Оптимизация систем рекуперации тепла газоперерабатывающих заводов

• Автор: Демин, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 05.14.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Киев
• Количество страниц: 295 c. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ГО СИНТЕЗУ И ОПТИМИЗАЦИИ ТЕШЮОБМЕННЫХ СИСТЕМ

1.1. Теплообменная система как часть энерготехнологической системы .

1.2. Постановка задачи синтеза оптимальной ТС

и допущения, используемые при ее решении.

1.3. Классификация теплообменных систем.

1.4. Литературный обзор методов синтеза оптимальных ТС.

Выводи к главе I

ГЛАВА 2. СИНТЕЗ И АНАЛИЗ ТЕШЮОБМЕННЫХ СИСТЕМ

2.1. Место этапа синтеза при оптимизации ТС. Определение максимальной возможной степени рекуперации тепла
2.2. Обработка исходного набора данных .
2.3. Декомпозиционномодульный метод синтеза
2.4. Эволюция синтезированной схемы ТС .
2.4.1. Традиционные правила эволюции
2.4.2. Правило обменной сортировки .
2.5. Анализ синтезированной теплообменной
системы
2.5.1. Задача стабилизации режимов .
Выводы к главе 2 .
ГЛАВА 3. РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЙ ТЕШООБМЕННОГО
ОБОРУДОВАНИЙ
ЗЛ. Интервальноитерационный метод расчета теплообменников, учитыващий неравномерность теплосъема по ходам в трубах .
3.2. Исследование сходимости интервальноитерационного метода расчета
3.3. Математическая модель теплового расчета
при изменении агрегатного состояния сред.
3.3.1. Расчет коэффициента теплоотдачи от кипящих на погружных поверхностях углеводородов
3.3.2. Расчет коэффициента теплоотдачи при конденсации углеводородных смесей в
трубах
3.4. Математическая модель гидравлического
расчета теплообменника.
3.4.1. Расчет гидравлических сопротивлений теплообменника, положенный в основу алгоритма.
3.4.2. Определение линейных гидравлических сопротивлений при течении двухфазных
3.5. Проверка модели теплового расчета испарителяковденсатора по результатам промышленного обследования .
3.6. Прогнозирование показателя оптимальности многоходового теплообменника по результатам расчета одноходового того
же типоразмера.
3.7. Некоторые особенности оптимизации теплообменников при использовании в качестве показателя оптимальности приведенных
затрат
Выводы к главе 3 .
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННОГО
СИНТЕЗА ОПТИМАЛЬНЫХ ТС
4.1. Обоснование выбора контрольных задач для сравнения разработанного метода синтеза с другими, ныне существующими
4.2. Сравнение разработанного метода синтеза с существувдими
4.2.1. Решение задачи 4 Б Р1 и обсуждение полученного результата.
4.2.2. Решение задачи 5 Й Р1 и сравнение полученного решения с другими, имеющимися решениями .
4.2.3. Решение задачи 4Т2 и сравнение полученных результатов .
4.2.4. Решение задачи синтеза ТС для установки ЭЛОУАТ6 .
Выводы к главе 4 .
ГЛАВА 5. ВНЩРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПТИМИЗАЦИИ
ТЕШЮОБМЕННЫХ СИСТЕМ.
5.1. Описание объекта оптимизации .
5.2. Результаты выбора оптимальной теплообменной системы
5.3. Влияние расщепления потоков на показатель оптимальности схемы ТС
Выводы к главе 5
ВЫВОДЫ К ДИССЕРТАЦИИ .
ЛИТЕРАТУРА


Аналогично перекрестным схемам строятся инверсная схема с рециклом и инверсная схема с луппингом. Комбинация перечисленных выше схем ТС образует более сложные схемы тока в системе. Рис Л. РисЛ. Литературный обзор методов синтеза оптимальных ТС. Первые работы, посвященные проблеме рекуперации тепла, оптимизации ТС, в которых эта рекуперация осуществляется, не включали этап синтеза в предмет исследования . Следующим этапом развития методов оптимизации ТС стал этап, на котором были разработаны методы синтеза структуры теплообменной системы. Декомпозиционный. Эвристический. Интегральногипотетический. Эволюционный. Первым подходом к задаче синтеза ТС была работа Хво I , в которой он использовал сепарабильное программирование для предотвращения невыгодного теплообмена в схеме, которая содержала множество различных вариантов структур. Но ввиду большой размерности задачи такой подход не оказался успешным. Для того, чтобы применять метод сепарабильного программирования, Хво предложил производить частичную линеаризацию целевой функции. Вскоре появились два похожих метода синтеза ТС алгоритмические методы, основанные на декомпозиционном принципе синтеза. Один из них был предложен Кеслером и Паркером , другой Кобаяши, Умедой, Ичикавой . В основу математического обеспечения методов был положен метод линейного программирования. На этой основе Кеслер и Паркер сформулировали алгоритмическую процедуру для нахождения оптимальной структуры ТС. Они допустили, что каждый из Ш горячих потоков обменивается теплом с каждым из 1 холодных потоков. Чтобы применить метод линейного программирования, необходимо линеаризовать функцию стоимости. Кесслер и
Паркер предложили разбивать каждый поток на подпотоки с единичной нагрузкой ф , достаточно малые, чтобы целевая функция стала линейной функцией. Число уравнений в записываемой системе зависит от числа потоков в задаче и числа элементов подпотоков, на которое разбивается каждый поток. Для ограничения числа теплообменов между элементами авторы ввели эвристику о минимальной допустимой и максимальной допустимой разностях температур, максимальной величине теплообменника. При решении заполняется матрица, в которой каждая строка представляет один из горячих элементов, а каждая колонка один из холодных элементов. Составные элементы матрицы, отличные от нуля отмечают теплообмен между соответствующими холодным и горячим элементами. Схемы, синтезированные описанным методом, значительно уступают схемам, полученным другими методами. Даже повторная оптимизация полученных схем процедурой ю не обеспечивает получение решений на должном уровне. Также в контексте линейного программирования решали задачу синтеза Кобаяши и др. Неравенство холодных и горячих элементов они преодолевали путем ввода гипотетических потоков, для которых стоимость теплообмена чрезвычайно высока. После получения схемы Кобаяши рекомендует использовать для оптимизации комплексметод Бокса. Стыковка этого метода с линеаризованной системой теплообмена делает метод очень сложным, что является существенным недостатком. Этому методу также присущи недостатки, отмеченные ранее у метода Кесслера и Паркера. Еце одним алгоритмическим методом является метод ветвей и границ. В основу метода положен декомпозиционный метод синтеза. Впервые метод ветвей и границ предложили для проектирования теплообменных систем Ли и др. Математические основы метода изложены в работах , . Следует отметить, что не все схемы, синтезированные методом ветвей и границ физически реализуемы. Поэтому необходим тест на реализуемость после получения решения на каждом этапе. Второй недостаток метода большая размерность. Так для четырех потоков двух горячих и двух холодных существует 4,2 х схем ТС. Я 5 существует Ю и 3 схем, соответственно н . При наличии пяти и более потоков с задачей синтеза не может справиться даже современная ЭВМ. Лагранжа для разбивки системы на подсистемы меньшего размера. В таком виде метод был применен при проектировании производства по получению этилена методом высокого и низкого давления. Кобаяши и др.