[發(fā)明專利]用于合成熱交換器網(wǎng)絡并且標識用于未來改型的最佳拓撲結構的系統(tǒng)、方法和程序產(chǎn)品

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080055772.5
• 申請日: 2010-10-05
• 公開（公告）號: CN102770866A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設計）人: M·B·諾雷爾丁
• 申請（專利權）人: 沙特阿拉伯石油公司;阿拉姆科服務公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;李浩

技術領域

本發(fā)明總體上涉及能量回收系統(tǒng)領域，并且特別地涉及與合成用于過程或過程集群的、具有用于未來改型的最佳拓撲結構的熱交換器網(wǎng)絡有關的系統(tǒng)、程序產(chǎn)品和方法，所述過程或過程集群包括要冷卻的多個熱過程流以及要加熱的多個冷過程流。

背景技術

許多不同類型的過程消耗多個蒸汽水平和電力以便獲得輸出結果或者產(chǎn)生所需的產(chǎn)品或化合物。對于例如消耗大量燃料蒸汽的大規(guī)模過程而言，優(yōu)選的是通過使用的工廠和裝備的仔細的操作、設計或重新配置而優(yōu)化能耗。此外，在一些工業(yè)制造過程中，需要在特定溫度下將材料流的特定流提供給不同類型的裝備和機器。這些材料流可能需要從原始的起始或供應溫度加熱或冷卻到目標溫度。這進而要求消耗蒸汽以便加熱特定流以及消耗水以便例如冷卻特定流。

可以例如通過特定材料流相對于彼此的仔細放置和配置而將工業(yè)制造過程采用或消耗的總能量優(yōu)化為全局最小水平。例如，可以存在鄰近需要加熱的冷流地放置需要冷卻的熱流的可能性。可以將具有已經(jīng)存在的需要移除的熱能（廢熱）的流或者需要添加熱量的流彼此關聯(lián)以便優(yōu)化過程的能耗。可以合成熱交換器網(wǎng)絡以便提供一種用于利用該廢熱將熱量提供給需要添加熱量的那些流的媒介。該熱交換器網(wǎng)絡可能是任何新工廠中非常重要的子系統(tǒng)。

照此，熱交換器網(wǎng)絡合成問題已經(jīng)在最近四十年中可論證地成為過程合成領域中研究最多的問題之一。然而，熱交換器網(wǎng)絡的系統(tǒng)合成被證明是挑戰(zhàn)性的任務。在最近三十年期間，提出了并且在商業(yè)軟件和/或?qū)W術界中利用了相當多數(shù)量的方法。在如下兩篇著名的綜述論文中引用了這些方法：T.?Gundersen?and?L.?Naess,?“The?Synthesis?of?Cost?Optimal?Heat?Exchanger?Networks,”?Computers?and?Chemical?Engineering,?vol.?12,?pp.?503-530?(1988)；以及Kevin?C.?Furman?and?Nikolaos?V.?Sahinidis,?“A?Critical?Review?and?Annotated?Bibliography?for?Heat?Exchanger?Network?Synthesis?in?the?20^th?Century,”?Industrial?Engineering?&?Chemistry?Research?vol.?41,?pp.?2335-2370?(2002)。

其他的方法包括基于數(shù)學規(guī)劃的方法。盡管這樣的方法自八十年代末以來就存在于學術界中，但是出于若干原因它們?nèi)匀粵]有大規(guī)模地廣泛用于工業(yè)應用中。學術界宣稱這背后的原因在于：（1）尤其是對于大的問題而言，這樣的方法的計算要求是大量的；并且（2）得到的解通常不能保證全局性。這兩個原因可能被認為是最重要的障礙，但是也存在其他非常重要的障礙。其他顯著的障礙包括這些方法的黑箱性質(zhì)、關于問題經(jīng)濟學的假設、網(wǎng)絡中使用的熱交換器的類型（殼與管、扭曲管、板框類型等等）、需要事先知道若干公用工程（utility）類型和溫度以及用于流匹配和超結構應用的“轉運模型”的非包容性。轉運模型的使用可以清楚地在產(chǎn)生網(wǎng)絡的超結構中看到，所述網(wǎng)絡表現(xiàn)出其中公用工程熱交換器總是處于網(wǎng)絡的終端的結構。然而，在其中要求設計者提前知道究竟有多少次一個流或者其分支之一正要與另一個流相遇的超結構構造中，轉運模型是不適當?shù)模驗樗⒉话ɑ蛘哒f明各種情形（諸如例如：其中允許優(yōu)化過程選擇要使用的公用工程類型和供應溫度將是有益的那些情形；其中一個或多個流改變其身份將是有益的那些情形；以及其中一個或多個公用工程流有效地變成過程流將是有益的那些情形，等等）或者考慮包括這樣的可能性對這樣的流超結構的影響。