新型换热网络柔性运行的控制方法及其装置制造方法及图纸

新型换热网络柔性运行的控制方法及其装置，所述方法包括，识别换热网络中的敏感流体，并在所述敏感流体上设置旁路调节装置；获取入口处敏感流体的温度和流量参数；根据该温度和流量参数的变化和预先设定换热网络的结构信息，求解最佳旁路开度；根据求解的最佳旁路开度调节旁路调节装置的开度。本发明专利技术提高了换热网络整体的自身调节能力，减少了热和冷公用工程的消耗量，实现了节约能源、提高了运行效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种换热网络的控制方法及其装置，具体涉及一种新型换热网络柔性运行的控制方法及其装置。
技术介绍
换热网络广泛应用在石油化工、能源动力等领域，其运行的高效性、合理性直接关系到工业系统的整体性能。在实际过程中，换热网络常常受到各种扰动的影响，使得实际运行工况偏离设计工况，导致运行性能的大幅度迁移和运行费用的大幅攀升。工况恶劣时，换热网络的运行无法满足实际需要。因此，采用合适的控制措施，使得换热网络的运行始终满足工艺要求且维持较低的运行费用，具有重要意义。 以往换热网络主要通过调节公用工程实现物流出口参数的调节，保证目标流体出口参数的稳定。这种控制方法未能从换热网络内部着手抑制扰动，导致在扰动频繁或扰动大的情形下，公用工程费用的急剧增加。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种新型换热网络柔性运行的控制方法及其装置，通过设置敏感流体旁路以及采用旁通调节的控制方法，以提高换热网络整体的自身调节能力，减少热和冷公用工程的消耗量，节约能源、提高运行效率。 为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案 一种新型换热网络柔性运行的控制方法，包括以下步骤 1)识别换热网络中的敏感流体，并在所述敏感流体上设置旁路调节装置； 2)获取入口处敏感流体的温度和流量参数； 3)根据该温度和流量参数的变化和预先设定换热网络的结构信息，求解最佳旁路开度； 4)根据求解的最佳旁路开度调节旁路调节装置的开度。 进一步地，所述步骤1)中，所述敏感流体的识别依次包括以下步骤 A)得到设计工况下换热网络的结构参数、流体参数和换热器参数； B)将换热网络的参数信息化，利用换热网络稳态模拟技术实现换热网络的模拟； C)变动换热网络中流体的入口参数，利用模拟获得流体出口参数，给定不同的入口参数，获得相应的出口参数响应曲线； D)根据工艺允许的区间，分析出口参数响应曲线，获得换热网络的柔性特性； E)若某个流体的柔性区间小于某一值，该流体即为敏感流体。 进一步地，在所述步骤3)中，根据换热网络结构参数和实时测量到的流体参数，利用蒙特卡罗随机抽样技术得到换热网络初始旁路开度，然后利用最速下降法获得最佳旁路开度。 本专利技术还提供一种新型换热网络柔性运行控制装置，包括 由一个或多个换热器组成的换热网络，每个换热器的包括第一流体管路和第二流体管路，所述第一流体管路的入口处和第二流体管路的入口处均分别设有流量传感器和温度传感器，所述换热网络中的敏感流体管路的入口处设有旁路，敏感流体管路的出口处设有一个电动三通阀，所述旁路均分别与对应的敏感流体管路的电动三通阀相连通，所述电动三通阀的控制端以及流量传感器、温度传感器与一控制计算机相连接，所述控制计算机根据获取的流量和温度信息，结合预先设定换热网络的结构信息，执行最佳旁路开度计算，根据计算结果调节所述电动三通阀的开度。 进一步地，所述温度探测器和流量探测器与所述控制计算机5之间还依次连接有模拟多路开关和A/D转换器。 进一步地，所述控制计算机与所述模拟多路开关相连接。 进一步地，在所述电动三通阀的控制端与所述控制计算机之间还连接有D/A转换器。 本专利技术与以往的换热网络控制系统相比，具有如下有益效果 A、本专利技术结构紧凑、成本较低、应用方便，而以往的换热网络控制系统常采用复杂的控制系统，结构复杂，投资成本高； B、在换热网络数值模拟的基础上，通过优化程序得到了合适的旁路调节量，控制的实现只需调节电动三通阀的开度，不增加额外的控制成本，且可降低网络的运行费用； C、在控制速度上，换热网络的运行优化程序获得的最佳旁路调节参数只需几秒，因此从工业控制的角度而言，完全能满足控制的速度要求；并且换热网络数值模拟可获得较高的求解精度，因此获得的旁路调节参数精度高，从而保证了控制的精度。本专利技术可广泛应用于化工、石油、能源动力等场合。 附图说明 图1是本专利技术新型换热网络柔性运行控制装置实施例的结构示意图； 图2是本专利技术新型换热网络柔性运行控制装置中单个换热器的旁路调节控制示意图。 标号说明 10、20、30换热器7、17、27、37温度传感器 11、12、21、22、31、32电动三通阀50控制计算机 3、13、23、33流体入口处 51模拟多路开关 4、14、24、34流体出口处 52A/D转换器 5、15、25、35公用工程 53D/A转换器 6、16、26、36流量传感器 具体实施例方式 实施例一 一种新型换热网络柔性运行的控制方法， 1)识别换热网络中的敏感流体，并在所述敏感流体上设置旁路调节装置； 2)获取入口处敏感流体的温度和流量参数； 3)根据该温度和流量参数的变化和预先设定换热网络的结构信息，求解最佳旁路开度； 4)根据求解的最佳旁路开度调节旁路调节装置的开度。 目前，换热网络的稳态模拟技术较为成熟，本专利技术直接利用现有换热网络的稳态模拟技术实现换热网络的模拟。其中典型的换热网络中单个换热器的计算模型如下 tho-tci-δthi+δtco＝0(1) Rtho-tci-Rthi+tco＝0(2) 其中 S＝(1-Xh)WhCph(4) 上式中t代表温度，W代表流量，C代表比热容，K代表换热器换热系数，X代表旁路开度(为0时关闭旁路；为1时关闭主路，全部旁流)，A代表换热器换热面积，下标h代表热流体、c代表冷流体、p代表定压、i代表流体进口、o代表流体出口。 由上式可知知道换热器进出口的任意两个温度，即可求得另外两个温度。例如 设流体的物性Cp与温度t的关系为函数f(t) 流体换热后，与旁路出来的那部分流体混合后的流体温度t′ho和t′co。求解方程为 迭代求解方程(7)和(8)即可获得t′ho和t′co。其中φ为冷流体出口温度求解函数，Φ为热流体出口温度求解函数，R为热流体主路热容流率和冷流体主路热容流率的比值，S为热流体主路的热容流率。 针对实际的换热网络，利用上述换热器的数学求解模型，通过流程模拟实现换热网络的求解，即可预知扰动发生后换热网络中流体的出口参数，为换热网络的柔性特性识别和控制奠定基础。 本专利技术利用现有的换热网络稳态模拟技术得到不同入口参数作用下流体出口参数的性能曲线。其中，在所述步骤1)中，所述敏感流体的识别依次包括以下步骤 A、可利用设计图纸等获取设计工况下换热网络的结构参数、流体参数和换热器参数； B、将换热网络的参数信息化，利用现有的换热网络稳态模拟技术实现换热网络的模拟； C、变动换热网络中流体的入口参数，利用模拟获得流体出口参数，给定不同的入口参数，获得相应的出口参数响应曲线； D、根据工艺允许的区间，分析出口参数响应曲线，获得换热网络的柔性特性； E、若某个流体的柔性区间小于某一值，该流体即为敏感流体。 其中，在所述步骤3)中，根据换热网络结构参数和实时测量到的流体参数，利用蒙特卡罗随机抽样技术得到换热网络初始旁路开度，然后利用最速下降法获得最佳旁路开度。 为了获得换热网络最佳的旁路开度，取换热网络的年运行费用为目标函数，即公用工程的费用F1。目标函数为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型换热网络柔性运行的控制方法，其特征在于包括以下步骤：１）识别换热网络中的敏感流体，并在所述敏感流体上设置旁路调节装置；２）获取入口处敏感流体的温度和流量参数；３）根据该温度和流量参数的变化和预先设定换热网络的结构信息，求解最佳旁路开度；４）根据求解的最佳旁路开度调节旁路调节装置的开度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王金阳，倪锦，姜慧，崔国民，胡向柏，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]