考慮系統(tǒng)可靠性的柔性換熱網(wǎng)絡(luò)綜合的研究.pdf

1、隨著過程工業(yè)的日益復(fù)雜和快速更新，對于換熱網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)提出了更加嚴(yán)格的要求，換熱網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)雜的連接關(guān)系，換熱網(wǎng)絡(luò)之中的換熱器通過與其相連接的冷熱過程流股和具有相同連接的冷熱流股的換熱器產(chǎn)生了密切的交互作用，換熱網(wǎng)絡(luò)之中的一臺或者多臺換熱器同時(shí)出現(xiàn)失效情況，會引起與其具有關(guān)聯(lián)的換熱器的進(jìn)出口溫度發(fā)生改變，以至過程物流不能達(dá)到指定目標(biāo)溫度，難以保證換熱網(wǎng)絡(luò)完成讓過程物流達(dá)到目標(biāo)溫度的熱交換任務(wù)。因此對于換熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性的分析是換熱

2、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。本文提出了一種滿足柔性與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性的換熱網(wǎng)絡(luò)綜合的方法。主要研究工作有:
　　(1)采用兩步驟漸進(jìn)解算方法求解計(jì)算高度復(fù)雜的考慮系統(tǒng)可靠性的柔性換熱網(wǎng)絡(luò)綜合問題。第一步借助虛擬溫-焓圖法進(jìn)行柔性換熱網(wǎng)絡(luò)綜合，第二步對于未能達(dá)到系統(tǒng)的可靠性要求的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解耦操作提高系統(tǒng)的可靠性，運(yùn)行遺傳/模擬退火算法對于換熱網(wǎng)絡(luò)之中的換熱器面積與需要的公用工程負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算，在達(dá)到期望的柔性和系統(tǒng)可靠性要求的

3、條件下，得到總費(fèi)用最為節(jié)省的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
　　(2)基于換熱網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)分析，計(jì)算得出換熱網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)可靠性，并且采用網(wǎng)絡(luò)解耦提高換熱網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)可靠性。通過換熱網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)矩陣識別出網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的不相關(guān)子系統(tǒng)，得到換熱網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不相關(guān)子系統(tǒng)的數(shù)量、不相關(guān)子系統(tǒng)的組成等系統(tǒng)可靠性計(jì)算所需要數(shù)據(jù)。找出制約換熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性的瓶頸為包含換熱器單元個數(shù)最多的不相關(guān)子系統(tǒng)含有換熱器的數(shù)量。根據(jù)包含換熱器單元個數(shù)最多的不相關(guān)子系統(tǒng)的組成，計(jì)算得到換熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可

4、靠性。
　　對于柔性換熱網(wǎng)絡(luò)綜合結(jié)果中不滿足網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性約束的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用網(wǎng)絡(luò)解耦的方法，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，改變換熱網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不相關(guān)子系統(tǒng)的分布狀況，提高換熱網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)可靠性。
　　(3)通過換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)矩陣的變換，引入一些解耦探試參數(shù)，基于探試參數(shù)，找出適宜解耦換熱器的選取方法。并且對于適宜解耦換熱器探試參數(shù)的特征出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析。算例結(jié)果表明本研究設(shè)置的這些探試參數(shù)可以有效反映網(wǎng)絡(luò)解耦后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)分布，因此，可

5、以為適宜解耦換熱器的選取提供參考。
　　(4)結(jié)合不同類型的算例進(jìn)一步驗(yàn)證本研究提出的適宜解耦換熱器選取方法。第一個算例是網(wǎng)絡(luò)解耦過程前后換熱網(wǎng)絡(luò)包含的不相關(guān)子系統(tǒng)數(shù)目沒有改變的算例，也是去掉換熱網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任意一臺換熱器之后不能得到新的不相關(guān)子系統(tǒng)的算例。各臺換熱器的探試參數(shù)均相同。第二個算例是網(wǎng)絡(luò)解耦過程前后，換熱網(wǎng)絡(luò)包含的不相關(guān)子系統(tǒng)數(shù)目出現(xiàn)改變的算例。此算例基于探試參數(shù)，選取適宜解耦換熱器，通過網(wǎng)絡(luò)解耦調(diào)整，提高換熱網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)