基于污垢生長的換熱網(wǎng)絡(luò)綜合與清洗時序優(yōu)化.pdf

1、換熱器是食品和石油化工等行業(yè)中廣泛使用的熱交換設(shè)備。調(diào)查顯示大部分換熱設(shè)備都存在不同程度的結(jié)垢問題。污垢的存在不僅增大了流體流動的阻力，更是降低了設(shè)備的傳熱效率，導致流體的出口溫度偏離目標要求。因此無論是單個換熱器設(shè)計還是換熱網(wǎng)絡(luò)綜合，都需要充分考慮污垢的影響?；谶@種研究背景，本文采用漸近線模型描述污垢隨時間的變化，對柔性換熱網(wǎng)絡(luò)綜合與優(yōu)化問題進行了研究。在此基礎(chǔ)上，進一步研究了存在污垢老化現(xiàn)象的柔性換熱網(wǎng)絡(luò)綜合與清洗時序優(yōu)化。主要內(nèi)

2、容有:
　　(1)考慮到污垢對傳熱的影響，對換熱網(wǎng)絡(luò)綜合進行研究，并提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法。首先采用虛擬溫度法綜合得到初始換熱網(wǎng)絡(luò)，為了滿足系統(tǒng)在整個操作時間內(nèi)的換熱要求，利用最大污垢熱阻計算傳熱系數(shù);然后采用斷開回路和去掉小面積換熱器的方法簡化初始的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在此過程中，針對以往計算過程繁瑣且在處理夾點附近的換熱器時容易出現(xiàn)冷熱流股傳熱溫差小于最小傳熱溫差的情況，本文提出利用Excel中規(guī)劃求解工具對結(jié)構(gòu)簡化后各設(shè)備的熱負荷進行優(yōu)化

3、從而在滿足傳熱約束基礎(chǔ)上，有效的控制公用工程的消耗，降低網(wǎng)絡(luò)的年度總費用。
　　(2)對污垢隨時間變化的柔性換熱網(wǎng)絡(luò)提出采用遺傳/模擬退火算法優(yōu)化換熱器面積的策略?；谧畲笪酃笩嶙杈C合得到的換熱網(wǎng)絡(luò)，在大部分操作時間內(nèi)，其換熱面積大于系統(tǒng)實際需要。本文以過程換熱器的換熱面積為優(yōu)化變量，通過對網(wǎng)絡(luò)的固定投資和操作費用進行權(quán)衡得到總費用降低的柔性換熱網(wǎng)絡(luò)。為了精確計算操作費用，本文根據(jù)污垢生長的特點，將操作時間劃分為若干個時間段，通過

4、對各時間段進行模擬加權(quán)計算公用工程用量。算例證明本文提出的方法無論計算時間還是結(jié)果都優(yōu)于文獻方法。
　　(3)考慮到污垢老化現(xiàn)象，提出柔性換熱網(wǎng)絡(luò)綜合與清洗時序優(yōu)化的方法。本文利用雙層模型來描述污垢層與老化層，并且采用化學清洗和機械清洗兩種方法清除設(shè)備表面沉積物。兩種方法的費用、時間消耗以及對不同的污垢層的去除能力不同，因此在對清洗時序優(yōu)化的同時需要選擇設(shè)備清洗的方法。整個計算過程分為兩部分:首先基于最大污垢熱阻綜合得到初始換熱網(wǎng)