基于裕量设计的换热网络持续节能优化

换热网络是炼油化工过程中的重要能量回收单元，其运行状况直接影响着全装置的节能降耗。换热网络的操作以满足生产要求为目标，当操作条件发生变化时，尤其是换热器运行过程中因不断结垢而使热阻不断增大，基于给定操作条件设计的换热网络因偏离设计值而使总公用工程费用不断升高，甚至在运行周期较长时不能满足生产的要求。因此在换热网络设计时留出一定的面积裕量，但设备面积投入使用则不能在操作中进行调节，旁路则是调节面积裕量的手段。为此本课题以持续节能为目标，结合可控可观性分析和优化两种方法设计旁路方案，并定量分析设计裕量的利用与旁路开度调节间的对应关系，以此为基础，实现长周期运行时换热网络的持续节能，优化求解当设备参数发生变化时旁路开度以及面积裕量的大小，使得换热网络及其旁路设计方案兼顾经济效益和控制性能，并在整个运行周期中通过调节旁路开度保证换热网络的持续节能。

换热网络的操作以满足生产要求为目标，当操作条件发生变化时，尤其是换热器运行过程中因不断结垢而使热阻不断增大，基于给定操作条件设计的换热网络因偏离设计值而使总公用工程费用不断升高，甚至在运行周期较长时不能满足生产的要求。因此在换热网络设计时留出一定的面积裕量，但设备面积投入使用则不能在操作中进行调节，旁路是调节面积裕量的手段。 .　　以持续节能为目标，结合可控可观性分析和优化两种方法设计旁路控制方案：(1)提出一种考虑了可控性的换热网络旁路设计法。基于对稳态模型增益的定量计算，从可控性分析的角度逐一求解换热网络的非方相对增益矩阵，从中确定最优的旁路位置，使被控变量具有较高的可控性。 (2)权衡可控性与经济性两方面因素，在可控性要求较高时，为实现设置最少的旁路以满足全部状态的可控性要求，提出了换热网络全部状态可控的旁路优化设计法。在旁路数目受限时，根据具体的经济性与可控性要求，提出了准可控的旁路优化设计法。.　　基于全周期节能的有旁路换热网络裕量优化设计研究工作。换热网络全周期运行期间，由于设备老化等因素，换热性能逐步下降，能耗逐步提高。而当前工业换热网络的裕量设计难以有效地解决此问题。因此提出了一种基于有旁路换热网络全周期节能的裕量优化设计方法，通过旁路调节，逐步释放有效面积裕量，达到全周期节能的目的。.　　有旁路换热网络全周期节能的动态优化控制实现方法。为了较好地利用旁路调节和裕量空间，提出一种基于换热网络动态模型的在线优化控制方法，巧妙地结合原有常规控制回路，不但扩大了优化控制的可行域，并且满足原常规控制回路的精度要求。该方法以换热网络一定周期内的累积费用最小为目标函数，同时考虑扰动对换热网络的影响，在满足工艺条件的基础上，求解最佳旁路开度，以实现换热网络的持续节能。由于采用闭环校正、迭代计算和滚动优化的实施方法，始终把优化建立在实际的基础上，尽管它每次不一定能得到全局最优解，然而使得实际控制结果达到最优。