过程工厂中的换热器网络热回收优化制造技术

本发明专利技术涉及过程工厂中的换热器网络热回收优化，公开了一种用于最大化在换热器网络中的热回收的方法和系统，包括从具有多个并行路径的换热器的网络中收集在线过程数据。所述在线过程数据生成于所述路径中的冷的工艺流的出口温度。基于所述在线过程数据来产生流的流速目标值，并且所述流的流速目标值包括通过每个换热器以均衡每个冷的工艺流的出口温度的预期流速。基于流速目标值来控制所述换热器网络的一个或多个冷的工艺流流量控制阀和所述换热器网络的一个或多个工艺流的流量控制阀，以实现对所述冷的工艺流的出口温度的均衡。

【技术实现步骤摘要】

本公开主要涉及过程控制系统，并且特别地涉及用于具有多个并行的换热器的炼 油厂的热回收最大化装置。
技术介绍
像在化学、石油或其它过程中使用的那些过程控制系统一样的过程控制系统一般 包括通信耦合到至少一个主机或操作员工作站的一个或多个集中式或分布式过程控制器。 过程控制器一般也经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线来耦合到例如像现场设备这样 的过程控制和仪表设备。可以是阀门、阀门定位器、开关、变送器和传感器(例如，温度、压 力和流速传感器)的现场设备位于过程工厂环境内，并且在例如打开或关闭阀门、测量过 程参数、增加或减少流体流动等的过程中施行其功能。像符合众所周知的FOUNDATION 现 场总线(在下文中称为“现场总线”)协议或可寻址远程变送器高速通道(HART )协议的 现场设备这样的智能现场设备也可以施行通常在过程控制器中实现的控制计算、报警功能 及其它控制功能。一般位于过程工厂环境中的过程控制器接收指示由现场设备产生的或与现场设 备相关的过程测量或过程变量和/或关于现场设备的其它信息的信号，并执行控制器应 用。举例来说，控制器应用实现不同的控制模块，所述不同的控制模块进行过程控制的决 策，基于接收的信息生成控制信号，并与在像HART 和现场总线现场设备这样的现场设备 中施行的控制模块或块进行协调。过程控制器中的控制模块在通信线路或信号通道上将控 制信号发送给现场设备，以借此控制过程的运行。一般使来自于现场设备和过程控制器的信息可被像操作员工作站、维护工作站、 个人计算机、手持设备、数据历史库、报告生成器、集中式数据库等等这样的一个或多个其 它的硬件设备使用，以允许操作员或维护人员施行与过程有关的所期望的功能，所述功能 举例来说例如改变过程控制例程的设置，修改过程控制器或智能现场设备中控制模块的运 行，查看过程工厂中的过程的或特定设备的当前状态，查看由现场设备和过程控制器所生 成的警报，为了训练人员或测试过程控制软件而模拟过程的运行，以及诊断过程工厂中的 问题或硬件故障。虽然典型的过程工厂具有连接到一个或多个过程控制器的像阀门、变送器和传感 器等等这样的许多过程控制和仪表设备，但是还有许多其它也对于过程运行是必需的或与 过程运行相关的支持设备。举例来说，这些附加的设备包括在典型的工厂中的很多地方所 设置的供电设备、发电与配电设备以及像涡轮机和马达等等这样的旋转设备。虽然该附加 的设备不一定创建或使用过程变量，并且在许多情况下不受控制乃至不被耦合到过程控制 器以影响过程运行，但是该设备对过程的正常运行来说仍然是重要的，并且最终对过程的 正常运行来说是必需的。在整个炼油产业以及其它过程系统范围内，能量管理的过程控制是极重要的问 题。典型的炼油厂包括某种蒸馏系统。在蒸馏系统中，原油在蒸馏之前被传输给对原油进行加热的加热器。于是，由于原油在被蒸馏之前先被加热，所以原油炼油厂需要大量的能量 输入。因为热的原油更容易分离成其蒸馏成分，所以对原油进行加热是必需的。此外，对原 油进行加热提高许多提炼过程的效率并降低许多提炼过程的燃料消耗。因为原油被加热， 所以馏出物包含来自于蒸馏过程的显热。显热是当在产品管流(product stream)中存在 温度变化(或增或减)时传递到产品管流或从产品管流中传递出的热。该显热是潜在可回 收的能量，所述能量如果被回收和再使用则能够提高蒸馏过程的效率。因此，大部分炼油厂 包括例如换热器的某种热回收系统。在蒸馏之前，换热器将一些显热从馏出物传递到原油 流中。这样做时，换热器降低了将原油预热到预定温度所需的燃料量。由于大部分现代的炼油厂的大小和复杂度，单个的换热器不足以完成原油的完全 预热。因此，大部分现代的炼油厂包括对不同的原油流进行加热的换热器网络。然而，这些 换热器的网络没有最大化或优化对馏出物的热回收，因为随着时间的推移，换热器由于在 换热表面上积累污染的液体而运行于不同水平的传热效率。此外，大部分现代的炼油厂处理不同品质的原油，并且具有对精炼产品的不同需 要。污染液体的积累、原油的不同品质和对精炼产品的不同需要都降低了已知换热器系统 的效率。可替换地，作为次级过程的一部分，换热器可以使用必须被冷却的热的工艺液流 (process fluid streams)来对原油进行预热，从而进一步增加效率。一些工艺设计技术被 用于根据炼油厂设计准则来指定将最大化热回收的换热器。在建立炼油厂之后，过程控制 系统通常必须在给定设计和经济约束条件范围内优化炼油厂性能。有时候，对于在不同条 件下指定的原油装料速度(crude charge rate)，原油进料热回收优化器必须能够最大化 热回收。优化器常常必须是经济合理的，因为许多炼油厂相对较小，也许无法证明需要大量 的仪表和控制阀门。此外，考虑到在各种各样的炼油厂中的各种过程控制系统，优化器应该 便于实现。例如炼油厂的许多过程工厂包括设备监控和诊断程序，所述设备监控和诊断应用 举例来说例如由CSI系统提供的机器健康(Machinery Health )应用，或者用于监控、诊 断和优化各种旋转设备的运行状态的任意其它已知的应用。维护人员通常使用这些应用来 维护和监督工厂中旋转设备的性能、确定与旋转设备有关的问题以及确定何时和是否必须 修理或更换所述旋转设备。相似地，许多过程工厂包括像由例如Liebert和AS⑶公司提供 的电力控制和诊断程序，以控制和维护发电与配电设备。在过程工厂中运行像例如实时优 化器(RT0+)这样的控制优化应用以优化过程工厂的控制活动也是已知的。这种优化应用 一般使用复杂的算法和/或所述过程工厂的模型来预测如何改变输入，以在像例如利润这 样的一些期望优化变量方面优化过程工厂的运行。大部分已知的换热优化器系统使用搜索例程来查找在重新加入原油流之后最适 宜的混合温度。利用已知的系统，一个换热器的效率方面的小小变化也许不会导致混合温 度方面的大的变化，因此已知的系统不能考虑效率方面的这些小变化。然而，随着时间的推 移，效率方面的小变化可能导致大的损失。这些及其它的诊断和优化应用一般在系统范围的基础上被实现于一个或多个操 作员或维护工作站中，并且可以向操作员或维护人员提供关于过程工厂的运行状态或者过 程工厂中的装置和设备的预先配置的显示。典型的显示包括接收由过程工厂中的过程控制 器或其它设备生成的警报的报警显示、指示过程工厂中的过程控制器及其它设备的运行状态的控制显示以及指示过程工厂中的设备的运行状态的维护显示等。同样地，这些及其它 诊断应用可以允许操作员或维护人员重新调整控制回路或重新设定其它控制参数，在一个 或多个现场设备上运行测试来确定那些现场设备的当前状态，或者校准现场设备或其它设备。
技术实现思路
公开一种有助于过程控制系统中的热回收的系统和方法，其特定的前提是最大化 换热器网络中的热回收。特别地，只需要从每个换热器路径中收集出口温度。所述系统和 方法通过被称为增量成本均衡(ICE)的负荷配置来完成最大化。ICE基于以下概念来工作， 即如果增量成本不相等，则负荷应该从具有较高增量成本的单元(路径)转移到具有较低 增量成本的单元(路径)。因而，负荷从较高增量成本的(即，较不有效的)换热器路径转 移到较低增量成本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于过程控制系统的换热器网络中的热回收最大化的系统，包括：数据收集工具，其适于在换热器的运行期间从多个换热器中收集在线过程数据，其中所述多个换热器包括具有多个并行路径的换热器的网络，以及其中所述在线过程数据产生于所述多个并行路径中的冷的工艺流的出口温度，每个出口温度与经过各个路径中的一个或多个换热器的冷的工艺流的温度有关；热回收优化模块，其被配置为基于所述在线过程数据来制定一组流的流速目标值，其中所述流的流速目标值包括通过每个换热器以均衡所述冷的工艺流的出口温度中的每一个的热的工艺流及冷的工艺流的预期流速；以及控制模块，其被可操作地耦合到所述热回收优化模块，其中所述控制模块被配置为，基于从所述热回收优化模块提供给所述控制模块的该组流的流速目标值来控制所述换热器网络的一个或多个冷的工艺流流量控制阀和所述换热器网络的一个或多个热的工艺流流量控制阀中的至少一个，以实现对所述冷的工艺流的出口温度的均衡。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LW希夫纳三世，
申请(专利权)人：费希尔罗斯蒙特系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]