了换热～网～络动一态柔性～的一概念，并～分析了该性能参数对实际换热网络运行的影响。在此基础上提出了考虑换热网络可控性和运行稳定性的优化设计方法。结果表明，将动

2、态柔性参数引入到换热网络优化设计中，不仅能够兼顾_～量l^稳一=nm詈态和_一O～星动_～态．a蒌∞墓两_一帅．墨～．方_．面n一芑性能，．一m一还可得到更适合实际需要的换热网络结构。关键词：换热网络；动态柔性；优化；可控性中图分类号：TK124文献标识码：A文章编号：1007—2691(2012)02—0088—05d_～k～岫兰盹州y～．_no_e"薹一Ⅲc，．_～_Ⅱd删昭Ⅱ¨一删薹一ktuⅢ切mu～山一_叭呲Ⅷ^雪．y’．b_一mC苫∞～、一幽．一m垦兰、Dynamicflexibilityofheatexchan

3、gernetworksandoptimizationLIZhi-chuan，CUIGuo—ruing。YUQiao—xin(InstituteofThermalEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)出．l暑_∞垂=椭詈㈨～∞∽Mk．m一钝，虽然抗扰动能力得到了提升，但又会造成严0引言重的反应滞后，影响换热网络的工况调节能力和可控性能。可控性和柔性对保证化工系统的稳定换热网络在实际运行过程中，因存在各种不性操作

4、极为重要，因此成为目前的一个研究确定因素，其稳定性将受到很大影响，如物流入热点。口温度、流量和物性的变化都会对其出口温度产Grossmann和Morari将柔性(Flexibility)生一定的影响，而这些温度又是极为重要的被控定义为：“系统在从一种操作状态过渡到另一种变量。如果这些控制变量对于扰因素的变化太敏操作状态的情况下，能够调节到满足工艺要求的感，那将很难获得一个稳定的操作系统，使得网能力”．例如一个柔性工厂必须能够适应不同的络抗干扰能力下降，从而造成运行过程中控制费原料、特定的产品或工艺条件。Ostrovsky，

5、Volin用的增加；相反，如果对干扰因素的变化太迟和Golovashkin’等都为柔性作了类似的定义。从目前用于评价系统柔性的两个主要指标的定义上看，大多都只考虑了参数的变化幅度，而忽略收稿日期：2011—11—24．基金项目：国家自然科学基金资助项目(51176125)；上海市人了参数的响应速度，即仍是一种基于稳态的评价才发展基金(2009022)；教育部博士点基金指标，这种定义没考虑到系统的控制性能指标，(200802520007)；上海市重点学科($30503)．因此不能反映实际系统的运行稳定性和可控性能第2期李智川

6、，等：换热网络的动态柔性及其优化89两方面指标。恒定生产，则希望人口参数的扰动对目标流体的鉴于此，本文在考虑流体的变化幅度与过渡影响越小越好、越慢越好，这样单位时间内目标时间的基础上，提出动态柔性系数的概念，通过流体的变化就越小，即希望换热网络能够实现工对换热网络进行分析，并结合此参数提出兼顾换况偏离的自我调节和适应，此时动态柔性系数越热网络动态优化方案，旨在使得优化结果不仅在小越好。因此利用动态柔性系数对换热网络动态拥有良好静态性能的同时也能拥有良好的动态性能进行评价，应根据实际需要，具体情况具体性能。分析。1换热网络的

7、动态柔性2换热网络结构对于动态柔性参数的影响在换热网络中，当流体入口参数发生变化换热网络的结构设计直接关系到其能量综合时，会引起流体出口温度的相应变化，即从一个利用能力及其透支成本，以往的换热网络设计大稳态变化到另一个稳态，其变化幅度及响应过渡多都将目标函数设定为运行费用(公用工程成时间是衡量这个变化过程的两个重要方面。而在本)与投资费用之和最小。这种设计由于没能考传统的柔性系数中只考虑了出口参数的幅度变化虑网络的动态性能，因此往往造成由于可控性能这一个方面，忽略了过渡时间这个重要指标，因差或者柔性指标不理想而影响实际运行

8、效果。针此仅用柔性系数来评价换热网络还不够全面。因对前述提出的换热网络动态柔性的概念，通过计此，综合考虑出口流体温度的变化幅度及过渡时算不同结构下该指标参数的变化，分析动态柔性间，提出动态柔性系数的概念，用以评价换热网参数与换热网络设计结构之间的关系。络的动态性能。以化工厂4热、5冷的换热网络为例，物流