换热网络内流体相关性研究及控制解耦.pdfVIP

中困T程热物理学会 传热传质学 2007年学术会议 编号：073078 换热网络内流体相关性研究及控制解耦 关欣 张勤 崔国民 (．【：海理工大学动力学院热工研究所 200093) Tel：0086—21 l一5527466 Email=Cindy-guan@hotmail．com 摘要：换热删络广泛应用存石油化工领域中，确：丁艺过程中，网络中各换热器的入LJ参数经常会发生 扰动，这些扰动是相互耦合的，为使出口参数达到工艺要求，可以调节各股流体的流量，由此会产生 多种控制方式。本文通过对换热网络内流体的相关性进行研究，提出调节一种流体使目标流体的出口 参数达到工艺要求而其它流体的出口参数不发生变化，从而使耦合的扰动在物理上进行控制解耦。以 换热网络综合费用相同为目标函数进行换热网络的设计，对得到的不同换热网络进行解耦分析，为寻 找一种考虑控制解耦的换热网络设计方法提供理论指导。 关键词：换热网络； 流体相关性； 控制解耦 1前言 换热器是实现特定T艺要求的重要热交换设备，多股流换热器的作用是用一股或几 股流体加热或冷却另一股或几股流体，使得需要加热或冷却的流体达到要求的某一温 度。由丁．它比两股流换热器网络具有：肖省投资的优点而在国防、石油化__l：、空分和深冷 等领域得到愈来愈多的应用“’…。 换热网络是指为了满足特定的生产：[艺要求，实现系统中物流热量交换，并按照一 定拓扑结构连接的多个换热器集合。换热网络是过程系统的一个重要子系统，是能量回 收与再利刚的一个重要环节，对降低整个：r艺流程的能耗，提高系统的可操作性、降低 系统对环境污染等方面都具有重要意义“‘引。 换热网络实际运行过程中，不定因素总是存在并影响到换热网络稳定性操作。例如 物流入口温度和物性的变化将影响物流目标温度，而这些目标温度常常是被控变量。换 热网络在运行：1：况发生变动时，为了达到工艺要求，会有多个控制变量来稳定被控变量。 这些控制变量是相互关联，相互偶合，相互影响的，构成多输入一多输出的耦合控制系 统。调节～种流体的参数必然会影响其他流体的出口参数，造成控制系统非常复杂。如 何没计控制系统，解除这些耦合关系是解耦控制的关键。 换热网络中不同的拓扑结构、冷热物流匹配及换热器运行参数使得这些变量的关联 程度不一样。我们可以分析换热网络内流体的相关性来确定这些变量之间的关联程度。 减少和解除耦合的途径就是正确地匹配控制变量和被控变量之间关系。 入口参数变化时，目标流体出口参数的变化范围，提出了换热网络的柔性问题l31。李志 红丁．1995年”“提出多元线性方程组法，可以解决变温度、变流量、有分流、有回路的实 际网络弹性分析。这些都从另一个侧面分析了流体参数之间的相关性。本文从分析换热 网络内流体参数的关联程度入手，试图找到换热网络的解耦控制方法。 2换热网络内流体的相关性 两股冷流体和两股热流体进行换热，换热网络如图l所示，换热网络的设计工况及 I：艺要求分别见表1，工质为水。 项¨丛金：本项¨得到闭家自然科学基金资助项日(204060 会发展牲金资助(07ZZ85)o 1883 ／一、 n鬯l 表l换热网络设计工况 一 L／ H2 丫八