[發(fā)明專利]數(shù)據(jù)驅(qū)動的固定拓撲結(jié)構(gòu)換熱網(wǎng)絡(luò)智能優(yōu)化改造方法

有效

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• 申請日: 2018-11-21
• 公開（公告）號: CN109343340B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣寧;謝小東;范偉;徐英杰;郭風(fēng)元
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的固定拓撲結(jié)構(gòu)換熱網(wǎng)絡(luò)智能優(yōu)化改造方法，包括以下步驟：1)對換熱網(wǎng)絡(luò)進行性能模擬；2)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；3)采用遺傳算法對換熱網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化，獲得最佳改造方案。本發(fā)明以固定的換熱網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為出發(fā)點，不需要對原有換熱網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和換熱匹配關(guān)系進行任何修改，不僅減少了改造的時間和投資的成本，確保了改造的可行性，而且能獲得良好的改造收益。本發(fā)明建立了一種智能優(yōu)化方法，可以為換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化改造提供科學(xué)的指導(dǎo)，僅需要知道換熱網(wǎng)絡(luò)的工藝參數(shù)，就可以自動獲得各臺換熱設(shè)備的最優(yōu)性能指標UA值和換熱網(wǎng)絡(luò)的最小能源消耗，給出最佳的節(jié)能改造方案，從而減少公用工程的消耗、實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化工過程工業(yè)的換熱網(wǎng)絡(luò)，特別涉及數(shù)據(jù)驅(qū)動的固定拓撲結(jié)構(gòu)換熱網(wǎng)絡(luò)智能優(yōu)化改造方法。

技術(shù)背景

隨著生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，能量回收與合理的利用等問題得到了廣泛的發(fā)展。節(jié)能對能源供需平衡起著無可替代的作用。因此，對于耗能巨大的化工過程工業(yè)提出了節(jié)約能量、降低消耗等更高的要求。作為能量回收利用的一個重要子系統(tǒng)的換熱網(wǎng)絡(luò)，在其中的作用不言而喻。對于固定拓撲結(jié)構(gòu)或已經(jīng)在運行的換熱網(wǎng)絡(luò)，如何優(yōu)化改造使其達到最大的節(jié)能量，減少公用工程的消耗對節(jié)能減排具有重要的意義。企業(yè)往往需要根據(jù)市場的需求、原料和產(chǎn)品的供需關(guān)系與設(shè)備的運行情況等對能量集成網(wǎng)絡(luò)進行升級改造。若對網(wǎng)絡(luò)進行重新布管或改變現(xiàn)有換熱器的使用位置，不僅需要花費大量的改造時間，還要投資大筆的資金進行升級改造，其可行性還要受到空間位置等現(xiàn)場因素的制約。因此，建立一種智能、經(jīng)濟、高效、可行的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法，來指導(dǎo)企業(yè)科學(xué)有效地開展節(jié)能優(yōu)化工作，具有很強的現(xiàn)實意義。

因此本發(fā)明提供了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的固定拓撲結(jié)構(gòu)換熱網(wǎng)絡(luò)智能優(yōu)化改造方法，用以對現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)進行經(jīng)濟高效的節(jié)能優(yōu)化和升級改造。本發(fā)明對換熱網(wǎng)絡(luò)進行了大量的性能模擬，即通過改變現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)的某些參數(shù)，獲得其他的一些性能參數(shù)，通過對換熱網(wǎng)絡(luò)的性能數(shù)據(jù)進行原始的大量積累的基礎(chǔ)上，獲得其內(nèi)部的某種關(guān)聯(lián)關(guān)系。本發(fā)明以固定換熱網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)為出發(fā)點，即不對換熱網(wǎng)絡(luò)進行任何換熱器重新匹配、變動換熱器的使用位置、增加新的換熱匹配、重新布管等操作，僅對現(xiàn)有換熱器的傳熱性能進行改變，以確保換熱網(wǎng)絡(luò)改造的經(jīng)濟性和可行性，實現(xiàn)經(jīng)濟、高效、可行的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造。同時，本發(fā)明采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法相結(jié)合的智能優(yōu)化算法來獲得換熱網(wǎng)絡(luò)的最佳優(yōu)化改造方案。換熱網(wǎng)絡(luò)升級改造問題，通常都是非線性問題，難以優(yōu)化求解。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有可以擬合任意非線性函數(shù)的優(yōu)勢，而遺傳算法可以找到非線性函數(shù)的全局最優(yōu)解，將兩種算法相結(jié)合為求解換熱網(wǎng)絡(luò)的最佳優(yōu)化改造方案，提供了解決辦法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的固定拓撲結(jié)構(gòu)換熱網(wǎng)絡(luò)智能優(yōu)化改造方法，可獲得固定拓撲結(jié)構(gòu)下的換熱網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)能量與各處換熱器的最優(yōu)性能指標UA值，其中U是換熱器的傳熱系數(shù)，A是換熱器的換熱面積。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案：

一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的固定拓撲結(jié)構(gòu)換熱網(wǎng)絡(luò)智能優(yōu)化改造方法，包括以下步驟：

1)對換熱網(wǎng)絡(luò)進行性能模擬，過程如下：

1.1)獲取現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)的物流數(shù)據(jù)，冷物流和熱物流的進出口溫度和熱容流率，所有換熱器的傳熱系數(shù)、換熱面積、熱負荷和進出口溫度；

1.2)將各換熱器的傳熱系數(shù)U與換熱面積A相乘，獲得各換熱器性能指標UA的值；

1.3)為積累性能數(shù)據(jù)，改變每一臺換熱器的性能指標UA的值，使其在設(shè)定范圍之間變化，然后固定換熱網(wǎng)絡(luò)的進出口溫度，通過換熱網(wǎng)絡(luò)性能模擬計算出每股流體所需的公用工程消耗量，再獲得總的公用工程消耗量，并將這些原始數(shù)據(jù)收集并保存下來；

2)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，過程如下：