【摘要】：運(yùn)用過(guò)程系統(tǒng)工程方法論,進(jìn)行換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合是提高系統(tǒng)能量利用、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵技術(shù)手段。但在擾動(dòng)和過(guò)程不確定性下確保換熱器網(wǎng)絡(luò)安全、可靠操作的工業(yè)需求為傳統(tǒng)換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合方法提出諸多挑戰(zhàn)。一方面,現(xiàn)有的可操作性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合研究普遍分裂了柔性和可控性需求,且局限于穩(wěn)態(tài)過(guò)程,使得設(shè)計(jì)結(jié)果嚴(yán)重受制于時(shí)變擾動(dòng)。另一方面,未充分耦合柔性綜合和控制,導(dǎo)致?lián)Q熱器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和換熱面積冗余以及控制難度增加。為此,本文開(kāi)展柔性和可控性換熱器網(wǎng)絡(luò)同步綜合研究,考察時(shí)變擾動(dòng)對(duì)換熱器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)行為的影響,提出動(dòng)態(tài)柔性綜合方法以及雙層控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,并以此為基礎(chǔ)重點(diǎn)開(kāi)展動(dòng)態(tài)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合與先進(jìn)控制同步集成方法研究。本論文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)針對(duì)換熱器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際操作過(guò)程中經(jīng)濟(jì)性和可操作性受到制約的問(wèn)題,本文通過(guò)優(yōu)化旁路的初始開(kāi)度和位置來(lái)充分考慮柔性和可控性間相互影響,提出柔性和可控性換熱器網(wǎng)絡(luò)同步綜合方法�；跓o(wú)分流分級(jí)換熱器網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)建立啟發(fā)式規(guī)則辨識(shí)擾動(dòng)傳播,并將其量化以實(shí)現(xiàn)旁路初始開(kāi)度的優(yōu)化;定量分析旁路開(kāi)度對(duì)流股出口溫度的影響,實(shí)現(xiàn)旁路位置的優(yōu)化。據(jù)此進(jìn)一步建立以年度總費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)的混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型,求解得到含有最優(yōu)旁路開(kāi)度和位置的換熱器網(wǎng)絡(luò)。本方法圍繞上述旁路兩要素,在隨機(jī)擾動(dòng)下確保換熱器網(wǎng)絡(luò)柔性、可控性以及優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性能,為動(dòng)態(tài)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合研究、基于控制結(jié)構(gòu)的可控性換熱器網(wǎng)絡(luò)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(2)鑒于過(guò)度設(shè)計(jì)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)造成的結(jié)構(gòu)和換熱面積冗余,以及未考慮時(shí)變擾動(dòng)和換熱器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性導(dǎo)致無(wú)法確保整段操作時(shí)間內(nèi)操作可行性和優(yōu)化性能,提出動(dòng)態(tài)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合方法。本文松弛原本固定的流股出口溫度,使換熱器網(wǎng)絡(luò)容納的擾動(dòng)變化范圍處于動(dòng)態(tài)可行域內(nèi),而非局限于其邊界,實(shí)現(xiàn)換熱器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和容納多擾動(dòng)能力的協(xié)調(diào)優(yōu)化。本方法耦合動(dòng)態(tài)柔性分析與換熱器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)綜合,在多擾動(dòng)場(chǎng)景下辨識(shí)換熱器網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)柔性瓶頸以明確其廣義臨界操作點(diǎn);在此基礎(chǔ)上建立滾動(dòng)優(yōu)化策略,處理依賴(lài)于離散時(shí)刻的換熱器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)綜合問(wèn)題。本方法圍繞松弛的流股出口溫度,權(quán)衡換熱器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)態(tài)柔性,為過(guò)程綜合與控制集成方法開(kāi)辟新思路。(3)基于操縱變量配對(duì)與控制回路對(duì)換熱器網(wǎng)絡(luò)可控性的協(xié)同作用,本文以旁路為對(duì)象,提出雙層控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。對(duì)于給定的換熱器網(wǎng)絡(luò),通過(guò)衡算擾動(dòng)引起的換熱器熱交換量變化同步完成旁路的活性辨識(shí)和配對(duì),設(shè)計(jì)得到外層控制結(jié)構(gòu);而后通過(guò)改進(jìn)控制回路間相互作用的量化方式來(lái)直接確定內(nèi)層控制結(jié)構(gòu),并采用活性旁路實(shí)現(xiàn)雙層控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本方法圍繞熱交換量變化的衡算,揭示操縱變量辨識(shí)和配對(duì)的內(nèi)在規(guī)律,為換熱器網(wǎng)絡(luò)高效分配充足的被控操作空間,同時(shí)通過(guò)改進(jìn)的量化方式避免多解問(wèn)題,使得各控制回路相對(duì)獨(dú)立,有效地改善換熱器網(wǎng)絡(luò)的可控性,從而指導(dǎo)高效、可實(shí)施的換熱器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。(4)由于未深入挖掘換熱器網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)柔性綜合與控制間相互依賴(lài)關(guān)系,且過(guò)度依賴(lài)于復(fù)雜的控制器,造成結(jié)構(gòu)和換熱面積冗余以及控制難度增加。為有效地實(shí)現(xiàn)換熱器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)柔性以及控制性能間協(xié)調(diào)優(yōu)化,本文建立動(dòng)態(tài)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合和先進(jìn)控制同步集成方法。本文方法充分考慮流股出口溫度的變化范圍,并將連續(xù)操作時(shí)間分割成若干個(gè)離散時(shí)刻,逐一進(jìn)行動(dòng)態(tài)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合,在此基礎(chǔ)上引入離散模型預(yù)測(cè)控制器來(lái)調(diào)節(jié)流股出口溫度并優(yōu)化動(dòng)態(tài)柔性綜合中關(guān)鍵變量。本方法揭示動(dòng)態(tài)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合與先進(jìn)控制間交互作用機(jī)制,打破常規(guī)集成方法的局限性,提出過(guò)程綜合與控制集成的新思路,對(duì)實(shí)際過(guò)程具有一定的指導(dǎo)意義。(5)本文最后采用所提方法對(duì)某乙烯生產(chǎn)裝置中的大規(guī)模換熱器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)柔性綜合與先進(jìn)控制同步集成。通過(guò)經(jīng)濟(jì)性分析和動(dòng)態(tài)仿真,所得換熱器網(wǎng)絡(luò)具備容納多擾動(dòng)能力、優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性能以及控制性能,證明本文方法的可行性,并能夠確保企業(yè)利潤(rùn)及安全生產(chǎn),符合石化等大型企業(yè)的未來(lái)發(fā)展需求。
【圖文】：

邐柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合與先進(jìn)控制集成研究邐逡逑ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ）？以及溫度調(diào)節(jié)三方面出發(fā)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，所得結(jié)果將具備深遠(yuǎn)的理論意義逡逑和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。盡管如此，目前仍存在柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合與控制耦合關(guān)聯(lián)度低、模逡逑型復(fù)雜以及計(jì)算難度大等問(wèn)題，，亟待有效的解決方法。針對(duì)上述問(wèn)題，本文首先探索柔逡逑性和可控性換熱器網(wǎng)絡(luò)同步綜合，并拓展研宄動(dòng)態(tài)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合，隨后開(kāi)展雙層逡逑控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以此形成較為完善的動(dòng)態(tài)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合與先進(jìn)控制同步集成方逡逑法，并結(jié)合過(guò)程工業(yè)實(shí)例加以論證，以期為化學(xué)工業(yè)的節(jié)能降耗提供理論基礎(chǔ)和建設(shè)性逡逑指導(dǎo)意見(jiàn)。逡逑

圖１．２化工過(guò)程系統(tǒng)示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ａｎ邋ｏｖｅｒａｌｌ邋ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TQ051.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 李繼龍;大規(guī)模柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合的研究[D];大連理工大學(xué);2014年

2 劉琳琳;多組分體系質(zhì)量—熱量聯(lián)合交換網(wǎng)絡(luò)綜合研究[D];大連理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2663862