О МЕТОДЕ СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМ ТЕПЛООБМЕНА СЛОЖНОЙ СТРУКТУРЫ С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ТЕПЛА
Авторы:
1.
КНИТУ
2.
Казанский национальный исследовательский технологический университет
(Системотехники, старший преподаватель)
сотрудник
Казань, Республика Татарстан, Россия
сотрудник
Казань, Республика Татарстан, Россия
3.
КНИТУ
Тип:
Статья
Страницы:
с 89
по 96
Статус:
В работе
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, СИНТЕЗ СИСТЕМ, ТЕПЛОВАЯ ИНТЕГРАЦИЯ, НЕФТЕХИМИЯ, НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА, СИСТЕМЫ ТЕПЛООБМЕНА, РЕКУПЕРАЦИЯ ТЕПЛА, ПИНЧ-АНАЛИЗ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, ОПТИМИЗАЦИЯ
Аннотация (русский):
Рассматривается метод оптимального, автоматизированного технологического проектирования систем теплообмена, позволяющий свести исходную задачу смешанного нелинейного программирования к матричному виду, удобному для организации декомпозиционного синтеза. Исходную задачу предлагается разбивать на последовательность задач нелинейного программирования поиска частных экономических оценок на организацию теплообмена двух потоков различного энергетического потенциала при фиксированном наборе группы управляющих переменных, линейного программирования поиска оптимальной топологии как комбинации оптимальных структурных элементов, и нелинейного программирования поиска нового приближения для вектора фиксируемых переменных. Решение задачи основано на построении строгой избыточной модели системы теплообмена, включающей все возможные варианты построения технологической схемы. Алгоритм решения задачи построен в виде программного сопряжения пакета технологического моделирования Aspen Plus/ Aspen Hysys, универсального математического пакета Matlab посредством COM/ActiveX. Вывод промежуточных и конечных результатов организуется в виде матриц смежности и достижимости в MS Excel и в виде схем PFD через графический интерфейс Unity. Предлагаемый метод, алгоритм и программный комплекс апробированы на ряде модельных примеров, включая технологические установки химии, нефтехимии и нефтегазопереработки. Достигнутые результаты приближаются к предельным оценкам потенциала энергосбережения, полученных методом пинч-анализа. Полученные решения превосходят полуэмпирические методы пинч-проектирования и методы интегрального синтеза, но качество решения зависит от начального приближения в пространстве множества экстремумов критерия оптимальности - суммы приведенных капитальных и операционных затрат. Для дальнейшего снижения числа локальных минимумов предлагается определять начальное приближения посредством однократной реализации транспортной задачи с промежуточными пунктами, в которой в качестве целевой функции используются суммарные затраты на горячие и холодные утилиты.
Рассматривается метод оптимального, автоматизированного технологического проектирования систем теплообмена, позволяющий свести исходную задачу смешанного нелинейного программирования к матричному виду, удобному для организации декомпозиционного синтеза. Исходную задачу предлагается разбивать на последовательность задач нелинейного программирования поиска частных экономических оценок на организацию теплообмена двух потоков различного энергетического потенциала при фиксированном наборе группы управляющих переменных, линейного программирования поиска оптимальной топологии как комбинации оптимальных структурных элементов, и нелинейного программирования поиска нового приближения для вектора фиксируемых переменных. Решение задачи основано на построении строгой избыточной модели системы теплообмена, включающей все возможные варианты построения технологической схемы. Алгоритм решения задачи построен в виде программного сопряжения пакета технологического моделирования Aspen Plus/ Aspen Hysys, универсального математического пакета Matlab посредством COM/ActiveX. Вывод промежуточных и конечных результатов организуется в виде матриц смежности и достижимости в MS Excel и в виде схем PFD через графический интерфейс Unity. Предлагаемый метод, алгоритм и программный комплекс апробированы на ряде модельных примеров, включая технологические установки химии, нефтехимии и нефтегазопереработки. Достигнутые результаты приближаются к предельным оценкам потенциала энергосбережения, полученных методом пинч-анализа. Полученные решения превосходят полуэмпирические методы пинч-проектирования и методы интегрального синтеза, но качество решения зависит от начального приближения в пространстве множества экстремумов критерия оптимальности - суммы приведенных капитальных и операционных затрат. Для дальнейшего снижения числа локальных минимумов предлагается определять начальное приближения посредством однократной реализации транспортной задачи с промежуточными пунктами, в которой в качестве целевой функции используются суммарные затраты на горячие и холодные утилиты.
Ключевые слова:
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, СИНТЕЗ СИСТЕМ, ТЕПЛОВАЯ ИНТЕГРАЦИЯ, НЕФТЕХИМИЯ, НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА, СИСТЕМЫ ТЕПЛООБМЕНА, РЕКУПЕРАЦИЯ ТЕПЛА, ПИНЧ-АНАЛИЗ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, ОПТИМИЗАЦИЯ
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, СИНТЕЗ СИСТЕМ, ТЕПЛОВАЯ ИНТЕГРАЦИЯ, НЕФТЕХИМИЯ, НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА, СИСТЕМЫ ТЕПЛООБМЕНА, РЕКУПЕРАЦИЯ ТЕПЛА, ПИНЧ-АНАЛИЗ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, ОПТИМИЗАЦИЯ
