用于合成非热力学约束热交换器网络的系统、方法和程序产品技术方案

提供了合成用于依照多个公用工程目标冷却多个热过程流（H1..Hn）并且加热多个冷过程流（C1..Cn）的非热力学约束问题的基层热交换器网络的系统（30）、方法和程序产品（51）。示例性系统（30）包括热交换网络合成计算机（31）以及热交换网络合成程序产品（51），其被配置成通过对于非热力学约束问题应用高级过程-过程匹配方案而在不分解的情况下分析废热回收问题以便产生具有最佳数量的网络热交换器单元的结果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及能量回收系统领域，并且特别地涉及与合成用于过程或过程集群的热交换器网络有关的系统、程序产品和方法，所述过程或过程集群包括要冷却的多个热过程流以及要加热的多个冷过程流。
技术介绍
许多不同类型的过程消耗多个蒸汽水平和电力以便获得输出结果或者产生所需的产品或化合物。对于例如消耗大量燃料蒸汽的大规模过程而言，优选的是通过使用的工厂和装备的仔细的操作、设计或重新配置而优化能耗。此外，在一些工业制造过程中，需要在特定温度下将材料流的特定流提供给不同类型的装备和机器。这些材料流可能需要从原始的起始或供应温度加热或冷却到目标温度。这进而要求消耗蒸汽以便加热特定流以及消 耗水以便例如冷却特定流。可以例如通过特定材料流相对于彼此的仔细放置和配置而将工业制造过程采用或消耗的总能量优化为全局最小水平。例如，可以存在邻近需要加热的冷流地放置需要冷却的热流的可能性。可以将具有已经存在的需要移除的热能(废热)的流或者需要添加热量的流彼此关联以便优化过程的能耗。可以合成热交换器网络以便提供一种用于利用该废热将热量提供给需要添加热量的那些流的媒介。该热交换器网络可能是任何新工厂中非常重要的子系统。照此，热交换器网络合成问题已经在最近四十年中可论证地成为过程合成领域中研究最多的问题之一。然而，热交换器网络的系统合成被证明是挑战性的任务。在最近三十年期间，提出了并且在商业软件和/或学术界中利用了相当多数量的方法。在如下两篇著名的综述论文中引用了这些方法T. Gundersen and L. Naess, “The Synthesisof Cost Optimal Heat Exchanger Networks, ” Computers and Chemical Engineering,vol. 12, pp. 503-530 (1988);以及Kevin C. Furman and Nikolaos V. Sahinidis, “ACritical Review and Annotated Bibliography for Heat Exchanger Network Synthesisin the 20th Century, ” Industrial Engineering & Chemistry Research vol. 41, pp.2335-2370 (2002)。其他的方法包括基于数学规划的方法。尽管这样的方法自八十年代末以来就存在于学术界中，但是出于若干原因它们仍然没有大规模地广泛用于工业应用中。学术界宣称这背后的原因在于(1)尤其是对于大的问题而言，这样的方法的计算要求是大量的；并且(2)得到的解通常不能保证全局性。这两个原因可能被认为是最重要的障碍，但是也存在其他非常重要的障碍。其他显著的障碍包括这些方法的黑箱性质、关于问题经济学的假设、网络中使用的热交换器的类型(壳与管、扭曲管、板框类型等等)、需要事先知道若干公用工程(utility)类型和温度以及用于流匹配和超结构应用的“转运模型”的非包容性。转运模型的使用可以清楚地在产生网络的超结构中看到，所述网络表现出其中公用工程热交换器总是处于网络的终端的结构。然而，在其中要求设计者提前知道究竟有多少次一个流或者其分支之一正要与另一个流相遇的超结构构造中，转运模型是不适当的，因为它并不包括或者说明各种情形(诸如例如其中允许优化过程选择要使用的公用工程类型和供应温度将是有益的那些情形；其中一个或多个流改变其身份将是有益的那些情形；以及其中一个或多个公用工程流有效地变成过程流将是有益的那些情形，等等)或者考虑包括这样的可能性对这样的流超结构的影响。在工业中广泛用于热交换网络(HEN)的初始合成的最新技术水平的软件例如包括称为 Aspen Pinch 的 AspenTech 公司的产品、称为 HX-NET(由 AspenTech 获取)的 Hyprotech公司的产品、称为Pinch Express的KBC产品以及称为Sprint的UMIST产品，其 试图通过以下方式系统地解决热交换器网络合成问题使用公知的夹点(Pinch)设计方法，接着是通过将流分裂的流分支流量和全局网络热回收最小温差(approach temperature)用作非线性规划中的优化变量而对夹点设计方法创建的初始设计进行优化的优化能力以便回收更多的废热、在热交换器之间移位负载以便移除小的单元、在单元之间重新分配负载并且优化表面面积，当然这总是处于使用夹点设计方法确定的拓扑结构的约束内。接着是优化能力方法的夹点设计方法或者方法的组合由于其非黑盒方法而在工业社会中得到普遍广泛接受。就是说，过程工程师处于热交换器网络的设计的反馈环路内，使得过程工程师可以做出可以随着设计的进展而改变的设计决策。然而，本专利技术人认识到，在针对上述软件应用的近夹点和多夹点问题的所有应用中，它们各自的计算呈现(render)大于最佳数量的热交换单元。同样认识到的是，此外，使用夹点设计方法，或者使用夹点设计方法作为其初始设计的基础、接着是用于分支和负荷(duty)的优化选项的软件应用不能处理可能例如从能量、资金或者二者的角度来看呈现更好经济的特定情形/约束/机会，这意味着一些更优越的网络设计从不会使用这样的应用而被合成。例如，这样的软件应用不系统地处理或者考虑特定于流的最小温差；其中热流与热流匹配和/或冷流与一个或多个冷流匹配的情形；或者其中热流部分地转换成冷流和/或冷流部分地转换成热流的情形。因此，本专利技术人认识到需要一种改进的方法、系统或技术，其尤其是在设计阶段期间可以解决任何或所有上述优化问题，并且其可以通过在实际工厂和装备的实际设计、构造或修改之前应用系统过程而最小化废热回收的能量和资金成本。特别地，认识到在基层应用中需要一种新的方法，其在所有情况下都可以呈现这样的网络设计，该网络设计包括少于或等于使用夹点设计方法合成的网络的热交换器单元数量的交换器单元数量，即使当与当前在商业软件中针对所有类型的问题实现的热交换器负荷和分支优化选项组合时，所述所有类型的问题即包括夹点问题、具有近夹点应用的问题以及需要加热和冷却公用工程的多夹点问题和需要仅冷却或者仅加热公用工程的问题(称为阈值问题)。更进一步，本专利技术人认识到，这样的目标可以通过采用一种方法、系统和程序产品来实现，其例如作为单个问题解决每个这类问题，而不是将问题分解成多个单独的问题，诸如例如由上述夹点应用尤其是针对表现出多个夹点的问题、具有近夹点应用的夹点问题和阈值问题执行的高于夹点问题、低于夹点的夹点问题以及夹点处或附近问题。在夹点设计方法执行夹点处(例如沿着在最大与最小目标和供应温度之间延伸的温度标度的中间点处)的匹配，并且在温度标度上向上移动以完成高于夹点的子问题并且然后再次在夹点处开始且在温度标度处向下移动以完成低于夹点的子问题一其可以导致通过分裂流而解决的不必要的约束并且其可以相应地导致具有过量单元的网络一的情况下，本专利技术人认识到，通过例如在温度标度上的最高温度或温度区间处开始并且然后从该点起自顶至底进行而在热流和具有冷流的公用工程之间执行匹配，可以在相同的温度区间处使这些流匹配(其中热流与冷流之间的温差(temperature appr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MB诺雷尔丁，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，阿拉姆科服务公司，
类型：发明
国别省市：