用虛擬溫度法進行優化間歇過程換熱網絡

邢秉茂

（北京眾聯盛化工工程有限公司太原分公司，山西太原 030006）

用虛擬溫度法進行優化間歇過程換熱網絡

邢秉茂

（北京眾聯盛化工工程有限公司太原分公司，山西太原 030006）

間歇過程在生產中高度靈活，使其在化工生產中所占的比重越來越大。研究了用虛擬溫度法得到的間歇過程換熱網絡，尋找各時間間隔的子換熱器網絡內的熱負荷回路，以一定的規則斷開回路，對總換熱器網絡進行結構優化，使得到的總換熱網絡的換熱單元數目減少。

結構優化；間歇過程；換熱網絡；虛擬溫度法

1 間歇過程換熱網絡結構優化

1.1 基于虛擬溫度法的間歇過程換熱網絡

虛擬溫度法[1-2]是基于換熱器結構不同及流股不同傳熱系數等因素導致的價格不同，確定不同流股在換熱過程中貢獻給溫差的數值，對流股溫度進行修正，對系統的不同溫位能量進行重新分配，使各個換熱器的溫差分布更加合理，優化換熱網絡結構。

換熱器網絡綜合[3]的目標函數為最小的年度化總費用，費用的內容有公用工程費用，設備的費用，換熱面積的費用。

1.2 換熱網絡結構優化回路斷開的規則

在虛擬溫度法的基礎上，尋找換熱網絡中的熱負荷回路，通過一定的規則斷開回路，得到最終換熱網絡，計算其總費用。

（1）換熱網絡中，在保證熱負荷為正和換熱過程中溫度差低于約束條件的前提下，如存在分流，斷開回路的方法采用在回路斷開后存在分流的方式，如行不通，則用斷開后不存在分流的方式進行斷開。

（2）對于換熱網絡中的二級回路及二級回路以上回路的情況，在滿足熱負荷非負和換熱溫差約束的條件下，優先去掉其中熱負荷最小的換熱設備；當熱負荷量最小的換熱設備有約束條件不能被去除時，再考慮去掉其他熱負荷量較小的換熱設備。

（3）對于間歇過程，如果在一級回路中兩個換熱器都是非共用的，則用上面提到的第1條斷開回路；如果在回路中有非共用換熱器，則對非共用換熱器優先去掉；如果都是共用換熱器，則根據換熱網絡中各共用時間間隔的最大面積來確定需要斷開的換熱器。

2 間歇過程的換熱網絡優化實例

例子中的換熱網絡的數據如表1所示。

實例中所示的換熱網絡有共有5個時間間隔，只有第四個時間間隔有熱負荷回路，因此只需要對第四個時間間隔進行結構優化。

找到一級回路（1，7），根據上面的規則，去掉7號換熱器，檢驗相關熱負荷和傳熱溫差進行檢驗，均滿足要求。繼續尋找回路，找到二級回路（8，6，5，1），根據規則去掉8號換熱器（熱負荷最小），經檢驗也滿足要求。換熱網絡優化前后結果如表2所示。

表1 例題數據

表2 實例換熱網絡優化前后結果對比

由表2可以看出，對換熱網絡進行優化后，總的換熱器減少了兩個，總換熱面積在以前基礎上增加了 4.24m2。總投資費用減少了 1 306.00$/a。

3 結束語

文章在以間歇生產過程換熱器網絡的基礎上，對換熱網絡結構進行結構優化，降低了換熱網絡年度總費用。

本文提出了對間歇過程中換熱網絡結構優化的三條規則，并利用規則對間歇過程實例進行優化后，總的換熱器減少了兩個，總的換熱面積增加了 4.24m2，總投資費用減少了 1 306.00$/a，表明文章的三條規則適用于間歇過程換熱網絡的優化。

[1] 王 莉， 王 玲，姚平經， 等 .一 種 具 有 不 同 傳 熱 膜 系 數 網 絡 的 新 設計方法 —— 虛擬溫度法 [J].大連理工大學學報，1995，35（2）：203-20.

[2] 李暉，王莉，姚平經 .采用虛擬溫度法設計換熱器網絡 [J].高校化學工程學報，1997，11（l）：100-103.

[3] 姚 平 經 . 化 工 過 程 系 統 工 程 [M]. 大 連 ：大 連 理 工 大 學 出 版 社，1992.

The Structure Optimization of Heat Exchange Network Based on the Pseudo-temperature for Batch Process

Xing Bing-mao

Batch processes take an increasing proportion of chemical production processes.On the basis of the heat exchanger network of batch processes based on the pseudo-temperature，this paper studies the structure optimization of heat exchange network for batch process.The thermal load loops can be found within each time interval of the heat exchanger network.According to certain rules to disconnect loop of the heat exchanger network for each time interval，the number of the units for the fi nal network after structure optimization is reduced.

structure optimization ；batch process ；heat exchange network ；pseudo-temperature method

TK172

：A

：1003–6490（2017）07–0168–02

2017–05–15

邢秉茂（1989.4），男，山西平遙人，助理工程師，主要從事化工裝備設計工作。