换热网络的综合、优化

编号：P1******* 大修项目实施方案项目名称：换热网络优化申报单位：中海沥青（四川）有限公司项目经理：邱震宇主管领导（签字）：日期：2013年12月4日中海油气开发利用公司制一、大修实施方案1．项目的主要内容1.1中段取热温差大，改变中段取热控制方式。

目前中段取热控制方式为通过流量调节阀控制中段循环抽出量，由于在换热器面积一定的情况下，中段循环抽出量越小，换热温差越大。

将目前的控制方式更换为三通调节阀控制抽出和返塔温差，增加中段循环量，减少换热温差，增大高温位部分的热量利用。

将常二中和减二中调节阀更换为三通调节阀，原流量计移至三通调节阀后，流量仍通过中段循环泵变频控制。

1.2针对换热网络中存在跨夹点传热的现象，调整目前的换热网络，主要有以下几个方面：a调换6组换热器换热顺序。

主要为原油-常二中（II）换热器E113调整至原油-减二中（II）换热器E114A/B后换热；闪底油-减二中（I）换热器E120调整至闪底油-减四线换热器E117后换热。

将闪底油-减渣（II）换热器E118A～D拆分成两组，即闪底油-减渣（II）换热器E118C/D和闪底油-减渣（III）换热器E118A/B，其中闪底油-减渣（II）换热器E118C/D调整至闪底油-减三线（I）E119后换热；b将换热器E108A/B和E110A/B沥青由走管程改为走壳程，原油由走壳程改为走管程。

c新增3台换热器，分别为原油-减三线（II）换热器E107B、原油-减二线换热器E106B和原油-常三线（II）换热器E105B。

改造后换热网络换热流程详见改造后的PFD图。

1.3增加相应的管道和阀门新增3台换热器，新增换热器原油侧压降为80kPa，工艺侧增加压降均在5kPa左右，可忽略不计；换热器E113和E114A/B调整换热顺序，原油管道系统增加9kPa压降；换热器E108A/B原油由走壳程改为走管程，原油管道系统增加16kPa压降，减渣管道系统减少144kPa压降；换热器E110A/B原油由走壳程改为走管程，原油管道系统减少20kPa压降，减渣管道系统减少6kPa压降；闪底油换热顺序调整，闪底油管道系统合计增加25kPa的压降。

技术综述 收稿日期:2009203229基金项目:国家重点基础研究开发规划项目(No.G2*******);惠州学院博士科研启动项目(C508.0202)作者简介:王春花(19792),女,湖南邵东人,讲师,博士,从事过程能量综合优化方面的研究。

文章编号:100027466(2009)0520050208换热网络优化设计方法及多换热网络能量集成的研究进展王春花1,2,华　贲2(1.惠州学院化工系,广东惠州　516007;2.华南理工大学强化传热与过程节能教育部重点实验室,广东广州　510640)摘要:介绍了换热网络优化设计方法和在全厂能量集成基础上发展起来的多装置换热网络能量集成研究的发展现状。

对有关研究进行了分类,分别比较了换热网络优化设计方法以及多装置换热网络能量集成的几种方法的优劣,指出今后换热网络优化设计与多装置网络间能量集成的研究重点应放在集成运用人工智能方法、直观分析(研究)法和数学规划法,以发展一套既有理论价值、又有实用意义的系统方法,为指导实际换热网络的设计服务。

关键词:换热网络;优化设计;能量集成;发展现状中图分类号:TQ 021.8 文献标志码:AProgress in Methodology of Optimal Design of H eat Exchanger N et w ork andE nergy Integration of Multiple H eat Exchanger N et w orksWANG Chun 2hu a 1,2,HUA B en 2(1.Depart ment of Chemical Engineering ,Huizhou University ,Huizhou 516007,China ;2.The Key Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation ,Minist ry ofEducation ,Sout h China U niversity of Technology ,Guangzhou 510640,China )Abstract :The int roduction is made for t he progresses in optimal design of heat exchanger net 2work and heat integration of multiple heat exchanger networks based on energy integration in to 2tal site ,classification of related st udies ,comparison between several optimal design met hods of heat exchanger network ,as well as t he heat integration of multiple heat exchanger networks.It was pointed out t hat optimal design of heat exchanger network and heat integration of multiple heat exchanger networks should focus on integration of artificial intelligence ,heuristic and mat he 2matical planning met hods to develop an efficient and practical met hod to serve t he design of heat exchanger network.K ey w ords :heat exchanger network ;optimal design ;energy integration ;review 1965年,Hwa 首次提出换热网络最优化问题[1],在随后的40年多年里换热网络最优化问题的研究得到迅速发展,尤其在近20a 发展速度惊人。

换热网络综述报告模板换热网络综述报告一、绪论换热网络是工业过程中常见的能源转移方式，通过高温与低温之间的热交换，实现能源的有效利用。

换热网络的设计和优化对于提高能源效率、降低能源消耗具有重要意义。

本文主要综述了换热网络的设计、优化方法以及相关应用情况。

二、换热网络设计方法1. 网络结构设计：换热网络的结构设计包括换热器的排布、管道连接以及热媒的流动方式等。

常用的设计方法有贪婪算法、图论方法和优化算法等。

2. 管网的确定：在换热网络设计中，管网的确定是一个关键环节。

可以基于贪婪法、动态规划法和模拟退火等方法进行优化，以减少能量消耗和降低压力损失。

三、换热网络优化方法1. 能量综合利用：通过对热源与热负荷的匹配分析，实现能量的综合利用。

此外，采用合适的热媒流动方式，如顺流、逆流和混合流动方式等，可以进一步提高能量利用效率。

2. 负荷分级调整：将热源负荷进行分级调整，根据不同负荷的大小，进行优化设计，以实现能源的最佳分配。

3. 热媒温度分级：通过控制不同热媒的温度级数，实现换热网络的优化设计，将高温热媒与低温热媒进行合理匹配，从而提高能源利用效率。

四、换热网络应用情况1. 化工工艺中的应用：换热网络在化工行业中广泛应用，如石化、冶金、化肥等。

通过合理设计和优化，能够提高生产效率，减少能源消耗。

2. 电力工业中的应用：换热网络在电力工业中也有重要应用，例如燃煤电厂、核电厂等。

通过优化设计换热网络，可以提高发电效率，降低排放。

3. 建筑节能中的应用：换热网络在建筑节能中也有一定应用，如地源热泵、太阳能热水器等。

通过合理利用换热网络，可以节约能源，减少对环境的影响。

五、结论换热网络的设计与优化是提高能源利用效率、降低能源消耗的重要手段。

通过合理的网络结构设计和优化方法，可以实现能源的综合利用，提高产能和效益。

同时，换热网络在工业生产和建筑节能领域都具有重要应用价值。

未来，随着科技的发展和环保要求的提高，换热网络的设计与优化方法也将不断创新和完善，以更好地满足能源需求，推动可持续发展。

供热管道网络的热力性能优化设计随着人民生活水平的提高和城市化进程的加速，供热系统作为城市基础设施的重要组成部分，在满足人们生活、生产等多样化需求的同时，也面临着诸多挑战。

供热管道网络的热力性能优化设计是解决这些挑战的关键，本文将从经验和专业性角度出发，对供热管道网络的热力性能优化设计进行探讨。

首先，供热管道网络的热力性能受到多种因素的影响，其中包括供热管道的材料选择、铺设方式、管道路径设计等。

在材料选择上，应优先考虑导热性能好、抗压强度高、耐腐蚀性好的材料，以减小能量传输的阻力和损耗。

同时，铺设方式应合理选择，包括地下铺设、地面铺设、架空铺设等，可以通过考虑地形地貌、城市规划等因素进行合理布局，以降低管道长度和线损。

此外，管道路径设计也应适度考虑地形地貌的因素，选择合适的路径，以尽量减少管道的高低差和弯曲度，保持管道的连续性，减小管道的压力损失。

其次，供热管道网络的热力性能优化设计还需要考虑供热方式、换热器的选型和布局等。

在供热方式上，应根据不同地区的气候特点和用户需求，选择合适的供热方式，包括蒸汽供热、热水供热和温水供热等。

同时，换热器的选型和布局也十分重要，应根据供热热源的类型和供热负荷的需求，选择合适的换热器，并且合理布局，以提高热量转移效率，减小能量的损耗。

此外，管道绝热设计和运行管理也是供热管道网络热力性能优化的重要方面。

绝热设计应选用导热性能好、耐温性好的材料，合理选择绝热材料的厚度和种类，以降低管道的散热损失。

在运行管理上，应做好管道的定期维护和检修，及时发现漏损和故障，并进行及时修补和更换，以保证供热管道网络的正常运行。

此外，供热管道网络的热力性能优化设计还需要考虑节能环保的要求。

对于现代供热系统，节能环保已成为设计和运营的重要指标之一。

在供热系统设计中，应充分考虑使用高效换热设备和设备的合理配置，以提高能源利用率。

同时，在供热系统运行中，应加强对运行参数的监测和调整，以确保供热系统的平稳运行，并采用节能措施，如余热回收、热泵技术等，以降低能源消耗和环境污染。

供热系统中的换热器网络优化设计与运行控制换热器是供热系统中的重要组成部分，它起到了热量传递的关键作用。

换热器的网络优化设计与运行控制是提高供热系统能效和经济性的重要手段。

本文将从换热器网络的设计、运行控制等方面，探讨如何优化供热系统中的换热器。

首先，换热器网络的设计是优化供热系统的关键一环。

在设计过程中，需要充分考虑供热系统的热负荷、热源和热网的特性等因素，以确定合理的换热器网络结构和尺寸。

设计时应尽量减小热源和热网之间的温度差，提高热量传递效率。

同时，还应考虑换热器的布局方式、管道连接方式等，以降低系统的压力损失和能耗。

此外，还可以通过选择合适的换热介质、管道材料和绝热材料等，提高系统的传热效果和热损失控制能力。

其次，运行控制对于换热器的优化设计同样重要。

通过合理的运行控制策略，可以实现供热系统的稳定运行和高效能运行。

在日常运行中，应根据实际热负荷情况，合理调整供热模式、换热器的运行参数等，以保证系统的热平衡和热效率。

例如，在高峰时段可以适当提高供热温度，以满足用户的热量需求；而在低负荷时段，可以降低供热温度，减少能耗。

此外，还可以利用先进的控制技术，如PID控制、模糊控制等方法，对换热器的运行进行智能化控制，以更好地适应供热系统的变化。

另外，换热器维护与管理也是优化供热系统的重要环节。

定期的检修和维护可以保证换热器的正常运行和延长其使用寿命。

在维护过程中，应及时清理换热器内部的污垢和沉积物，以保持管道的畅通和换热面的清洁。

同时，还应定期检查并更换损坏的换热器元件，以确保系统的正常运行。

此外，还可以利用在线监测技术，对关键参数进行实时监测和分析，以发现和解决潜在问题。

总之，供热系统中的换热器网络优化设计与运行控制是提高供热系统能效和经济性的重要手段。

通过合理设计换热器网络结构、优化运行控制，可以实现供热系统的稳定运行和高效能运行。

同时，定期的维护和管理也是保证供热系统长期稳定运行的关键措施。

为了进一步提高供热系统的性能，未来可以开展更多的优化研究，如换热器网络的动态调控、能源回收利用等方面的研究。

常减压蒸馏装置用能分析及换热网络优化摘要：针对某炼油厂常减压蒸馏装置换热网络效率偏低的问题，首先运用过程系统三环节能量结构理论对装置炼油过程的用能状况进行科学地分析评价，即依据热力学第一定律和热力学第二定律对装置的能量平衡和㶲平衡进行计算及分析，找出装置用能瓶颈，并将运行费用最优作为目标函数再结合三环节能量结构理论分析结果提出装置换热网络的优化策略。

关键词：常减压蒸馏；用能分析；换热网络；优化1引言常减压蒸馏装置是石油炼制工业的重要装置，是原油进入炼油厂后必须经过的第一道工序，在炼油厂占有重要地位，被称为炼油厂的龙头。

原油常减压蒸馏流程工艺成熟，改造优化的空间较小，其主要问题是过程能耗高，约占整个炼油厂用能的20%-30%，是石油化工企业的用能大户。

随着环保意识的不断深化，国家对炼化企业的节能降耗愈加重视。

但目前我国的一些炼油装置的换热网络仅仅考虑到工艺需求，而未考虑热量的合理利用。

因此，从国家能源储备和企业发展出发，优化常减压蒸馏装置换热网络结构，最大限度地回收热量具有重要的意义，近几年来，国内学者在这方面做了大量的研究。

罗雄麟等[1]基于换热网络动态仿真求解操作夹点。

靳遵龙等[2]从㶲分析和㶲经济学的角度以㶲损费用代替能耗费用，提出确定换热网络最小传热温差的方法。

但以上对最小温差选择的研究都只考虑了单程完全逆流换热的换热器网络。

涂惟民等[3]提出峰谷轮换法对无分流换热网络进行同步综合优化，也取得了相对较优的换热网络结构。

本文以常减压蒸馏装置标准工艺流程为研究对象，运用过程系统三环节能量结构理论对装置进行用能分析，发现现有装置用能瓶颈。

并将运行费用最优作为目标函数再结合三环节能量结构理论分析结果提出装置换热网络的优化策略。

2常减压蒸馏装置工艺流程文中所涉及到的某厂常减压蒸馏装置由于所处理原油特性的要求采用有初馏塔的三段汽化蒸馏装置：脱盐脱水后的原油进一步换热，升温至一定温度后进入初馏塔。

在此塔中将残余的少量水分，腐蚀性气体以及部分轻汽油分出。

常减压换热网络优化及窄点技术应用一、换热网络的组成及其重要性换热网络是常减压装置热能回收系统中一个十分重要的组成部分，典型的换热网络如图1所示，其中换热单元数为20～50个，换热器台数为3～60台。

原油分多路与初常顶油气、侧线油、中段回流、减底油进行多次换热，构成一个十分复杂的网络系统。

原油预热流程如不经网络优化，原油进常压炉的温度较低。

70年代以前，国内大多数常减压装置原油进炉温度为230 ℃～250 ℃，装置消耗的燃料油约为加工原油的 1.5 %～2 %。

经过网络优化后，燃料油下降到0.8 %～1 %，从而大范围的降低了装置的能耗。

表9-1列出了国内几个装置原油换热系统的技术指标，从中可以看出：网络优化得出的换热流程能够产生很大的经济效益。

常减压装置，由于采用了网络优化并逐步改善网络优化技术，装置能耗已从18.29 万千卡/吨原油降至10～12万千卡/吨原油，常减压装置设计的能耗水平已居世界同类装置的前列。

表9-1 热交换器网络合成技术用于老装置改造效益分析二、换热网络优化及窄点技术应用1、换热网络合成及优化方法热交换网络的最优化合成是过程合成的一个重要内容，而一个热交换器网络的合成和其他过程合成一样，既要寻找最优的外形结构，又要对给定的外形结构进行设计变量和操作变量的优化。

所谓外形结构，就是要解决物流的分流，冷热流的匹配、排序以及决定冷、热流进出系统的次数。

而所谓设计变量和操作变量，主要是指设备的选型、冷、热流在热交换器中管程壳程的流向，物流的流体力学状态和传热系数，物性数据与温度的关系，系统总压降的限制与在各换热设备上的分配等，这里涉及到数值与非数值优化问题，而且这些变量都是以复杂的非线性关系存在。

因此，一个热交换器网络的合成问题是一个非线性混合整数规划问题。

主要包括下列问题：a) 选取换热系统的最小接近温差△Tmin，该温差一般由换热网络的投资费和操作费极小化决定。

b) 在给定△Tmin下取得最大热能回收率或最高换热终温。

两种换热网络综合优化方法对比研究刘新文;罗行;马虎根【摘要】换热网络的全新优化设计(grassroots design)和换热网络的改造优化设计(retrofit design)均可提高过程工业能量综合利用效率.为了对两种优化设计方法进行比较,分别在分级超结构的基础上,以费用函数为目标函数,建立了两种换热网络综合优化方法的数学模型.通过对混合遗传算法进行改进,实现了对数学模型的优化求解,并从节能水平、投资费用及投资回收期等方面对两种优化方法进行了对比.结果表明,通过对原有换热器单元的重新利用,使得换热网络的改造优化设计虽然在节能水平方面稍低于换热网络的全新优化设计,但在投资费用和投资回收期方面优势明显.【期刊名称】《上海理工大学学报》【年(卷),期】2015(037)003【总页数】7页(P238-244)【关键词】换热网络;全新设计;改造设计;节能【作者】刘新文;罗行;马虎根【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;宁波工程学院化学工程学院,宁波315016;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;汉诺威大学动力工程学院,汉诺威D-30167;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TK124换热网络在许多工业过程中有广泛的应用,换热网络的效率在很大程度上制约了整个生产过程的用能效率[1].换热网络综合优化是过程工业提高能量综合利用效率和节能的重要手段,可分为全新优化设计和换热网络的改造优化设计[2]两种.换热网络的全新优化设计是指不受原有换热网络的约束,设计满足冷热流股进出口温度需求的包括换热器费用和冷热公用工程费用的总费用最小的换热网络[3].而换热网络的改造设计则是在充分考虑对原有换热网络结构和换热器单元充分利用的基础之上,设计满足冷热流股进出口温度需求的包括总改造费用和冷热公用工程费用的总费用最小的换热网络[4].对于换热网络的全新优化设计而言,由于不考虑利用原有的换热网络的换热器单元和换热网络结构匹配,导致投资费用大幅度增加,但经过优化的换热网络的运行费用减少.而换热网络的改造优化设计,能够充分利用原有的换热网络的换热器单元和换热网络结构匹配,投资费用会大大降低,而由于受到原有的换热网络结构和换热器单元的限制,运行费用减少的潜力则相对较小.因此,对这两种优化设计方法进行对比分析,能够为高耗能企业选择适当的节能改造方法提供理论指导. 本文结合前期在换热网络改造方面研究成果[5],对换热网络改造的两种方法分别建立数学模型,应用改进的混合遗传算法进行优化求解,并从节能潜力、投资费用及投资回收期等方面进行了对比研究.本文中换热网络(heat exchanger network,简称HEN)综合优化模型建立在Yee 等[6]的分级超结构基础之上.整个HEN被分为Ns级(Ns=(k|k= 1,2,…,Ns)),Ns取Nh和Nc的最大值,即Ns= max{Nh,Nc}.Nh和Nc代表HEN的热、冷流股数目,Nh=(i|i=1,2,…,Nh),Nc=(j|j=1,2,…, Nc).k为分级序号,i为热流股序号,j为冷流股序号.每一级HEN,冷热流股都通过流股分流的方式实现相互匹配,匹配最大数目是NhNc.加热器和冷却器分别位于冷、热流股的末端.1.1 约束条件现介绍换热网络综合优化数学模型约束条件.a.流股热平衡.式中,qCU,i和qHU,j分别表示热流股i和冷流股j所需的冷、热公用工程负荷;tH,in,i为热流股i在k=0级的进口温度;tC,in,j为冷流股j在k=NS级的进口温度;tH,out,i,tC,out,j分别为热流股i和冷流股j的目标温度;fh,i和fc,j分别为热流股i和冷流股j的总热容流率;qijk表示换热器交换热负荷.b.换热器热平衡.式中,th,ijk和tc,ijk分别是热流股i和冷流股j在第k级换热网络换热后相应的换热器出口温度;fh,ijk和fc,ijk分别为热流股和冷流股热容流率;th,i,k和th,i,k+1分别为热流股i在第k级和第(k+1)级换热网络换热器换热前的进口温度;tc,j,k和tc,j,k+1分别为冷流股j在第k级和第k+1级换热网络换热混合后出口温度.c.第k级换热网络流股分流.d.第k级换热网络每一分流热能平衡.e.每一流股的进口温度.f.可行温度约束.式中,tc,j,0为冷流股j在第1级出口温度.g.冷热公用工程负荷.式中,th,i,Ns为热流股i在第Ns级出口温度.h.换热最小温差约束.换热器热公用工程i.其它约束.换热器面积A和热容流率f为连续变量且非负.yijk,yCU,i,yHU,j等(0-1)变量用于表示换热器、加热器和冷却器是否需要.式中,Aijk表示热流股i和冷流股j在第k级换热网络匹配换热器所需换热面积;t″h,i,th,out,i表示热流股i换热后温度和目标温度;t″c,j,tc,out,j表示冷流股j换热后温度和目标温度.冷却器面积ACU,i,加热器面积AHU,j能够通过下述方程求得:为了求得换热面积Aijk和热容流率fh,ijk和fc,ijk,出口温度矩阵T″=[t″1,t″2,…,t″Nh,t″Nh+1, t″Nh+2,…,t″Nh+Nc]τ,应用文献[7]提出的HEN温度迭代方法求解.此处,t″1,t″2,…,t″Nh是热流股Nh个出口温度.t″Nh+1,t″Nh+2,…,t″Nh+Nc是冷流股Nc个出口温度.在式(19)和式(20)中,Δtm,CU,i, Δtm,HU,j分别表示热流出口温度与冷公用工程温度差和冷流出口温度与热公用工程温度差.UCU,i, UHU,j表示总换热系数,假定为常量.约束条件c用下述关系式校正:上标*表示参数需要修正.引入(0-1)变量mijk表示是否购置新换热设备.式中,Aijk,Aiejk分别表示在节点ijk处需要的换热器换热面积和原有的换热器换热面积.zijk也是(0—1)变量,表示流股是否分流.1.2 目标函数为了获得满足最优结构匹配和最少公用工程消耗的目标HEN,全新优化的目标函数被设计成包含冷热公用工程费用、加热器、冷却器和换热器费用.改造优化的目标函数设计为包含冷热公用工程费用、加热器、冷却器和新增换热器费用及布管费用.两类设计的换热器费用计算式为式(25)中的第一项Cf表示换热器的固定费用($),第二项表示换热器面积费用.C,A,B 分别表示换热器面积费用系数、换热器面积和面积费用指数.另外,CCU,CHU分别表示单位冷热公用工程费用($).Cp表示重新布置一条单管的费用($).因此,全新设计优化目标函数式为由于HEN综合优化数学模型属于混合整数非线性规划问题,存在非凸、多极值点和非连续的特点,经典的梯度优化方法极易陷入局部最优解.而根据Luo的研究,混合遗传算法具有较强的全局寻优能力[3],因此,本文采用混合遗传算法优化该数学模型,其算法流程如图1所示.当目标函数取得最优解时,即获得最优的换热网络综合改造方案.为了实现对已有换热网络结构和换热器的充分利用,减少改造费用,本文尝试对原有的混合遗传算法进行了改进.具体操作步骤如下:步骤1 对已有的换热网络按照文献[3]进行分级,并顺序从左至右进行编号;步骤2 原有换热器在换热网络中的位置通过ijk值表示,ijk=(k-1)NhNc+(i-1)Nc+j,ijk值能够代表在第k级换热网络热流股i和冷流股j的匹配;步骤3 分析原有的HEN结构,并对原有HEN的换热器进行顺序编号,并计算UAiejk,U为总换热系数,Aiejk为热流股i和冷流股j在第k级匹配处的原有换热器面积;步骤4 原有的换热器UAiejk作为精英算子直接引入到混合遗传算法;步骤5 修改混合遗传算法的相应位置程序.当寻找新个体的UAijk不大于UAeijk,购置新换热器的费用置为零,即mijk=0;否则,mijk=1.若分流,则取zijk=1;否则,zijk=0.换热网络改造流程如图2所示.运行改进的混合遗传算法程序获得最优的换热网络改造方案.本例取自文献[8],原油精馏单元的原有换热网络包括7股热流和3股冷流及一组冷、热公用工程.冷热流股的进出口温度、换热系数和热容流率如表1所示.H1,H2,…,H7为热流股,C1,C2,C3为冷流股,HU为热公用工程,CU为冷公用工程.原有的换热网络结构如图3所示,包括6组冷热流股匹配单元.换热器、加热器、冷却器投资总费用为2.86×106美元.冷热公用工程的需求分别为1.0×105kW蒸汽和6.6×104kW冷却水,公用工程费用约为6.33×106/(美元·a-1).换热网络综合优化费用函数关系如表2所示.其中,A为新换热器面积,X为原有换热器面积.本文在分级超结构基础上分别建立了换热网络综合优化数学模型和改造优化数学模型,并应用混合遗传算法[3]进行优化求解.结果表明,进行换热网络全新优化设计的换热网络结构包括12组冷热流股匹配单元(如图4所示).换热器、加热器、冷却器投资总费用为2.89×106美元,与原换热网络的投资总费用相当.该换热网络所需的冷热公用工程蒸汽负荷为9.24×104kW和冷却水负荷为5.84×104kW,公用工程费用约为5.84×106/(美元·a-1).较初始换热网络公用工程费用节省了4.9×105/(美元·a-1).投资回收期约为6 a.换热网络改造优化结果表明,被改造的换热网络结构包括11组冷热流股匹配单元(图5),位于分级超结构第1级的H6C1和H6C2,第2级的H6C2,第3级的H5C2和第6级的H7C2属于被改造换热网络新增换热单元.新增换热器和重新布管费用约2.45×105美元.该换热网络所需的冷热公用工程分别为9.29×104kW蒸汽和5.89×104kW冷却水,公用工程费用约为5.87×106/(美元·a-1).公用工程费用较原换热网络的节省了4.6×105/(美元·a-1),较全新优化设计换热网络的节能潜力下降了0.05%.另外,为了确保热流股H4的出口温度,冷却器H4CU的换热面积需增加到360.20 m2,即新增面积费用6 120美元.总改造费用为2.51×105美元.投资总费用较原有换热网络和全新改造换热网络分别节省了91.22%和91.31%.投资回收期约为0.546 a.应用混合遗传算法实现了对换热网络的全新设计方案和换热网络改造优化设计方案的优化.实例优化结果表明:a.对换热网络进行全新设计能够实现更大程度的节能.与换热网络改造优化设计方案相比,换热网络全新设计方案的节能潜力提高了约0.05%;与原有的换热网络相比,换热网络全新设计方案和换热网络改造方案的节能潜力分别能提高约7.74%和7.27%.b.对换热网络进行改造设计能够大幅度节省投资费用.由于原有的换热器面积得到了重新利用,使得投资总费用较全新设计换热网络方案节省约91.31%.c.就投资回收期而言,换热网络全新设计最优方案的投资回收期约为6 a,而换热网络改造设计最优方案的投资回收期约为0.546 a.【相关文献】[1] 胡沛,崔国民.换热网络优化影响因素分析及局部最优解的跳出策略[J].上海理工大学学报,2013,35(5):479-483.[2] Björk K M,Nordman R.Solving large-scale retrofit heat exchanger network synthesis problems with mathematical optimization methods[J].Chemical Engineering and Processing,2005,44(8):869-876.[3] Luo X,Wen Q Y,Georg F.A hybrid genetic algorithm for synthesis of heat exchanger networks[J].Computers& Chemical Engineering,2009,33(6):1169-1181.[4] Rezaei E,Shafiei S.Heat exchanger networks retrofit by coupling genetic algorithm with NLP and ILP methods[J].Computers&Chemical Engineering,2009, 33(9):1451-1459.[5] Liu X W,Luo X,Ma H G.Studies on 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供热管道网络优化设计的方法与应用供热管道网络是城市供热系统的重要组成部分，其设计对于节能减排、运行效率和供热质量的提升具有重要意义。

本文将从工程专家的角度出发，介绍供热管道网络优化设计的方法与应用。

首先，供热管道网络的优化设计需要考虑热负荷的合理分配。

热负荷分配不均会导致一些供热站热负荷过大，造成资源浪费，而其他供热站热负荷较小，供热不均匀。

因此，在供热管道网络的设计中，可以通过调整管道的布局、设置适当的分流装置等方式实现热负荷的均衡分配，避免供热站的过负荷运行，提高供热系统的运行效率和经济性。

其次，供热管道网络的优化设计需要考虑管道材料的选择。

在供热管道网络的设计过程中，选取合适的管道材料是至关重要的。

优质的管道材料具有良好的导热性能、抗腐蚀性能和耐高温性能，能够有效减少能源损失和管道泄漏的风险，提高供热系统的安全性和稳定性。

因此，工程专家需要根据具体的工程要求和环境条件，选择适合的管道材料，保证供热管道网络的长期稳定运行。

另外，供热管道网络的优化设计还需要考虑管道的布局和管径的选择。

合理的管道布局能够最大程度地减少管道长度和压力损失，提高供热系统的运行效率。

而管径的选择则需要根据热负荷、流体性质、输送距离等因素综合考虑，确保供热管道网络具有良好的流体力学性能和运行经济性。

工程专家可以借助专业软件模拟和优化分析，得出最佳的管道布局和管径方案，指导实际施工。

此外，供热管道网络的优化设计还需要考虑供热站的选址和规划。

供热站的选址应避免对周围环境产生不良影响，并尽量减少管道的输热损失。

供热站的规划应合理布局供热设备、管道支线等，确保供热系统的可靠性和出力能力。

通过合理的供热站选址和规划，可以有效提高供热系统的运行效率和供热质量。

总之，供热管道网络优化设计是一个复杂的工程问题，涉及热负荷分配、管道材料选择、管道布局和管径选择等多个方面。

工程专家应充分考虑系统的实际情况和工程要求，运用专业知识和经验，综合分析和模拟计算，得出最佳的设计方案。