基于污垢生長(zhǎng)的換熱網(wǎng)絡(luò)綜合與清洗時(shí)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(dòng)的阻力，更是降低了設(shè)備的傳熱效率，導(dǎo)致流體的出口溫度偏離目標(biāo)要求。因此無論是單個(gè)換熱器設(shè)計(jì)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(shí)間的變化，對(duì)柔性換熱網(wǎng)絡(luò)綜合與優(yōu)化問題進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)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(shí)序優(yōu)化。主要內(nèi)

2、容有:
　　(1)考慮到污垢對(duì)傳熱的影響，對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)綜合進(jìn)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(gè)操作時(shí)間內(nèi)的換熱要求，利用最大污垢熱阻計(jì)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(jiǎn)化初始的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在此過程中，針對(duì)以往計(jì)算過程繁瑣且在處理夾點(diǎn)附近的換熱器時(shí)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(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化后各設(shè)備的熱負(fù)荷進(jìn)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(fèi)用。
　　(2)對(duì)污垢隨時(shí)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。基于最大污垢熱阻綜合得到的換熱網(wǎng)絡(luò)，在大部分操作時(shí)間內(nèi)，其換熱面積大于系統(tǒng)實(shí)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(duì)網(wǎng)絡(luò)的固定投資和操作費(fèi)用進(jìn)行權(quán)衡得到總費(fèi)用降低的柔性換熱網(wǎng)絡(luò)。為了精確計(jì)算操作費(fèi)用，本文根據(jù)污垢生長(zhǎng)的特點(diǎn)，將操作時(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間段，通過

4、對(duì)各時(shí)間段進(jìn)行模擬加權(quán)計(jì)算公用工程用量。算例證明本文提出的方法無論計(jì)算時(shí)間還是結(jié)果都優(yōu)于文獻(xiàn)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(shí)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(xué)清洗和機(jī)械清洗兩種方法清除設(shè)備表面沉積物。兩種方法的費(fèi)用、時(shí)間消耗以及對(duì)不同的污垢層的去除能力不同，因此在對(duì)清洗時(shí)序優(yōu)化的同時(shí)需要選擇設(shè)備清洗的方法。整個(gè)計(jì)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)