1.2.3 Эволюционно - эвристический метод
Рассмотрим эволюционно-эвристический метод синтеза систем теплообмена, разработанный специально для ручных расчетов [2]. Применение этого метода особо эффективно для синтеза оптимальных систем теплообмена установок первичной перегонки нефти.
Синтез проводят с использованием диаграмм энтальпий потоков. На рисунке 1.6 в качестве примера показана диаграмма энтальпий потоков для системы теплообмена одного горячего потока, двух холодных потоков SC1 и 5С2 и потока водяного пара как теплоносителя. По осям ординат на диаграмме отложены температуры потоков и по оси абсцисс в масштабе, указанном на рисунке, откладываются теплоемкости потоков. Каждому потоку соответствует прямоугольник или трапеция (блок) при различных теплоемкостях потока на входе и выходе. Следовательно, площадь блока обозначает энтальпию потока (блоки вверху рисунка относятся к горячим потокам, внизу -- к холодным). Стрелки около соответствующих потоков показывают направление движения потоков, т. е. изменение температур потоков. Относительно оси абсцисс блоки располагаются произвольно, но таким образом, чтобы температуры горячих потоков на входе в блоки и температуры холодных потоков на выходе из блоков располагались в порядке уменьшения их значений слева направо. Теплоносители или хладагенты обозначаются точками на уровне соответствующих температур (первые выше и вторые ниже оси абсцисс). При этом нагреваемые теплоносителями или охлаждаемые, хладагентами потоки соответствуют заштрихованным площадям блоков.
Теплообмен на соответствующих блоках между горячими и холодными потоками обозначается буквами, например, А и В. Поскольку при теплообмене тепло, отдаваемое одним потоком, практически полностью передается другому потоку площади горячих и холодных блоков с одинаковыми буквами должны быть равны между собой. Аналогично, общая площадь всех горячих блоков- должна быть равна площади холодных блоков за вычетом площади потоков, нагреваемых теплоносителем .и охлаждаемых хладагентом. И, наконец, разбивка блоков на меньшие фигуры горизонтальными и вертикальными линиями обозначает соответственно организацию последовательного или параллельного теплообмена.
При синтезе систем теплообмена используют следующие эвристические правила.
1. Теплообмен между горячими потоками или теплоносителем и холодными потоками или хладагентами осуществляется последовательно для потоков в порядке уменьшения их температур, т. е, горячий поток с максимальной температурой на входе связывается теплообменом с холодным потоком с максимальной температурой на выходе; горячий поток со средней, температурой на входе связывается теплообменом с холодными потоками со средней температурой на выходе и, наконец, горячий поток с минимальной температурой на входе связывается теплообменом с холодным потоком с минимальной температурой на выходе.
2. Если температура теплоносителя выше максимальной температуры горячих потоков, подогреватели ставят в конце схемы, т. е. на выходе холодного потока, и. если температура хладагента ниже минимальной температуры холодных потоков, холодильник устанавливают также в конце схемы, т. е. на выходе горячего потока.
Предлагается следующий порядок синтеза системы теплообмена.
1. Для заданных условий теплообмена строят диаграмму энтальпий потоков.
2. Определяют максимальное количество тепла, передаваемого теплообменником с учетом тепла теплоносителей и хладагентов.
3. Каждый из блоков, разбивают горизонтальными линиями на участки последовательного теплообмена. Горизонтальные линии в i-м блоке проводят для температур, соответствующих температуре входа (i +1)-го блока.
4. Обозначая, элементы блоков одинаковыми буквами, синтезируют схему теплообмена между горячими и холодными потоками.
5. Элементы блоков разбивают вертикальными линиями для организации системы параллельного теплообмена, при. этом вертикальные линии в блоке проводят в том случае, когда необходимо уравнять число элементов блоков; обозначенных одинаковыми буквами для холодных и горячих потоков.
6. На основе построенной диаграммы энтальпий потоков чертят синтезированную схему теплообмена.
7. Определяют необходимые поверхности теплообмена и общую стоимость всей системы теплообмена.
8. Вычисленные поверхности теплообмена укрупняют за счет объединения двух или нескольких теплообменников. Новую стоимость системы теплообмена сравнивают с предыдущим значением. Укрупнение продолжают до тех пор, пока стоимость системы теплообмена не начнет увеличиваться.
Проверка данного метода на целом ряде примеров показала, что он обеспечивает нахождение системы теплообмена, близкой к оптимальной с использованием довольно простых вычислительных операций. Одним из существенных достоинств указанного метода является возможность синтеза циклических схем теплообмена, не всегда реализуемых другими известными методами синтеза.
- Введение
- 1. Аналитический обзор
- 1.1 Системы теплообмена установок первичной перегонки нефти и ректификации углеводородных газов
- 1.2 Синтез систем теплообмена установок перегонки и ректификации нефтяных смесей
- 1.2.1 Определение эффективности схем теплообмена
- 1.2.2 Декомпозиционно - эвристический метод
- 1.2.3 Эволюционно - эвристический метод
- 1.3 Оптимизация систем теплообмена графоаналитическим методом
- 1.4 Синтез системы теплообмена на основе задачи о назначении
- 1.5 Температурно - энтальпийные диаграммы и пинч - методы[8]
- 2.Цель и задачи работы
- 3. Экспериментальная часть
- 3.1 Описание схемы установки ЭЛОУ-АВТ-6 Киришского НПЗ [9]
- 3.2 Исходные данные
- 3.3 Создание расчетной схемы существующего варианта блока подогрева нефти
- 3.3.1 Создание основных технологических потоков
- 3.3.2 Расчет схемы методом концевых температур
- 3.3.3 Поверочный расчет схемы с учетом конструкции аппаратов
- 3.3.4 Проверка адекватности модели
- 3.4 Оценка возможности повышения эффективности системы теплообмена
- 3.4.1 Исходные данные
- 3.4.2 Оценка существующей схемы теплообмена
- 3.4.3 Результаты
- 4. Проектная часть
- 4.1 Оптимизация схемы подогрева нефти на установке ЭЛОУ - АВТ - 6 Киришского НПЗ
- 4.1.1 Выбор методики и рассмотрение способов повышения эффективности теплообмена в аппаратах кожухотрубчатого типа
- Атмосферная перегонка нефти
- Классификация установок первичной перегонки нефти
- 3.1. Первичная перегонка нефти на промышленных установках
- 3.2. Классификация установок первичной перегонки нефти
- Синтез систем теплообмена установок перегонки и ректификации нефтяных смесей
- Особенности прямой перегонки нефти. Установка ат и авт. Типичные фракции перегонки нефти.
- § 3. Типы установок для перегонки нефти и мазута
- Первичная перегонка нефти на промышленных установках