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1、热能工程专业优秀论文 常减压蒸馏流程模拟与优化及换热网络综合关键词：常减压蒸馏 蒸馏流程 流程模拟 换热网络 蒸馏装置摘要：本文以炼油厂常减压蒸馏装置的设计和优化为背景，建立了大型常减压蒸馏流程的MESH (Mass balances，Equilibrium relations，mole fraction Summations and Heat balances)模型。在流程模拟的基础上，以初馏塔、常压塔和减压塔的进料位置为优化决策变量，常减压蒸馏装置最大年综合收益为目标函数，在 PRO/平台上进行二次开发，编写了求解优化问题的FORTRAN程序，获得了良好的优化效果。从优化流程结果中提取常减
2、压蒸馏过程冷热物流基础数据，对常减压蒸馏装置的换热网络进行夹点分析，获得组合曲线和总组合曲线以及冷热物流在不同温度间隔对热负荷的贡献。利用数学规划法建立换热网络的 MINLP 数学模型，运用分支界限法对 MINLP 模型进行了求解，获得有无分流两种换热网络，对比分析了两种换热网络的优缺点。具体研究工作总结如下： (1) 针对原油常减压蒸馏工艺，建立初馏塔精馏过程 MESH 方程，即组分物料平衡方程、相平衡方程、摩尔分数加和归一化方程、总物料平衡方程和能量平衡等方程。流程模拟过程中，状态方程选择 SPR 方程，液体密度选用 API 关联式计算，用 PRETRO方法计算传递性质，用 Glitsch
3、 方法计算浮阀塔板压降，用简单换热器模型计算换热器和加热炉传热情况。通过模型的求解，获得了各物流流量、温度和压力等参数。初馏塔、常压塔和减压塔温度和汽液流量沿塔板的分布侧形图能够很好地反映蒸馏过程和进出物料以及中段冷却循环对蒸馏过程的影响。流程模拟结果与系统工艺要求吻合良好，证实模型可靠和模拟结果正确，可信的流程模拟结果为流程优化提供了坚实的基础。 (2) 在流程模拟的基础上，给定塔板数、原油进料流量、组分、侧线抽取参数、中段冷却循环参数、汽提参数等约束条件以及所有参数必须大于零的不等式约束条件，以初馏塔、常压塔和减压塔进料位置为优化决策变量，建立了以最大年综合收益为目标函数的优化模型。在 P
4、RO/平台上进行二次开发，编写求解优化模型的 FORTRAN 程序，获得了良好的优化结果。给出了优化后的流程模拟参数，结果表明优化后的流程仍然能够满足系统工艺要求。对比分析了流程优化前后初馏塔、常压塔和减压塔的温度与汽液流量沿塔板数的分布情况，结果表明侧形图能够正确反映进料位置的改变对蒸馏过程的影响。 (3) 流程优化前后结果对比表明，优化后的流程在温度和压力等参数方面没有大的改变，仍然满足工艺要求，最大的改变在于各产品流量发生了改变。根据产品价格的高低，高价格产品流量得到较大的增长，这种增长是以低价格产品的流量减少为代价的。泵功减少对整套装置年综合收益的增长也有贡献，但各产品综合收益对年综合
5、收益的贡献最大。年综合收益的增长是以加热负荷和冷却负荷增加为代价的。 (4) 从优化后流程模拟结果中提取参与换热的冷热过程流体及现场其他一些冷热物流，运用夹点分析法对换热网络进行夹点分析。得到了各热流体和冷流体在各自温度间隔的热负荷分布情况，绘制了组合曲线和总组合曲线。对于热流体，热端提供的热负荷较大，冷端提供的的热负荷较小，其中热物流 JNZY 对整个热负荷的贡献最大。对于冷流体，需要热负荷的冷流体主要是流体 BTY 和 YY，且集中在中低温度间隔内。组合曲线和总组合曲线说明 HRAT 越小，回收的热量越大，需要的热公用工程和冷公用工程也越少，公用工程投资和冷热公用工程费用将减少，但是由于换
6、热网络接近温差变小，整个换热网络的换热器面积将增大，从而增加了换热器投资，说明在实际过程中要兼顾换热器等设备的投资成本。不同 HRAT 的换热网络，其夹点是变化的。 (5) 运用数学规划法，对参与换热的所有冷热物流建立 MINLP 换热网络数学模型，运用分支界限法对数学模型进行求解，获得无分流和有分流两种换热网络。给出了无分流换热网络的换热器、冷却器和加热器匹配流体的进出口温度、换热负荷和换热面积；无分流的换热网络需要142个换热器、8个冷却器和4个加热器。对于有分流换热网络，给出了换热器、冷却器和加热器匹配流体的进出口温度、流率分数、换热负荷和换热面积；有分流的换热网络需要34个换热器、8个
7、冷却器、4个加热器、11个分流器和11个混合器。分别给出了有无分流换热网络的换热格子图，该图能够直观地反映冷热流体的换热情况，包括进出口温度、流量、换热负荷、换热面积和流率分数等。对两种换热网络对比分析表明，有无分流换热网络在冷热过程流体换热的总热负荷上完全相同，冷热过程流体与公用工程换热在投资成本和年操作成本上也大体相近，但有分流换热网络的总换热面积较无分流换热网络大，总投资成本高。从经济效益上看，无分流换热网络更具有优势。然而，由于无分流换热网络换热器数目庞大，弹性不够，而有分流的换热网络换热器数目大大减少，可以根据流程变化对分流进行调节，具有一定的操作灵活性。考虑到原油常减压蒸馏装置的长
8、期投资性和换热网络的灵活性，目前大多数企业大多选择有分流的换热网络。对比分析了夹点分析和数学规划法在热回收量、换热面积、投资成本和年公用工程费用之间的关系。 本文以原油常减压蒸馏装置的流程模拟与优化及其换热网络综合为研究内容，运用流程模拟和优化及换热网络综合理论，对常减压蒸馏工艺进行流程模拟和优化，对其换热网络进行综合，获得了年综合收益最大的优化流程和总年度费用最小的有分流和无分流两种换热网络，对比分析了夹点分析和数学规划法之间的结果。正文内容 本文以炼油厂常减压蒸馏装置的设计和优化为背景，建立了大型常减压蒸馏流程的MESH (Mass balances，Equilibrium relatio
9、ns，mole fraction Summations and Heat balances)模型。在流程模拟的基础上，以初馏塔、常压塔和减压塔的进料位置为优化决策变量，常减压蒸馏装置最大年综合收益为目标函数，在 PRO/平台上进行二次开发，编写了求解优化问题的FORTRAN程序，获得了良好的优化效果。从优化流程结果中提取常减压蒸馏过程冷热物流基础数据，对常减压蒸馏装置的换热网络进行夹点分析，获得组合曲线和总组合曲线以及冷热物流在不同温度间隔对热负荷的贡献。利用数学规划法建立换热网络的 MINLP 数学模型，运用分支界限法对 MINLP 模型进行了求解，获得有无分流两种换热网络，对比分析了两种换
10、热网络的优缺点。具体研究工作总结如下： (1) 针对原油常减压蒸馏工艺，建立初馏塔精馏过程 MESH 方程，即组分物料平衡方程、相平衡方程、摩尔分数加和归一化方程、总物料平衡方程和能量平衡等方程。流程模拟过程中，状态方程选择 SPR 方程，液体密度选用 API 关联式计算，用 PRETRO方法计算传递性质，用 Glitsch 方法计算浮阀塔板压降，用简单换热器模型计算换热器和加热炉传热情况。通过模型的求解，获得了各物流流量、温度和压力等参数。初馏塔、常压塔和减压塔温度和汽液流量沿塔板的分布侧形图能够很好地反映蒸馏过程和进出物料以及中段冷却循环对蒸馏过程的影响。流程模拟结果与系统工艺要求吻合良好
11、，证实模型可靠和模拟结果正确，可信的流程模拟结果为流程优化提供了坚实的基础。 (2) 在流程模拟的基础上，给定塔板数、原油进料流量、组分、侧线抽取参数、中段冷却循环参数、汽提参数等约束条件以及所有参数必须大于零的不等式约束条件，以初馏塔、常压塔和减压塔进料位置为优化决策变量，建立了以最大年综合收益为目标函数的优化模型。在 PRO/平台上进行二次开发，编写求解优化模型的 FORTRAN 程序，获得了良好的优化结果。给出了优化后的流程模拟参数，结果表明优化后的流程仍然能够满足系统工艺要求。对比分析了流程优化前后初馏塔、常压塔和减压塔的温度与汽液流量沿塔板数的分布情况，结果表明侧形图能够正确反映进料
12、位置的改变对蒸馏过程的影响。 (3) 流程优化前后结果对比表明，优化后的流程在温度和压力等参数方面没有大的改变，仍然满足工艺要求，最大的改变在于各产品流量发生了改变。根据产品价格的高低，高价格产品流量得到较大的增长，这种增长是以低价格产品的流量减少为代价的。泵功减少对整套装置年综合收益的增长也有贡献，但各产品综合收益对年综合收益的贡献最大。年综合收益的增长是以加热负荷和冷却负荷增加为代价的。 (4) 从优化后流程模拟结果中提取参与换热的冷热过程流体及现场其他一些冷热物流，运用夹点分析法对换热网络进行夹点分析。得到了各热流体和冷流体在各自温度间隔的热负荷分布情况，绘制了组合曲线和总组合曲线。对于
13、热流体，热端提供的热负荷较大，冷端提供的的热负荷较小，其中热物流 JNZY 对整个热负荷的贡献最大。对于冷流体，需要热负荷的冷流体主要是流体 BTY 和 YY，且集中在中低温度间隔内。组合曲线和总组合曲线说明 HRAT 越小，回收的热量越大，需要的热公用工程和冷公用工程也越少，公用工程投资和冷热公用工程费用将减少，但是由于换热网络接近温差变小，整个换热网络的换热器面积将增大，从而增加了换热器投资，说明在实际过程中要兼顾换热器等设备的投资成本。不同 HRAT 的换热网络，其夹点是变化的。 (5) 运用数学规划法，对参与换热的所有冷热物流建立 MINLP 换热网络数学模型，运用分支界限法对数学模型
14、进行求解，获得无分流和有分流两种换热网络。给出了无分流换热网络的换热器、冷却器和加热器匹配流体的进出口温度、换热负荷和换热面积；无分流的换热网络需要142个换热器、8个冷却器和4个加热器。对于有分流换热网络，给出了换热器、冷却器和加热器匹配流体的进出口温度、流率分数、换热负荷和换热面积；有分流的换热网络需要34个换热器、8个冷却器、4个加热器、11个分流器和11个混合器。分别给出了有无分流换热网络的换热格子图，该图能够直观地反映冷热流体的换热情况，包括进出口温度、流量、换热负荷、换热面积和流率分数等。对两种换热网络对比分析表明，有无分流换热网络在冷热过程流体换热的总热负荷上完全相同，冷热过程流
15、体与公用工程换热在投资成本和年操作成本上也大体相近，但有分流换热网络的总换热面积较无分流换热网络大，总投资成本高。从经济效益上看，无分流换热网络更具有优势。然而，由于无分流换热网络换热器数目庞大，弹性不够，而有分流的换热网络换热器数目大大减少，可以根据流程变化对分流进行调节，具有一定的操作灵活性。考虑到原油常减压蒸馏装置的长期投资性和换热网络的灵活性，目前大多数企业大多选择有分流的换热网络。对比分析了夹点分析和数学规划法在热回收量、换热面积、投资成本和年公用工程费用之间的关系。 本文以原油常减压蒸馏装置的流程模拟与优化及其换热网络综合为研究内容，运用流程模拟和优化及换热网络综合理论，对常减压蒸
16、馏工艺进行流程模拟和优化，对其换热网络进行综合，获得了年综合收益最大的优化流程和总年度费用最小的有分流和无分流两种换热网络，对比分析了夹点分析和数学规划法之间的结果。本文以炼油厂常减压蒸馏装置的设计和优化为背景，建立了大型常减压蒸馏流程的MESH (Mass balances，Equilibrium relations，mole fraction Summations and Heat balances)模型。在流程模拟的基础上，以初馏塔、常压塔和减压塔的进料位置为优化决策变量，常减压蒸馏装置最大年综合收益为目标函数，在 PRO/平台上进行二次开发，编写了求解优化问题的FORTRAN程序，获得
17、了良好的优化效果。从优化流程结果中提取常减压蒸馏过程冷热物流基础数据，对常减压蒸馏装置的换热网络进行夹点分析，获得组合曲线和总组合曲线以及冷热物流在不同温度间隔对热负荷的贡献。利用数学规划法建立换热网络的 MINLP 数学模型，运用分支界限法对 MINLP 模型进行了求解，获得有无分流两种换热网络，对比分析了两种换热网络的优缺点。具体研究工作总结如下： (1) 针对原油常减压蒸馏工艺，建立初馏塔精馏过程 MESH 方程，即组分物料平衡方程、相平衡方程、摩尔分数加和归一化方程、总物料平衡方程和能量平衡等方程。流程模拟过程中，状态方程选择 SPR 方程，液体密度选用 API 关联式计算，用 PRE
18、TRO方法计算传递性质，用 Glitsch 方法计算浮阀塔板压降，用简单换热器模型计算换热器和加热炉传热情况。通过模型的求解，获得了各物流流量、温度和压力等参数。初馏塔、常压塔和减压塔温度和汽液流量沿塔板的分布侧形图能够很好地反映蒸馏过程和进出物料以及中段冷却循环对蒸馏过程的影响。流程模拟结果与系统工艺要求吻合良好，证实模型可靠和模拟结果正确，可信的流程模拟结果为流程优化提供了坚实的基础。 (2) 在流程模拟的基础上，给定塔板数、原油进料流量、组分、侧线抽取参数、中段冷却循环参数、汽提参数等约束条件以及所有参数必须大于零的不等式约束条件，以初馏塔、常压塔和减压塔进料位置为优化决策变量，建立了以
19、最大年综合收益为目标函数的优化模型。在 PRO/平台上进行二次开发，编写求解优化模型的 FORTRAN 程序，获得了良好的优化结果。给出了优化后的流程模拟参数，结果表明优化后的流程仍然能够满足系统工艺要求。对比分析了流程优化前后初馏塔、常压塔和减压塔的温度与汽液流量沿塔板数的分布情况，结果表明侧形图能够正确反映进料位置的改变对蒸馏过程的影响。 (3) 流程优化前后结果对比表明，优化后的流程在温度和压力等参数方面没有大的改变，仍然满足工艺要求，最大的改变在于各产品流量发生了改变。根据产品价格的高低，高价格产品流量得到较大的增长，这种增长是以低价格产品的流量减少为代价的。泵功减少对整套装置年综合收
20、益的增长也有贡献，但各产品综合收益对年综合收益的贡献最大。年综合收益的增长是以加热负荷和冷却负荷增加为代价的。 (4) 从优化后流程模拟结果中提取参与换热的冷热过程流体及现场其他一些冷热物流，运用夹点分析法对换热网络进行夹点分析。得到了各热流体和冷流体在各自温度间隔的热负荷分布情况，绘制了组合曲线和总组合曲线。对于热流体，热端提供的热负荷较大，冷端提供的的热负荷较小，其中热物流 JNZY 对整个热负荷的贡献最大。对于冷流体，需要热负荷的冷流体主要是流体 BTY 和 YY，且集中在中低温度间隔内。组合曲线和总组合曲线说明 HRAT 越小，回收的热量越大，需要的热公用工程和冷公用工程也越少，公用工
21、程投资和冷热公用工程费用将减少，但是由于换热网络接近温差变小，整个换热网络的换热器面积将增大，从而增加了换热器投资，说明在实际过程中要兼顾换热器等设备的投资成本。不同 HRAT 的换热网络，其夹点是变化的。 (5) 运用数学规划法，对参与换热的所有冷热物流建立 MINLP 换热网络数学模型，运用分支界限法对数学模型进行求解，获得无分流和有分流两种换热网络。给出了无分流换热网络的换热器、冷却器和加热器匹配流体的进出口温度、换热负荷和换热面积；无分流的换热网络需要142个换热器、8个冷却器和4个加热器。对于有分流换热网络，给出了换热器、冷却器和加热器匹配流体的进出口温度、流率分数、换热负荷和换热面
22、积；有分流的换热网络需要34个换热器、8个冷却器、4个加热器、11个分流器和11个混合器。分别给出了有无分流换热网络的换热格子图，该图能够直观地反映冷热流体的换热情况，包括进出口温度、流量、换热负荷、换热面积和流率分数等。对两种换热网络对比分析表明，有无分流换热网络在冷热过程流体换热的总热负荷上完全相同，冷热过程流体与公用工程换热在投资成本和年操作成本上也大体相近，但有分流换热网络的总换热面积较无分流换热网络大，总投资成本高。从经济效益上看，无分流换热网络更具有优势。然而，由于无分流换热网络换热器数目庞大，弹性不够，而有分流的换热网络换热器数目大大减少，可以根据流程变化对分流进行调节，具有一定
23、的操作灵活性。考虑到原油常减压蒸馏装置的长期投资性和换热网络的灵活性，目前大多数企业大多选择有分流的换热网络。对比分析了夹点分析和数学规划法在热回收量、换热面积、投资成本和年公用工程费用之间的关系。 本文以原油常减压蒸馏装置的流程模拟与优化及其换热网络综合为研究内容，运用流程模拟和优化及换热网络综合理论，对常减压蒸馏工艺进行流程模拟和优化，对其换热网络进行综合，获得了年综合收益最大的优化流程和总年度费用最小的有分流和无分流两种换热网络，对比分析了夹点分析和数学规划法之间的结果。本文以炼油厂常减压蒸馏装置的设计和优化为背景，建立了大型常减压蒸馏流程的MESH (Mass balances，Equ
24、ilibrium relations，mole fraction Summations and Heat balances)模型。在流程模拟的基础上，以初馏塔、常压塔和减压塔的进料位置为优化决策变量，常减压蒸馏装置最大年综合收益为目标函数，在 PRO/平台上进行二次开发，编写了求解优化问题的FORTRAN程序，获得了良好的优化效果。从优化流程结果中提取常减压蒸馏过程冷热物流基础数据，对常减压蒸馏装置的换热网络进行夹点分析，获得组合曲线和总组合曲线以及冷热物流在不同温度间隔对热负荷的贡献。利用数学规划法建立换热网络的 MINLP 数学模型，运用分支界限法对 MINLP 模型进行了求解，获得有无分
25、流两种换热网络，对比分析了两种换热网络的优缺点。具体研究工作总结如下： (1) 针对原油常减压蒸馏工艺，建立初馏塔精馏过程 MESH 方程，即组分物料平衡方程、相平衡方程、摩尔分数加和归一化方程、总物料平衡方程和能量平衡等方程。流程模拟过程中，状态方程选择 SPR 方程，液体密度选用 API 关联式计算，用 PRETRO方法计算传递性质，用 Glitsch 方法计算浮阀塔板压降，用简单换热器模型计算换热器和加热炉传热情况。通过模型的求解，获得了各物流流量、温度和压力等参数。初馏塔、常压塔和减压塔温度和汽液流量沿塔板的分布侧形图能够很好地反映蒸馏过程和进出物料以及中段冷却循环对蒸馏过程的影响。流
26、程模拟结果与系统工艺要求吻合良好，证实模型可靠和模拟结果正确，可信的流程模拟结果为流程优化提供了坚实的基础。 (2) 在流程模拟的基础上，给定塔板数、原油进料流量、组分、侧线抽取参数、中段冷却循环参数、汽提参数等约束条件以及所有参数必须大于零的不等式约束条件，以初馏塔、常压塔和减压塔进料位置为优化决策变量，建立了以最大年综合收益为目标函数的优化模型。在 PRO/平台上进行二次开发，编写求解优化模型的 FORTRAN 程序，获得了良好的优化结果。给出了优化后的流程模拟参数，结果表明优化后的流程仍然能够满足系统工艺要求。对比分析了流程优化前后初馏塔、常压塔和减压塔的温度与汽液流量沿塔板数的分布情况
27、，结果表明侧形图能够正确反映进料位置的改变对蒸馏过程的影响。 (3) 流程优化前后结果对比表明，优化后的流程在温度和压力等参数方面没有大的改变，仍然满足工艺要求，最大的改变在于各产品流量发生了改变。根据产品价格的高低，高价格产品流量得到较大的增长，这种增长是以低价格产品的流量减少为代价的。泵功减少对整套装置年综合收益的增长也有贡献，但各产品综合收益对年综合收益的贡献最大。年综合收益的增长是以加热负荷和冷却负荷增加为代价的。 (4) 从优化后流程模拟结果中提取参与换热的冷热过程流体及现场其他一些冷热物流，运用夹点分析法对换热网络进行夹点分析。得到了各热流体和冷流体在各自温度间隔的热负荷分布情况，
28、绘制了组合曲线和总组合曲线。对于热流体，热端提供的热负荷较大，冷端提供的的热负荷较小，其中热物流 JNZY 对整个热负荷的贡献最大。对于冷流体，需要热负荷的冷流体主要是流体 BTY 和 YY，且集中在中低温度间隔内。组合曲线和总组合曲线说明 HRAT 越小，回收的热量越大，需要的热公用工程和冷公用工程也越少，公用工程投资和冷热公用工程费用将减少，但是由于换热网络接近温差变小，整个换热网络的换热器面积将增大，从而增加了换热器投资，说明在实际过程中要兼顾换热器等设备的投资成本。不同 HRAT 的换热网络，其夹点是变化的。 (5) 运用数学规划法，对参与换热的所有冷热物流建立 MINLP 换热网络数
29、学模型，运用分支界限法对数学模型进行求解，获得无分流和有分流两种换热网络。给出了无分流换热网络的换热器、冷却器和加热器匹配流体的进出口温度、换热负荷和换热面积；无分流的换热网络需要142个换热器、8个冷却器和4个加热器。对于有分流换热网络，给出了换热器、冷却器和加热器匹配流体的进出口温度、流率分数、换热负荷和换热面积；有分流的换热网络需要34个换热器、8个冷却器、4个加热器、11个分流器和11个混合器。分别给出了有无分流换热网络的换热格子图，该图能够直观地反映冷热流体的换热情况，包括进出口温度、流量、换热负荷、换热面积和流率分数等。对两种换热网络对比分析表明，有无分流换热网络在冷热过程流体换热
30、的总热负荷上完全相同，冷热过程流体与公用工程换热在投资成本和年操作成本上也大体相近，但有分流换热网络的总换热面积较无分流换热网络大，总投资成本高。从经济效益上看，无分流换热网络更具有优势。然而，由于无分流换热网络换热器数目庞大，弹性不够，而有分流的换热网络换热器数目大大减少，可以根据流程变化对分流进行调节，具有一定的操作灵活性。考虑到原油常减压蒸馏装置的长期投资性和换热网络的灵活性，目前大多数企业大多选择有分流的换热网络。对比分析了夹点分析和数学规划法在热回收量、换热面积、投资成本和年公用工程费用之间的关系。 本文以原油常减压蒸馏装置的流程模拟与优化及其换热网络综合为研究内容，运用流程模拟和优
31、化及换热网络综合理论，对常减压蒸馏工艺进行流程模拟和优化，对其换热网络进行综合，获得了年综合收益最大的优化流程和总年度费用最小的有分流和无分流两种换热网络，对比分析了夹点分析和数学规划法之间的结果。本文以炼油厂常减压蒸馏装置的设计和优化为背景，建立了大型常减压蒸馏流程的MESH (Mass balances，Equilibrium relations，mole fraction Summations and Heat balances)模型。在流程模拟的基础上，以初馏塔、常压塔和减压塔的进料位置为优化决策变量，常减压蒸馏装置最大年综合收益为目标函数，在 PRO/平台上进行二次开发，编写了求解优
32、化问题的FORTRAN程序，获得了良好的优化效果。从优化流程结果中提取常减压蒸馏过程冷热物流基础数据，对常减压蒸馏装置的换热网络进行夹点分析，获得组合曲线和总组合曲线以及冷热物流在不同温度间隔对热负荷的贡献。利用数学规划法建立换热网络的 MINLP 数学模型，运用分支界限法对 MINLP 模型进行了求解，获得有无分流两种换热网络，对比分析了两种换热网络的优缺点。具体研究工作总结如下： (1) 针对原油常减压蒸馏工艺，建立初馏塔精馏过程 MESH 方程，即组分物料平衡方程、相平衡方程、摩尔分数加和归一化方程、总物料平衡方程和能量平衡等方程。流程模拟过程中，状态方程选择 SPR 方程，液体密度选用
33、 API 关联式计算，用 PRETRO方法计算传递性质，用 Glitsch 方法计算浮阀塔板压降，用简单换热器模型计算换热器和加热炉传热情况。通过模型的求解，获得了各物流流量、温度和压力等参数。初馏塔、常压塔和减压塔温度和汽液流量沿塔板的分布侧形图能够很好地反映蒸馏过程和进出物料以及中段冷却循环对蒸馏过程的影响。流程模拟结果与系统工艺要求吻合良好，证实模型可靠和模拟结果正确，可信的流程模拟结果为流程优化提供了坚实的基础。 (2) 在流程模拟的基础上，给定塔板数、原油进料流量、组分、侧线抽取参数、中段冷却循环参数、汽提参数等约束条件以及所有参数必须大于零的不等式约束条件，以初馏塔、常压塔和减压塔
34、进料位置为优化决策变量，建立了以最大年综合收益为目标函数的优化模型。在 PRO/平台上进行二次开发，编写求解优化模型的 FORTRAN 程序，获得了良好的优化结果。给出了优化后的流程模拟参数，结果表明优化后的流程仍然能够满足系统工艺要求。对比分析了流程优化前后初馏塔、常压塔和减压塔的温度与汽液流量沿塔板数的分布情况，结果表明侧形图能够正确反映进料位置的改变对蒸馏过程的影响。 (3) 流程优化前后结果对比表明，优化后的流程在温度和压力等参数方面没有大的改变，仍然满足工艺要求，最大的改变在于各产品流量发生了改变。根据产品价格的高低，高价格产品流量得到较大的增长，这种增长是以低价格产品的流量减少为代
35、价的。泵功减少对整套装置年综合收益的增长也有贡献，但各产品综合收益对年综合收益的贡献最大。年综合收益的增长是以加热负荷和冷却负荷增加为代价的。 (4) 从优化后流程模拟结果中提取参与换热的冷热过程流体及现场其他一些冷热物流，运用夹点分析法对换热网络进行夹点分析。得到了各热流体和冷流体在各自温度间隔的热负荷分布情况，绘制了组合曲线和总组合曲线。对于热流体，热端提供的热负荷较大，冷端提供的的热负荷较小，其中热物流 JNZY 对整个热负荷的贡献最大。对于冷流体，需要热负荷的冷流体主要是流体 BTY 和 YY，且集中在中低温度间隔内。组合曲线和总组合曲线说明 HRAT 越小，回收的热量越大，需要的热公
36、用工程和冷公用工程也越少，公用工程投资和冷热公用工程费用将减少，但是由于换热网络接近温差变小，整个换热网络的换热器面积将增大，从而增加了换热器投资，说明在实际过程中要兼顾换热器等设备的投资成本。不同 HRAT 的换热网络，其夹点是变化的。 (5) 运用数学规划法，对参与换热的所有冷热物流建立 MINLP 换热网络数学模型，运用分支界限法对数学模型进行求解，获得无分流和有分流两种换热网络。给出了无分流换热网络的换热器、冷却器和加热器匹配流体的进出口温度、换热负荷和换热面积；无分流的换热网络需要142个换热器、8个冷却器和4个加热器。对于有分流换热网络，给出了换热器、冷却器和加热器匹配流体的进出口
37、温度、流率分数、换热负荷和换热面积；有分流的换热网络需要34个换热器、8个冷却器、4个加热器、11个分流器和11个混合器。分别给出了有无分流换热网络的换热格子图，该图能够直观地反映冷热流体的换热情况，包括进出口温度、流量、换热负荷、换热面积和流率分数等。对两种换热网络对比分析表明，有无分流换热网络在冷热过程流体换热的总热负荷上完全相同，冷热过程流体与公用工程换热在投资成本和年操作成本上也大体相近，但有分流换热网络的总换热面积较无分流换热网络大，总投资成本高。从经济效益上看，无分流换热网络更具有优势。然而，由于无分流换热网络换热器数目庞大，弹性不够，而有分流的换热网络换热器数目大大减少，可以根据
38、流程变化对分流进行调节，具有一定的操作灵活性。考虑到原油常减压蒸馏装置的长期投资性和换热网络的灵活性，目前大多数企业大多选择有分流的换热网络。对比分析了夹点分析和数学规划法在热回收量、换热面积、投资成本和年公用工程费用之间的关系。 本文以原油常减压蒸馏装置的流程模拟与优化及其换热网络综合为研究内容，运用流程模拟和优化及换热网络综合理论，对常减压蒸馏工艺进行流程模拟和优化，对其换热网络进行综合，获得了年综合收益最大的优化流程和总年度费用最小的有分流和无分流两种换热网络，对比分析了夹点分析和数学规划法之间的结果。本文以炼油厂常减压蒸馏装置的设计和优化为背景，建立了大型常减压蒸馏流程的MESH (M
39、ass balances，Equilibrium relations，mole fraction Summations and Heat balances)模型。在流程模拟的基础上，以初馏塔、常压塔和减压塔的进料位置为优化决策变量，常减压蒸馏装置最大年综合收益为目标函数，在 PRO/平台上进行二次开发，编写了求解优化问题的FORTRAN程序，获得了良好的优化效果。从优化流程结果中提取常减压蒸馏过程冷热物流基础数据，对常减压蒸馏装置的换热网络进行夹点分析，获得组合曲线和总组合曲线以及冷热物流在不同温度间隔对热负荷的贡献。利用数学规划法建立换热网络的 MINLP 数学模型，运用分支界限法对 MIN
40、LP 模型进行了求解，获得有无分流两种换热网络，对比分析了两种换热网络的优缺点。具体研究工作总结如下： (1) 针对原油常减压蒸馏工艺，建立初馏塔精馏过程 MESH 方程，即组分物料平衡方程、相平衡方程、摩尔分数加和归一化方程、总物料平衡方程和能量平衡等方程。流程模拟过程中，状态方程选择 SPR 方程，液体密度选用 API 关联式计算，用 PRETRO方法计算传递性质，用 Glitsch 方法计算浮阀塔板压降，用简单换热器模型计算换热器和加热炉传热情况。通过模型的求解，获得了各物流流量、温度和压力等参数。初馏塔、常压塔和减压塔温度和汽液流量沿塔板的分布侧形图能够很好地反映蒸馏过程和进出物料以及
41、中段冷却循环对蒸馏过程的影响。流程模拟结果与系统工艺要求吻合良好，证实模型可靠和模拟结果正确，可信的流程模拟结果为流程优化提供了坚实的基础。 (2) 在流程模拟的基础上，给定塔板数、原油进料流量、组分、侧线抽取参数、中段冷却循环参数、汽提参数等约束条件以及所有参数必须大于零的不等式约束条件，以初馏塔、常压塔和减压塔进料位置为优化决策变量，建立了以最大年综合收益为目标函数的优化模型。在 PRO/平台上进行二次开发，编写求解优化模型的 FORTRAN 程序，获得了良好的优化结果。给出了优化后的流程模拟参数，结果表明优化后的流程仍然能够满足系统工艺要求。对比分析了流程优化前后初馏塔、常压塔和减压塔的
42、温度与汽液流量沿塔板数的分布情况，结果表明侧形图能够正确反映进料位置的改变对蒸馏过程的影响。 (3) 流程优化前后结果对比表明，优化后的流程在温度和压力等参数方面没有大的改变，仍然满足工艺要求，最大的改变在于各产品流量发生了改变。根据产品价格的高低，高价格产品流量得到较大的增长，这种增长是以低价格产品的流量减少为代价的。泵功减少对整套装置年综合收益的增长也有贡献，但各产品综合收益对年综合收益的贡献最大。年综合收益的增长是以加热负荷和冷却负荷增加为代价的。 (4) 从优化后流程模拟结果中提取参与换热的冷热过程流体及现场其他一些冷热物流，运用夹点分析法对换热网络进行夹点分析。得到了各热流体和冷流体
43、在各自温度间隔的热负荷分布情况，绘制了组合曲线和总组合曲线。对于热流体，热端提供的热负荷较大，冷端提供的的热负荷较小，其中热物流 JNZY 对整个热负荷的贡献最大。对于冷流体，需要热负荷的冷流体主要是流体 BTY 和 YY，且集中在中低温度间隔内。组合曲线和总组合曲线说明 HRAT 越小，回收的热量越大，需要的热公用工程和冷公用工程也越少，公用工程投资和冷热公用工程费用将减少，但是由于换热网络接近温差变小，整个换热网络的换热器面积将增大，从而增加了换热器投资，说明在实际过程中要兼顾换热器等设备的投资成本。不同 HRAT 的换热网络，其夹点是变化的。 (5) 运用数学规划法，对参与换热的所有冷热
44、物流建立 MINLP 换热网络数学模型，运用分支界限法对数学模型进行求解，获得无分流和有分流两种换热网络。给出了无分流换热网络的换热器、冷却器和加热器匹配流体的进出口温度、换热负荷和换热面积；无分流的换热网络需要142个换热器、8个冷却器和4个加热器。对于有分流换热网络，给出了换热器、冷却器和加热器匹配流体的进出口温度、流率分数、换热负荷和换热面积；有分流的换热网络需要34个换热器、8个冷却器、4个加热器、11个分流器和11个混合器。分别给出了有无分流换热网络的换热格子图，该图能够直观地反映冷热流体的换热情况，包括进出口温度、流量、换热负荷、换热面积和流率分数等。对两种换热网络对比分析表明，有
45、无分流换热网络在冷热过程流体换热的总热负荷上完全相同，冷热过程流体与公用工程换热在投资成本和年操作成本上也大体相近，但有分流换热网络的总换热面积较无分流换热网络大，总投资成本高。从经济效益上看，无分流换热网络更具有优势。然而，由于无分流换热网络换热器数目庞大，弹性不够，而有分流的换热网络换热器数目大大减少，可以根据流程变化对分流进行调节，具有一定的操作灵活性。考虑到原油常减压蒸馏装置的长期投资性和换热网络的灵活性，目前大多数企业大多选择有分流的换热网络。对比分析了夹点分析和数学规划法在热回收量、换热面积、投资成本和年公用工程费用之间的关系。 本文以原油常减压蒸馏装置的流程模拟与优化及其换热网络
46、综合为研究内容，运用流程模拟和优化及换热网络综合理论，对常减压蒸馏工艺进行流程模拟和优化，对其换热网络进行综合，获得了年综合收益最大的优化流程和总年度费用最小的有分流和无分流两种换热网络，对比分析了夹点分析和数学规划法之间的结果。本文以炼油厂常减压蒸馏装置的设计和优化为背景，建立了大型常减压蒸馏流程的MESH (Mass balances，Equilibrium relations，mole fraction Summations and Heat balances)模型。在流程模拟的基础上，以初馏塔、常压塔和减压塔的进料位置为优化决策变量，常减压蒸馏装置最大年综合收益为目标函数，在 PRO/
47、平台上进行二次开发，编写了求解优化问题的FORTRAN程序，获得了良好的优化效果。从优化流程结果中提取常减压蒸馏过程冷热物流基础数据，对常减压蒸馏装置的换热网络进行夹点分析，获得组合曲线和总组合曲线以及冷热物流在不同温度间隔对热负荷的贡献。利用数学规划法建立换热网络的 MINLP 数学模型，运用分支界限法对 MINLP 模型进行了求解，获得有无分流两种换热网络，对比分析了两种换热网络的优缺点。具体研究工作总结如下： (1) 针对原油常减压蒸馏工艺，建立初馏塔精馏过程 MESH 方程，即组分物料平衡方程、相平衡方程、摩尔分数加和归一化方程、总物料平衡方程和能量平衡等方程。流程模拟过程中，状态方程
48、选择 SPR 方程，液体密度选用 API 关联式计算，用 PRETRO方法计算传递性质，用 Glitsch 方法计算浮阀塔板压降，用简单换热器模型计算换热器和加热炉传热情况。通过模型的求解，获得了各物流流量、温度和压力等参数。初馏塔、常压塔和减压塔温度和汽液流量沿塔板的分布侧形图能够很好地反映蒸馏过程和进出物料以及中段冷却循环对蒸馏过程的影响。流程模拟结果与系统工艺要求吻合良好，证实模型可靠和模拟结果正确，可信的流程模拟结果为流程优化提供了坚实的基础。 (2) 在流程模拟的基础上，给定塔板数、原油进料流量、组分、侧线抽取参数、中段冷却循环参数、汽提参数等约束条件以及所有参数必须大于零的不等式约
49、束条件，以初馏塔、常压塔和减压塔进料位置为优化决策变量，建立了以最大年综合收益为目标函数的优化模型。在 PRO/平台上进行二次开发，编写求解优化模型的 FORTRAN 程序，获得了良好的优化结果。给出了优化后的流程模拟参数，结果表明优化后的流程仍然能够满足系统工艺要求。对比分析了流程优化前后初馏塔、常压塔和减压塔的温度与汽液流量沿塔板数的分布情况，结果表明侧形图能够正确反映进料位置的改变对蒸馏过程的影响。 (3) 流程优化前后结果对比表明，优化后的流程在温度和压力等参数方面没有大的改变，仍然满足工艺要求，最大的改变在于各产品流量发生了改变。根据产品价格的高低，高价格产品流量得到较大的增长，这种增长是以低价格产品的流量减少为代价的。泵功减少对整套装置年综合收益的增长也有贡献，但各产品综合收益对年综合收益的贡献最大。年综合收益的增长是以加热负荷和冷却负荷增加为代价的。 (4) 从优化后流程模拟结果中提取参与换热的冷热过程流体及现场其他一些冷热物流，运用夹点分析法对换热网络进行夹点分析。得到了各热流体和冷流体在各自温度间隔的热负荷分布情况，绘制了