【摘要】：運用過程系統(tǒng)工程方法論,進行換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合是提高系統(tǒng)能量利用、實現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵技術(shù)手段。但在擾動和過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)過程,使得設(shè)計結(jié)果嚴重受制于時變擾動。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,本文開展柔性和可控性換熱器網(wǎng)絡(luò)同步綜合研究,考察時變擾動對換熱器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)行為的影響,提出動態(tài)柔性綜合方法以及雙層控制結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,并以此為基礎(chǔ)重點開展動態(tài)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合與先進控制同步集成方法研究。本論文主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)針對換熱器網(wǎng)絡(luò)在實際操作過程中經(jīng)濟性和可操作性受到制約的問題,本文通過優(yōu)化旁路的初始開度和位置來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分流分級換熱器網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)建立啟發(fā)式規(guī)則辨識擾動傳播,并將其量化以實現(xiàn)旁路初始開度的優(yōu)化;定量分析旁路開度對流股出口溫度的影響,實現(xiàn)旁路位置的優(yōu)化。據(jù)此進一步建立以年度總費用最小為目標函數(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,在隨機擾動下確保換熱器網(wǎng)絡(luò)柔性、可控性以及優(yōu)越的經(jīng)濟性能,為動態(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)研究打下堅實的基礎(chǔ)。(2)鑒于過度設(shè)計柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)造成的結(jié)構(gòu)和換熱面積冗余,以及未考慮時變擾動和換熱器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)特性導(dǎo)致無法確保整段操作時間內(nèi)操作可行性和優(yōu)化性能,提出動態(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)容納的擾動變化范圍處于動態(tài)可行域內(nèi),而非局限于其邊界,實現(xiàn)換熱器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和容納多擾動能力的協(xié)調(diào)優(yōu)化。本方法耦合動態(tài)柔性分析與換熱器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)綜合,在多擾動場景下辨識換熱器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)柔性瓶頸以明確其廣義臨界操作點;在此基礎(chǔ)上建立滾動優(yōu)化策略,處理依賴于離散時刻的換熱器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)綜合問題。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)濟性與動態(tài)柔性,為過程綜合與控制集成方法開辟新思路。(3)基于操縱變量配對與控制回路對換熱器網(wǎng)絡(luò)可控性的協(xié)同作用,本文以旁路為對象,提出雙層控制結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。對于給定的換熱器網(wǎng)絡(luò),通過衡算擾動引起的換熱器熱交換量變化同步完成旁路的活性辨識和配對,設(shè)計得到外層控制結(jié)構(gòu);而后通過改進控制回路間相互作用的量化方式來直接確定內(nèi)層控制結(jié)構(gòu),并采用活性旁路實現(xiàn)雙層控制結(jié)構(gòu)設(shè)計。本方法圍繞熱交換量變化的衡算,揭示操縱變量辨識和配對的內(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,同時通過改進的量化方式避免多解問題,使得各控制回路相對獨立,有效地改善換熱器網(wǎng)絡(luò)的可控性,從而指導(dǎo)高效、可實施的換熱器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)開發(fā)。(4)由于未深入挖掘換熱器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)柔性綜合與控制間相互依賴關(guān)系,且過度依賴于復(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。為有效地實現(xiàn)換熱器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、動態(tài)柔性以及控制性能間協(xié)調(diào)優(yōu)化,本文建立動態(tài)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合和先進控制同步集成方法。本文方法充分考慮流股出口溫度的變化范圍,并將連續(xù)操作時間分割成若干個離散時刻,逐一進行動態(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)測控制器來調(diào)節(jié)流股出口溫度并優(yōu)化動態(tài)柔性綜合中關(guān)鍵變量。本方法揭示動態(tài)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合與先進控制間交互作用機制,打破常規(guī)集成方法的局限性,提出過程綜合與控制集成的新思路,對實際過程具有一定的指導(dǎo)意義。(5)本文最后采用所提方法對某乙烯生產(chǎn)裝置中的大規(guī)模換熱器網(wǎng)絡(luò)進行動態(tài)柔性綜合與先進控制同步集成。通過經(jīng)濟性分析和動態(tài)仿真,所得換熱器網(wǎng)絡(luò)具備容納多擾動能力、優(yōu)越的經(jīng)濟性能以及控制性能,證明本文方法的可行性,并能夠確保企業(yè)利潤及安全生產(chǎn),符合石化等大型企業(yè)的未來發(fā)展需求。
【圖文】：

邐柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合與先進控制集成研究邐逡逑ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ）？以及溫度調(diào)節(jié)三方面出發(fā)進行優(yōu)化設(shè)計，所得結(jié)果將具備深遠的理論意義逡逑和實際應(yīng)用價值。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)雜以及計算難度大等問題，，亟待有效的解決方法。針對上述問題，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，并拓展研宄動態(tài)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合，隨后開展雙層逡逑控制結(jié)構(gòu)設(shè)計，以此形成較為完善的動態(tài)柔性換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合與先進控制同步集成方逡逑法，并結(jié)合過程工業(yè)實例加以論證，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。逡逑

圖１．２化工過程系統(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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ051.5

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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：2663862