專利名稱：用于熱交換器網(wǎng)絡(luò)能量效率評定和壽命改進(jìn)的系統(tǒng)和程序產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及能量回收系統(tǒng)的領(lǐng)域，且明確地說，涉及與單個(gè)和多個(gè)公用工程的能量效率評定、基礎(chǔ)的新的和現(xiàn)有的熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)以及當(dāng)前和未來改進(jìn)修改有關(guān)的系統(tǒng)、程序產(chǎn)品和方法。
背景技術(shù)：
為了獲得輸出結(jié)果或?yàn)榱水a(chǎn)生所需產(chǎn)品或化合物，許多不同類型的工藝消耗多個(gè)蒸汽水平和電力。對于(例如)消耗大量燃料和蒸汽的大規(guī)模工藝，優(yōu)選的是通過工廠和所使用的設(shè)備的謹(jǐn)慎操作、設(shè)計(jì)或重新配置來優(yōu)化能量的消耗。另外，在一些工業(yè)制造工藝中，需要在特定溫度下將材料流的特定物流供應(yīng)到不同類型的設(shè)備和機(jī)器。這些材料流可能需要從原始開始溫度或供應(yīng)溫度加熱或冷卻到目標(biāo)溫度。這又需要消耗蒸汽來加熱特定物流且消耗水(例如)來冷卻特定物流。由工業(yè)制造工藝采用或消耗的總能量可(例如)通過特定材料物流相對于彼此的謹(jǐn)慎放置和配置來優(yōu)化到全局最小水平?？赡艽嬖?例如)需要冷卻的熱物流放置成接近需要加熱的冷物流的可能。具有需要去除的已經(jīng)存在的熱能(廢熱)的物流或需要添加熱的物流可與彼此相關(guān)聯(lián)以優(yōu)化工藝的能量消耗。可合成熱交換器網(wǎng)絡(luò)(HEN)以提供用于利用此廢熱來向需要添加熱的那些物流提供熱的媒介。此熱交換器網(wǎng)絡(luò)可為任何新工廠中非常重要的子系統(tǒng)。HEN設(shè)計(jì)在其壽命期間面臨高水平的操作改變。這些改變可(例如)因?yàn)樵蠗l件和產(chǎn)品需求的工藝干擾和/或不確定性而為短期的，且可(例如)因?yàn)樾枰幚磔^多原材料而為長期的，所述需要保證包含HEN的設(shè)施的組件消除薄弱環(huán)節(jié)以增加其生產(chǎn)量。如今且自從上世紀(jì)七十年代后期以來，另一重要長期因素為能量價(jià)格以比工廠能量系統(tǒng)設(shè)備成本的增加速率高的速率連續(xù)上升。能量成本的此相對連續(xù)上升已促進(jìn)對在設(shè)施的可達(dá)到30年或30年以上的壽命期間周期性地修改設(shè)施的HEN以增加設(shè)施的HEN廢能(數(shù)量和質(zhì)量)回收的需要。在這種情況下，HEN改進(jìn)目標(biāo)/任務(wù)為產(chǎn)生滿足新工藝目標(biāo)及其新操作約束的實(shí)際上可實(shí)施的具成本效益的HEN設(shè)計(jì)修改。發(fā)明者已認(rèn)識(shí)到，可存在使現(xiàn)有HEN改進(jìn)原始 設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)新目標(biāo)的許多可能修改。所述修改可包含以下各項(xiàng)中的一者或一者以上工藝操作和設(shè)計(jì)條件修改、現(xiàn)有HEN拓?fù)?結(jié)構(gòu)修改，以及包含改善熱轉(zhuǎn)移(U)的熱轉(zhuǎn)移增強(qiáng)的現(xiàn)有HEN單元設(shè)計(jì)修改和參數(shù)修改等。理論上，可使用優(yōu)化來解決此問題，其中目標(biāo)是使現(xiàn)有HEN修改和工廠的工藝單元設(shè)計(jì)和操作修改的其余者的總成本減去所實(shí)現(xiàn)的能量成本節(jié)省減到最小。因此，發(fā)明者已認(rèn)識(shí)到，具有使用或采用上文識(shí)別的所有可能自由度以增強(qiáng)任何工業(yè)設(shè)施的廢熱回收的系統(tǒng)工藝步驟對于世界的廢熱回收努力將是非常有益的，增強(qiáng)任何工業(yè)設(shè)施的廢熱回收可自動(dòng)轉(zhuǎn)換為工廠的能量系統(tǒng)的消除薄弱環(huán)節(jié)的百分比。發(fā)明者還認(rèn)識(shí)到，任何工業(yè)設(shè)施具有可在現(xiàn)在、兩年后、五年后等等使用或采用可用自由度的所有可能組合以改善任何設(shè)施的HEN的當(dāng)前效率直到工廠壽命結(jié)束而不損壞較早時(shí)間進(jìn)行的任何改進(jìn)努力的系統(tǒng)工藝步驟也將非常有益。換句話說，需要使工廠擁有者能夠用今天的能量價(jià)格評定并改進(jìn)其HEN以獲得目前能量成本節(jié)省且能夠用以下方式這樣做的具成本效益的方式當(dāng)決策人想要在兩年到三年后因?yàn)槟芰績r(jià)格的另一上升而評定并執(zhí)行另一改進(jìn)以節(jié)省能量成本時(shí)，其可在不與先前改進(jìn)項(xiàng)目中進(jìn)行的動(dòng)作矛盾的情況下這么做。因此，認(rèn)識(shí)到需要使工業(yè)設(shè)施能夠具有繼續(xù)修改其HEN但不因系統(tǒng)設(shè)施不具有選項(xiàng)或僅具有非常昂貴/不實(shí)際和/或矛盾改進(jìn)選項(xiàng)來能夠捕獲其生產(chǎn)設(shè)施中的更多廢熱的情形而受妨礙的能力的系統(tǒng)方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品。另外，認(rèn)識(shí)到需要可測試包含數(shù)學(xué)規(guī)劃模型的結(jié)果的今天存在或未來的任何其它改進(jìn)方法的結(jié)果且可從添加的許多單元和回收的廢能角度兩者評定其結(jié)果并確定HEN是否具有可在未來允許更多改進(jìn)項(xiàng)目的健康拓?fù)涞某橄蠊に?。換句話說，需要再現(xiàn)出于廢熱回收目的而具有連續(xù)工廠壽命改進(jìn)能力的結(jié)構(gòu)的新系統(tǒng)方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品以用于現(xiàn)在的改進(jìn)與看得見的未來改進(jìn)。HEN改進(jìn)的常規(guī)方法使用夾點(diǎn)技術(shù)及其修改，網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)技術(shù)及其增強(qiáng)，或數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)。使用夾點(diǎn)設(shè)計(jì)方法及其修改的HEN改進(jìn)的方法由特別定目標(biāo)級繼之以設(shè)計(jì)修改級組成。在特別定目標(biāo)級中，假定全局At_min且將其用以設(shè)置能量目標(biāo)，且接著使用格網(wǎng)圖繪制網(wǎng)絡(luò)。接著檢查熱交換器與從假定全局Δ t_min值產(chǎn)生的“假定為固定的”夾點(diǎn)的相對位置以識(shí)別跨越這個(gè)“虛構(gòu)地固定的”夾點(diǎn)(位置)交換熱的HE單元。在設(shè)計(jì)修改階段，熱交換器及其相關(guān)聯(lián)的加熱器/冷卻器相對于虛構(gòu)地固定的夾點(diǎn)位置半系統(tǒng)地/手動(dòng)地重新定位，使得其不再跨越虛構(gòu)地固定的夾點(diǎn)的位置交換熱。在單獨(dú)或結(jié)合數(shù)學(xué)規(guī)劃模型使用夾點(diǎn)技術(shù)的常規(guī)的基于試探法的HEN改進(jìn)方法中，在想不到/看不見未來改進(jìn)項(xiàng)目的情況下首先選擇用于“一次改進(jìn)”項(xiàng)目的償付周期(例如，兩年)。接下來，使用與工藝夾點(diǎn)的位置一致的全局AT_min來從復(fù)合曲線確定待節(jié)省的所需能量和新加熱或冷卻負(fù)載。將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)繪制于稱作格網(wǎng)圖的圖上，在格網(wǎng)圖中突出顯示跨越工藝夾點(diǎn)溫度工作的單元。設(shè)計(jì)者接著使用其經(jīng)驗(yàn)來校正違犯工藝夾點(diǎn)溫度的情形，這依賴于這些改變將不改變夾點(diǎn)位置的假設(shè)。因?yàn)閱栴}/初始化的開始是基于試探法，所以其在想不到/看不見未來改進(jìn)項(xiàng)目的情況下進(jìn)行改進(jìn)解決方案。然而，使用不同開始點(diǎn)將可能導(dǎo)致完全不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)解決方案。因此，由于具有類似性能的許多替代設(shè)計(jì)為可能的，所以用所謂的“正確的”初 始化全局AT_min值開始改進(jìn)項(xiàng)目為強(qiáng)制性的。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，AT_min的不同值將產(chǎn)生不同夾點(diǎn)位置，不同夾點(diǎn)位置將導(dǎo)致不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因而，如果用錯(cuò)誤AT_min開始，那么將獲得錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)，且進(jìn)化試探法和優(yōu)化技術(shù)(NLP)將不會(huì)導(dǎo)致最佳結(jié)果，因?yàn)閺囊粋€(gè)結(jié)構(gòu)到另一結(jié)構(gòu)的根本移動(dòng)/改變是不可行或不可能的。盡管此改進(jìn)解決方案發(fā)現(xiàn)是基于熱力學(xué)第一定律，但其不以達(dá)到最初定義的目標(biāo)的系統(tǒng)方式實(shí)行，而是其為突然方法(一次改進(jìn)包)。也就是說，如果設(shè)計(jì)者因?yàn)橐环N原因或另一種原因(例如，所需要的資本和/或用于實(shí)施的時(shí)間、對其它工藝單元的影響等)而不能接受整個(gè)解決方案結(jié)構(gòu)，那么將不得不拒絕所述包。這可能是麻煩的，因?yàn)獒槍γ娣e和投資成本定義的目標(biāo)并不嚴(yán)密且非常粗糙。使用基于網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)的方法的HEN改進(jìn)的方法采用若干程序以確定網(wǎng)絡(luò)中的通過僅利用網(wǎng)絡(luò)公用工程路徑(例如，通過添加更多HE單元表面積)的最大可能廢熱回收。進(jìn)化方法通過反復(fù)地將每一工藝到工藝HE單元中的物流之間的AT_min最小化為零來重復(fù)網(wǎng)絡(luò)的擠壓，以產(chǎn)生稱作不隨工藝和/或結(jié)構(gòu)修改而改變其位置的新“假定固定”網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)的事物。接著使用夾點(diǎn)技術(shù)的相同規(guī)則，重新定位跨越新的虛構(gòu)地固定的網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)交換熱的HE單元。商業(yè)軟件當(dāng)前正使用由呈LP、NLP和MILP的形式的數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)補(bǔ)充的這些方法來選擇物流匹配，優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)中的分支流，且/或幫助找到對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的最小成本拓?fù)湫薷?。在使用?shù)學(xué)規(guī)劃模型和網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)概念的混合的網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)方法中，首先強(qiáng)迫現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)物流使用復(fù)合曲線或數(shù)學(xué)規(guī)劃模型來擠壓冷復(fù)合曲線以定位所謂的網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)。所述方法接著使用夾點(diǎn)技術(shù)規(guī)則來找到拓?fù)湫薷?例如，重新定序、引入新熱交換器、物流分裂等)，繼之以使用NLP技術(shù)的負(fù)載/分支流的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型的采用或與使用NLP技術(shù)的負(fù)載/分支流的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型的采用交錯(cuò)。然而，使用夾點(diǎn)技術(shù)規(guī)則以找到現(xiàn)有HEN的拓?fù)湫薷膩砜朔^的網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)并不嚴(yán)密，因?yàn)槠涫腔诰W(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)和工藝夾點(diǎn)將不會(huì)因?yàn)樗扇〉耐負(fù)湫薷亩淖兤湮恢玫募僭O(shè)。因?yàn)榧僭O(shè)不正確，所以拓?fù)湫薷目蓪Ρ舜司哂蟹葱?yīng)到達(dá)某種程度以致其可完全否定進(jìn)行未來改進(jìn)項(xiàng)目的可能性。也就是說，使用某一改進(jìn)項(xiàng)目可能因?yàn)槠鋵ο惹绊?xiàng)目等的反效應(yīng)而變得不可能，從而使改進(jìn)項(xiàng)目無法持續(xù)。
舉例來說，如果使用包含進(jìn)化網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)方法的夾點(diǎn)技術(shù)概念實(shí)行當(dāng)前HEN改進(jìn)工藝，且接著如果在至少一次中在任何未來網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)工藝處不同夾點(diǎn)位置(例如)因?yàn)楣に噮?shù)和/或結(jié)構(gòu)修改而出現(xiàn)，且如果不同夾點(diǎn)位置指示需要比先前HEN改進(jìn)項(xiàng)目中使用的最小數(shù)目的單元少的最小數(shù)目的單元，那么結(jié)果可能是浪費(fèi)先前HEN改進(jìn)中已經(jīng)添加的HE單元中的一些。因此，發(fā)明者認(rèn)識(shí)到，設(shè)施具有以下工藝將為有益的借助于所述工藝，如果改進(jìn)項(xiàng)目的夾點(diǎn)因?yàn)楫?dāng)前和未來網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目解決方案(包含對工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)修改的改變)而改變其位置，那么這種情形將不會(huì)不利地影響網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涓倪M(jìn)。也就是說，除了需要增強(qiáng)作為即將到來的網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目和未來網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目的部分的當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)UA外，將不存在對物流匹配和/或先前完成的或?qū)⒃谖磥硗瓿傻膯卧枰淖钚?shù)目的改變的顯著影響。夾點(diǎn)技術(shù)方法及其修改的接受歸因于存在于設(shè)計(jì)者與進(jìn)化的改進(jìn)解決方案之間的交互。圈內(nèi)的設(shè)計(jì)者的這種存在使得其能夠執(zhí)行深入的成本估計(jì)，從而按需要接受或拒絕解決方案方面。其還提供可在開始改進(jìn)練習(xí)之前幫助通知工廠管理者關(guān)于實(shí)行HEN改進(jìn)項(xiàng)目的優(yōu)點(diǎn)的粗糙定目標(biāo)階段，且其可適應(yīng)改進(jìn)解決方案的許多自由度，所述許多自由度 通常太昂貴以致實(shí)際上在數(shù)學(xué)規(guī)劃方法(例如，使用MINLP模型)中不予考慮，尤其是對于工業(yè)大小問題。在例如SPRINT等商業(yè)軟件中采納的網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)方法的接受歸因于其使用戶能夠自動(dòng)搜索可能的改進(jìn)動(dòng)作以確定所需拓?fù)湫薷牡哪芰?。另外，通過使用數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，采用網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)方法的軟件實(shí)行用于利用公用工程路徑的固定拓?fù)涞膬?yōu)化級、對現(xiàn)有單元的最佳負(fù)載分配以及分支流分布。其采用進(jìn)化方法以使用若干數(shù)學(xué)規(guī)劃模型來改進(jìn)HEN，且采用網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)概念以引導(dǎo)對改進(jìn)解決方案的搜索。然而，基于試探法的這種使用為粗糙的，且不嚴(yán)密(可重復(fù)地準(zhǔn)確的)。盡管如先前所提到，大多數(shù)商業(yè)軟件當(dāng)前正使用數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)以補(bǔ)充其它方法，但單純數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)被欠佳地接收，尤其是在工業(yè)團(tuán)體中。數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)通常在一級中使用MINLP或在兩級中使用MILP繼之以使用超結(jié)構(gòu)的NLP來實(shí)行，超結(jié)構(gòu)在“所有可能解決方案”中嵌有由成本相關(guān)性組成的基于成本的目標(biāo)函數(shù)以識(shí)別改進(jìn)解決方案。數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)使用確定性搜索方法和試探法/近似搜索方法，所述試探法/近似搜索方法采用(例如)遺傳算法、禁忌搜索、模擬退火算法和混合方法以找到改進(jìn)問題的全局解決方案。預(yù)期如果準(zhǔn)確地嵌入于問題超結(jié)構(gòu)中，那么數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)可提供“所有可能修改”的同時(shí)考慮。以下論文中提到上文這些方法蒂簡· N ·蒂喬伊(Tjaan N. Tjoe)和波多·林霍佛(BodoLinnhoff), “使用夾點(diǎn)技術(shù)以用于工藝改進(jìn)(Using pinch technology forprocess retrofit)”，化學(xué)工程(Chemical engineering),第 47 到 60 頁，4 月(1986)；N ·阿桑特(N. Asante)和X · X ·朱(X. X. Zhu)，“用于熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)的自動(dòng)和交互方法(An automated and interactiveapproach for heat exchanger network retrofit)，，，化學(xué)工程師學(xué)會(huì)會(huì)刊(Transactions of Institution of Chemical Engineers),第 75卷，部分a，第349到360頁(1997);艾米·斯里克(Amy Ciric)和克里斯托杜洛·弗洛德斯(Christodoulos Floudas), “用于改進(jìn)熱交換器網(wǎng)絡(luò)的混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型(A mixed integer non-linear programming model forretrofitting heat exchangernetworks) ”，工業(yè)和工程化學(xué)研究(Industrial & EngineeringChemistry Research),第29卷，第239到251頁(1990) ;T ·岡德森(Τ. Gundersen)和L ·奈斯(L. Naess)，“成本最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)的合成(The synthesis of cost optimal heat exchangernetworks) ”，計(jì)算機(jī)和化學(xué)工程(Computers and Chemical Engineering),第 12 卷，第 503 到 530 頁(1988);凱文.C 福爾曼(Kevin C. Furman)和尼古拉斯·ν 撒尼迪(Nikolaos v. Sahinidi)，“用于20世紀(jì)熱交換器網(wǎng)絡(luò)合成的關(guān)鍵評論和帶注釋文獻(xiàn)目錄(A criticalreview and annotatedbibliography for heat exchanger network synthesis in the 20thcentury)，，，工業(yè)和工程化學(xué)研究(Industrial & Engineering Chemistry Research),第 41 卷，第 2335到 2370 頁(2002) ;R ·史密斯(R. Smith)、M ·喬布森(Μ· Jobson)和 I ·陳(I. Chen)，“熱交換器網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)的最近發(fā)展(Recent development in the retrofit of heatexchangernetworks)，，,化學(xué)工程會(huì)干丨J (Chemical Engineering Transactions),第 18卷，第27到32頁(2009) ；E 雷扎伊(E. Rezaei)和S 薩菲伊(S. Shafiei)，“通過耦合遺傳算法與NLP和 ILP方法的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)(Heat exchanger networks retrofit by couplinggenetic algorithmwith NLP and ILP methods)，，，計(jì)算機(jī)和化學(xué)工程(computers andchemical engineering),第 33 卷，第 1451 到 1459 頁，2009 年；以及 R 史密斯(R. Smith)、M ·喬布森(M. Jobson)和I ·陳(I. Chen), “熱交換器網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)的最近發(fā)展(Recent·development in the retrofit of heatexchanger networks)，，，應(yīng)用熱工程(AppliedThermal Engineering),第 30 卷，第 2281 到 2289 頁(2010)。上文描述的現(xiàn)有方法中的每一者具有一些顯著缺點(diǎn)。舉例來說，在最廣泛使用的夾點(diǎn)技術(shù)方法及其修改中，所述方法是非系統(tǒng)的且涉及試探法，試探法產(chǎn)生質(zhì)量完全取決于應(yīng)用這些試探法的設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)的解決方案-即，在確定假定最佳全局AT_min的夾點(diǎn)的位置時(shí)應(yīng)使用全局Δ T_min。然而，當(dāng)假定最佳全局Δ T_min的值改變時(shí),夾點(diǎn)的位置改變，且因此，哪些HE單元跨越夾點(diǎn)轉(zhuǎn)移熱的評定也改變，從而使恰當(dāng)選擇為關(guān)鍵的。這相對于導(dǎo)致相同輸出的工藝改變也同樣適用。另外，改進(jìn)作為一包式解決方案來提供，其不考慮逐步修改和未來改進(jìn)項(xiàng)目的實(shí)用性。為了減小ATjnin而在稍后改進(jìn)期間采用具有較大表面積的熱交換器可導(dǎo)致具有跨越夾點(diǎn)的一個(gè)或一個(gè)以上熱轉(zhuǎn)移的網(wǎng)絡(luò)。因此，發(fā)明者已認(rèn)識(shí)到，此方法并非為系統(tǒng)的，其需要反復(fù)，且認(rèn)識(shí)到使用假定最佳全局ATjnin的夾點(diǎn)方法初始化為特別的，且因此，此方法可不用作工廠壽命改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。舉例來說，通過分析由網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)方法提供的設(shè)計(jì)，發(fā)明者還認(rèn)識(shí)到網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)方法也可在稍后改進(jìn)期間導(dǎo)致具有跨越夾點(diǎn)的一個(gè)或一個(gè)以上熱轉(zhuǎn)移的網(wǎng)絡(luò)。這是因?yàn)樗龇椒ú徽_地假定工藝HEN的拓?fù)涞母淖儗⒉粫?huì)影響工藝夾點(diǎn)且僅產(chǎn)生負(fù)載網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)的機(jī)會(huì)的任何拓?fù)涓淖儗⒉粫?huì)增加R_max。實(shí)際上，通過詳細(xì)分析，發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)參數(shù)均可改變。因此,此方法也不可用作工廠壽命改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)方法?；跀?shù)學(xué)規(guī)劃的方法也具有顯著缺點(diǎn)。舉例來說，基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法提供極少或幾乎不提供范圍以供用戶交互。盡管與之前相比當(dāng)前利用這些方法可能解決較大問題，但當(dāng)前能力仍不會(huì)達(dá)到許多工業(yè)應(yīng)用中所需要的規(guī)模。HEN改進(jìn)的問題在數(shù)學(xué)上視為NP困難的。因而，發(fā)明者已認(rèn)識(shí)到，包含所有可能工藝設(shè)計(jì)修改，超結(jié)構(gòu)中的不同類型和配置的HE單元等等不切實(shí)際且將使問題更困難、難處理以及不可能解決。另外，MINLP模型成本目標(biāo)函數(shù)需要用于模型解決方案的全面數(shù)據(jù)為現(xiàn)實(shí)的。然而，所需的信息/數(shù)據(jù)在改進(jìn)項(xiàng)目的初步設(shè)計(jì)階段期間通常不可獲得，尤其在典型的分散工程環(huán)境中，其中項(xiàng)目成本控制完全取決于嚴(yán)密成本計(jì)算，嚴(yán)密成本計(jì)算通常(如果不是總是的話)在改進(jìn)項(xiàng)目基本工程之后進(jìn)行且在不同部門(至少在大多數(shù)公司中)處執(zhí)行。另外，以高逼真度假定可能可針對設(shè)施的給定平面布置圖而實(shí)施的所有可能改進(jìn)解決方案或在運(yùn)行數(shù)學(xué)程序之前嚴(yán)密地開發(fā)與每一者的成本相關(guān)性(尤其是當(dāng)總是存在執(zhí)行指定改進(jìn)修改的一個(gè)以上選項(xiàng)時(shí))將不實(shí)際，也不合邏輯。因而，發(fā)明者已認(rèn)識(shí)到，數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)經(jīng)常將導(dǎo)致包含跨越夾點(diǎn)的熱交換的設(shè)計(jì)，所述設(shè)計(jì)在未來改進(jìn)中將幾乎不可能校正以回收額外熱。因此，發(fā)明者認(rèn)識(shí)到，這些方法(夾點(diǎn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)和數(shù)學(xué)規(guī)劃)中無一者可嚴(yán)密地評定現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)；可在改進(jìn)項(xiàng)目的進(jìn)展之前針對解決方案對實(shí)際上可達(dá)到的廢熱回收和/或需要添加以實(shí)現(xiàn)所要能量消耗目標(biāo)或其部分且系統(tǒng)地再現(xiàn)可在保證今天(在階段一中)實(shí)施的解決方案將不會(huì)變成障礙的情況下在若干階段中實(shí)施的解決方案或需要?dú)囊杂糜趯⒃谖磥砩院髸r(shí)間在階段二、階段三等等中實(shí)施的明天改進(jìn)解決方案的單元的最小數(shù)目嚴(yán)密地定目標(biāo)。還認(rèn)識(shí)到今天存在的方法不采用工藝改變的所有可能組合以用于找到最佳HEN改進(jìn)解決方案，工藝改變不僅包含HEN，而且還包含工廠設(shè)計(jì)和操作條件的其余者。對應(yīng)地，認(rèn)識(shí)到需要提供以上特征的用于管理工業(yè)設(shè)施的熱交換器網(wǎng)絡(luò)能量效率和改進(jìn)的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品。·

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述內(nèi)容，本發(fā)明的各種實(shí)施例有利地包含用于管理工業(yè)設(shè)施的熱交換器網(wǎng)絡(luò)能量效率和改進(jìn)的系統(tǒng)、程序產(chǎn)品和方法，其可嚴(yán)密地評定現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，在改進(jìn)項(xiàng)目的進(jìn)展之前針對解決方案對實(shí)際上可達(dá)到的廢能(熱和/或功)回收和/或需要添加以實(shí)現(xiàn)所要能量消耗目標(biāo)或其部分且系統(tǒng)地再現(xiàn)可在保證今天(在階段一中)實(shí)施的解決方案將不會(huì)變成障礙的情況下在若干階段中實(shí)施的解決方案或需要?dú)囊杂糜趯⒃谖磥砩院髸r(shí)間在階段二、階段三等等中實(shí)施的明天改進(jìn)解決方案的單元的最小數(shù)目嚴(yán)密地定目標(biāo)。本發(fā)明的各種實(shí)施例還包含采用若干工藝步驟的系統(tǒng)、程序產(chǎn)品和方法，借助于所述工藝步驟，如果改進(jìn)項(xiàng)目的夾點(diǎn)因?yàn)楫?dāng)前和未來網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目解決方案(包含工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)修改)而改變其位置，那么這種情形將不會(huì)不利地影響網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?。本發(fā)明的各種實(shí)施例有利地提供引入改善的系統(tǒng)的用戶友好程序以用于執(zhí)行單個(gè)和多個(gè)公用工程、基礎(chǔ)新工廠的HEN設(shè)計(jì)和由任何手段設(shè)計(jì)或改進(jìn)的舊工廠的HEN改進(jìn)項(xiàng)目的能量效率評定的系統(tǒng)、程序產(chǎn)品和方法。本發(fā)明的各種實(shí)施例有利地提供引入用于任何工業(yè)設(shè)施或工業(yè)設(shè)施群集的HEN壽命改進(jìn)的新的進(jìn)化和創(chuàng)新程序的系統(tǒng)、程序產(chǎn)品和方法，其使用HEN改進(jìn)修改的所有可能組合以包含可能的工藝單元設(shè)計(jì)和操作條件修改。有利地，這些程序的應(yīng)用可再現(xiàn)用于在設(shè)施的壽命期間在現(xiàn)在和未來實(shí)施的HEN改進(jìn)項(xiàng)目的列表，其中對于在設(shè)施的整個(gè)時(shí)間跨度期間的所有未來改進(jìn)項(xiàng)目，今天的改進(jìn)項(xiàng)目不與明天和后天等等的改進(jìn)項(xiàng)目矛盾。更具體來說，用以管理/評定用于工業(yè)設(shè)施的熱交換器網(wǎng)絡(luò)能量效率和改進(jìn)的系統(tǒng)的實(shí)施例的實(shí)例可包含熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)，其具有處理器和耦合到處理器以將軟件和數(shù)據(jù)庫記錄存儲(chǔ)于其中的存儲(chǔ)器，以及存儲(chǔ)于屬于熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的或者熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)可存取的存儲(chǔ)器(易失性或非易失性，內(nèi)部或外部)中的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫可包含各自單獨(dú)地定義用于多個(gè)熱工藝物流中的每一者的每一操作屬性的值的可能范圍的多組值和各自單獨(dú)地定義用于多個(gè)冷工藝物流中的每一者的每一操作屬性的值的可能范圍的多組值。這些屬性可包含(例如)熱工藝物流中的每一者和冷工藝物流中的每一者的供應(yīng)溫度(Ts)的下邊界值和上邊界值、熱工藝物流中的每一者和冷工藝物流中的每一者的目標(biāo)溫度(Tt)的下邊界值和上邊界值，和/或熱工藝物流中的每一者和冷工藝物流中的每一者的熱容量流動(dòng)速率(FCp)的下邊界值和上邊界值。屬性還包含根據(jù)所接收物流條件的工業(yè)設(shè)施的各種HEN設(shè)備的資本成本，連同物流之間的一組或一組以上物流特定最小溫度接近值(AT_min_i)、物流初始類型、物流匹配約束、全局公用工程消耗值[Qh]、[Qc]，其中“ □”表示區(qū)間值。屬性還可包含描述至少用于每一夾點(diǎn)控制工藝物流/物流溫度的“最小選擇下溫度邊界和上溫度邊界的區(qū)”的經(jīng)常稱作“夾點(diǎn)”的夾點(diǎn)區(qū)的區(qū)間和/或離散位置、控制夾點(diǎn)位置的物流的識(shí)別、鏈接根據(jù)Λ T_min_i或工藝條件的漸進(jìn)式改變定義夾點(diǎn)位置的一個(gè)或多個(gè)圖的夾點(diǎn)的數(shù)據(jù)，和在每一夾點(diǎn)位置處為網(wǎng)絡(luò)條件所需要的HE單元的最小數(shù)目，以及其它屬性。系統(tǒng)還可包含存儲(chǔ)于熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中的熱交換器網(wǎng) 絡(luò)分析和設(shè)計(jì)程序產(chǎn)品且/或具有獨(dú)立的可交付使用的熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)程序產(chǎn)品。根據(jù)示范性配置，程序產(chǎn)品提供用以在記住未來改進(jìn)的情況下管理用于使用多個(gè)資源物流的工業(yè)工藝或工藝群集的熱交換器網(wǎng)絡(luò)能量效率和改進(jìn)的熱交換器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)合成。程序產(chǎn)品可包含在由計(jì)算機(jī)(例如，熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī))執(zhí)行時(shí)致使計(jì)算機(jī)執(zhí)行各種操作的指令，所述操作包含接收指示用于工業(yè)設(shè)施的現(xiàn)有熱交換器網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)的各種輸入數(shù)據(jù)的操作。此數(shù)據(jù)可包含指示用于多個(gè)工藝物流中的每一者的操作屬性的值的可能范圍的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)、物流之間的一組下物流特定最小溫度接近邊界值和上物流特定最小溫度接近邊界值、物流初始類型、物流匹配約束、至少一個(gè)區(qū)間全局公用工程消耗值，以及其它。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，操作還可包含以圖形方式顯示現(xiàn)有熱交換器網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)。圖形顯示可包含識(shí)別用于熱交換器網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)的夾點(diǎn)位置溫度線和指示在夾點(diǎn)位置線以上、以下和跨越夾點(diǎn)位置線的對應(yīng)的一個(gè)或一個(gè)以上熱工藝物流與一個(gè)或一個(gè)以上冷工藝物流之間的熱轉(zhuǎn)移以提供熱交換器網(wǎng)絡(luò)中的恰當(dāng)和/或不恰當(dāng)?shù)乜缭綂A點(diǎn)溫度交換熱的每一熱交換器的迅速識(shí)別的一個(gè)或一個(gè)以上連接線。所述一個(gè)或一個(gè)以上連接線中的每一者可提供跨越在相應(yīng)熱工藝物流-冷工藝物流組合之間延伸的夾點(diǎn)位置溫度線的熱交換的線性圖形說明以增強(qiáng)此條件的視覺識(shí)別。獨(dú)特的圖形表示還可增強(qiáng)主要控制夾點(diǎn)位置、離散夾點(diǎn)位置和夾點(diǎn)位置的值的范圍以及其它的工藝物流的視覺識(shí)別。操作還可包含識(shí)別主要控制用于現(xiàn)有熱交換器網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)位置的一個(gè)或一個(gè)以上工藝物流，以及識(shí)別在減小其相應(yīng)物流特定最小溫度接近值后即刻對廢能回收具有最高影響的一組一個(gè)或一個(gè)以上熱工藝物流。操作還可包含接收提供定義最終廢熱/廢能回收目的的在熱交換器網(wǎng)絡(luò)的壽命內(nèi)預(yù)期的最大所要廢熱/廢能回收目的的指示的數(shù)據(jù)，以及確定依序識(shí)別多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目以允許(例如)由公用工程能量成本的遞增增加超過資本支出的增加引起的遞增廢熱/廢能回收改善的最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列。根據(jù)示范性配置，最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列在滿足當(dāng)前所要廢熱/廢能回收目的的當(dāng)前熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目與滿足最終廢熱/廢能回收目的的未來熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目之間延伸。另外，熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列可經(jīng)配置以使得熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列內(nèi)的每一后續(xù)項(xiàng)目不與熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列內(nèi)的先前項(xiàng)目中的任一者矛盾。也就是說，根據(jù)示范性配置，確定最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列的操作可包含基于公用工程成本的增加超過增加能量效率的資本支出的對應(yīng)增加而建立與序列內(nèi)的每一相應(yīng)先前改進(jìn)計(jì)劃不沖突的多個(gè)順序改進(jìn)計(jì)劃的連續(xù)體。在當(dāng)前改進(jìn)計(jì)劃之間延伸的多個(gè)順序改進(jìn)計(jì)劃的連續(xù)體可描述廢熱/廢能回收能量效率的當(dāng)前所要等級和與設(shè)施的使用壽命的結(jié)束處或附近的時(shí)間相關(guān)聯(lián)的廢熱/廢能回收能量效率的預(yù)計(jì)所要等級。
確定最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列的操作還可或替代地包含確定用于對應(yīng)的多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)變化的多個(gè)預(yù)期遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)的連續(xù)體，借此多個(gè)可能遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)與應(yīng)用于多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值的遞增減小相關(guān)聯(lián)。連續(xù)體在與滿足當(dāng)前所要廢熱/廢能回收目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)和滿足最終所要廢熱/廢能回收目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的夾點(diǎn)位置之間延伸，相比于當(dāng)前所要廢熱/廢能回收目的，最終所要廢熱/廢能回收目的需要較大量的廢熱/廢能回收，其中對應(yīng)的多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)中的每一者提供漸進(jìn)較大量的廢熱/廢能回收。確定最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列的操作還可或替代地包含確定提供與對應(yīng)的多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)變化相關(guān)聯(lián)的多個(gè)預(yù)期遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)的有序描述的夾點(diǎn)位置圖。所述多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)通常由應(yīng)用于多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值的遞增減小產(chǎn)生。夾點(diǎn)位置移動(dòng)可在與滿足當(dāng)前所要廢熱/廢能回收目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)和滿足最終所要廢熱/廢能回收目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的夾點(diǎn)位置之間延伸，相比于當(dāng)前所要廢熱/廢能回收目的，最終所要能量回收目的需要較大量的廢熱/廢能回收，其中與對應(yīng)的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)中的每一者提供漸進(jìn)較大量的廢熱/廢能回收。夾點(diǎn)位置圖提供依序識(shí)別多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列以定義最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列，借此每一后續(xù)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目經(jīng)配置以免與熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列中的任何先前項(xiàng)目矛盾。確定最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列的操作還可或替代地包含接收指示一組物流特定最小溫度接近值的上限和下限的最小溫度接近值數(shù)據(jù)。物流特定最小溫度接近值的上限通常被指派可根據(jù)現(xiàn)有熱交換器網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前結(jié)構(gòu)達(dá)到的值。物流特定最小溫度接近值的下限通常被指派與將在用于設(shè)施的熱交換器網(wǎng)絡(luò)的使用壽命的結(jié)束時(shí)的未來日期處實(shí)行的最后改進(jìn)項(xiàng)目相關(guān)聯(lián)的下界設(shè)定，所述最后改進(jìn)項(xiàng)目定義未來熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目。另外，下界設(shè)定為例如2° F、5° F等數(shù)字，或基于HE單元技術(shù)的未來進(jìn)步的某一理論最小值。操作還可包含響應(yīng)于最小溫度接近值數(shù)據(jù)確定識(shí)別用于工藝條件和熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)修改(例如，由于條件改變引起)的所有預(yù)期組合的工藝夾點(diǎn)位置范圍的工藝夾點(diǎn)范圍區(qū)間。根據(jù)示范性配置，操作還可包含在構(gòu)造滿足所要廢熱/廢能回收的對應(yīng)的預(yù)期熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)之前識(shí)別控制與滿足廢熱/廢能回收的所要增加的當(dāng)前熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或一個(gè)以上夾點(diǎn)位置移動(dòng)的多個(gè)工藝物流中的一者或一者以上，以及識(shí)別與一個(gè)或一個(gè)以上夾點(diǎn)位置移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或一個(gè)以上物流特定轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度中的每一者。這些特征可特別有利，因?yàn)槠湎蛟O(shè)計(jì)者提供在擴(kuò)充設(shè)計(jì)工藝的顯著資源之前在記住未來改進(jìn)的情況下定位最佳夾點(diǎn)位置且識(shí)別實(shí)現(xiàn)最佳夾點(diǎn)位置的工藝條件和/或特性的能力。根據(jù)示范性配置，操作還可包含遞增地減小應(yīng)用于多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值以識(shí)別定義多個(gè)不同夾點(diǎn)位置的多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)以借此定義用于熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題的多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)變化。操作還可包含確定與具有對應(yīng)的不同夾點(diǎn)位置的多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)變化中的每一單獨(dú)者相關(guān)聯(lián)的所需熱交換器單元的最小數(shù)目，以及確定提供熱交換器單元的最小數(shù)目的最佳夾點(diǎn)位置。根據(jù)示范性配置，操作還可包含遞增地減小應(yīng)用于多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值以識(shí)別定義多個(gè)不同夾點(diǎn)位置的多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)，以及確定針對一組給定工藝條件提供最大廢熱/廢能回收的最佳夾點(diǎn)位置。根據(jù)示范性配置，操作還可包含確定某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的所需熱交換器單 元的最小數(shù)目，確定使用比所需熱交換器單元的最小數(shù)目少的熱交換器單元對廢熱/廢能回收的影響，確定根據(jù)某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上與多個(gè)冷工藝物流中的一者或一者以上之間的錯(cuò)誤匹配對廢熱/廢能回收的影響，和/或確定熱交換器單元相對于資本成本具有用于某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的并非最佳熱交換器單元表面積對廢熱/廢能回收的影響。操作還可包含確定需要添加到某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)以在現(xiàn)有工藝條件和物流特定最小溫度接近值下達(dá)到當(dāng)前廢熱/廢能回收能力的熱交換器單元的最小數(shù)目。根據(jù)示范性配置，操作還可包含通過識(shí)別為控制用于某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的夾點(diǎn)位置的一個(gè)或一個(gè)以上工藝物流的工藝條件修改來移動(dòng)夾點(diǎn)位置，以及通過識(shí)別為控制夾點(diǎn)位置的一個(gè)或一個(gè)以上工藝物流的最小溫度接近值修改來移動(dòng)夾點(diǎn)位置。有利地，本發(fā)明的實(shí)施例還包含管理用于具有多個(gè)工藝物流的工業(yè)設(shè)施的熱交換器網(wǎng)絡(luò)能量效率和改進(jìn)的方法。方法的各種實(shí)例包含用以實(shí)施上文描述的操作和在以下詳細(xì)描述中描述的操作的步驟。舉例來說，根據(jù)方法的實(shí)施例，方法可包含以下步驟識(shí)別主要控制用于現(xiàn)有熱交換器網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)位置的一個(gè)或一個(gè)以上工藝物流，確定針對一組給定工藝條件提供最大廢熱/廢能回收和/或所需熱交換器單元的最小數(shù)目的最佳夾點(diǎn)位置，以及確定在滿足當(dāng)前所要廢熱/廢能回收目的的當(dāng)前熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目與滿足最終廢熱/廢能回收目的的未來熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目之間延伸的最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列。各種步驟還可包含根據(jù)新且獨(dú)特的圖形方法以圖形方式顯示當(dāng)前和所提議的熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)。步驟還可包含從能量觀點(diǎn)、待添加的單元的最小數(shù)目的觀點(diǎn)或兩個(gè)觀點(diǎn)選擇最佳夾點(diǎn)位置，以及計(jì)算HE單元的最小數(shù)目。步驟還包含采用行進(jìn)技術(shù)以在{AT_min_i}系統(tǒng)減小和/或工藝條件改變后即刻發(fā)現(xiàn)/計(jì)算嚴(yán)密的新改進(jìn)目標(biāo)，跨越夾點(diǎn)和公用工程違犯者進(jìn)行標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤匹配并通過產(chǎn)生新公用工程路徑來校正所述錯(cuò)誤匹配，其包含消除因?yàn)槭褂帽菻E單元的最小數(shù)目少的HE單元和因?yàn)殄e(cuò)誤匹配產(chǎn)生的拓?fù)渲袚p失的能量。本發(fā)明的各種實(shí)施例有利地展現(xiàn)(例如)在表示現(xiàn)有HEN的方法中、在能量消耗和單元數(shù)目定目標(biāo)階段從“能量效率”觀點(diǎn)測試和分析現(xiàn)有HEN的方法中和最后在改進(jìn)解決方案的系統(tǒng)查找中的幾倍的獨(dú)特性，改進(jìn)解決方案的系統(tǒng)查找在實(shí)施上為進(jìn)化的而在思維上為創(chuàng)新的，因?yàn)槠浞?wù)工廠壽命改進(jìn)能力的新穎概念而在過去改進(jìn)與未來改進(jìn)之間沒有矛盾且不會(huì)因?yàn)槲锢聿粚?shí)用(不能進(jìn)行所要結(jié)構(gòu)修改)或經(jīng)濟(jì)不實(shí)用(更多所要改進(jìn)動(dòng)作變得太昂貴以致不能調(diào)整的情形)而失去繼續(xù)更多改進(jìn)項(xiàng)目的機(jī)會(huì)。本發(fā)明的各種實(shí)施例還有利地解決用于廢能質(zhì)量回收的單個(gè)和多個(gè)公用工程HEN的改進(jìn)，且可采用工藝改變的所有可能組合以用于找到最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)解決方案，所述組合不僅包含HEN，而且還包含工廠設(shè)計(jì)和操作條件的其余者。本發(fā)明的各種實(shí)施例還有利地起作用以識(shí)別最終目的夾點(diǎn)/最終改進(jìn)終點(diǎn)站且可描繪待采取以執(zhí)行改進(jìn)項(xiàng)目的路標(biāo)，所述改進(jìn)項(xiàng)目導(dǎo)致最佳廢能回收和工廠的能量系統(tǒng)組件消除薄弱環(huán)節(jié)，新單元的最佳最小添加，以及兩者。這些實(shí)施例使設(shè)計(jì)者能夠決定達(dá)到所要能量目標(biāo)所需要的單元數(shù)目和決定在從事改進(jìn)項(xiàng)目解決方案之前執(zhí)行的在能量節(jié)省與待添加的單元的數(shù)目(資本成本支出)之間的最佳權(quán)衡。
如先前提到，在當(dāng)前基于夾點(diǎn)的方法(工藝和網(wǎng)絡(luò))中，夾點(diǎn)位置將在執(zhí)行修改后即刻發(fā)生改變。因此，順序修改將可能變成沖突的且導(dǎo)致普通的解決方案。因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供針對所有可能夾點(diǎn)使用區(qū)間包含方法的解決方案。本發(fā)明的各種實(shí)施例還有利地促進(jìn)控制夾點(diǎn)位置的熱物流和/或冷物流的識(shí)別。對于工藝條件和HEN拓?fù)鋬烧叩娜魏纬晒π薷?，在決定任何修改之前知道所述物流可視為先驗(yàn)的。定位問題工藝夾點(diǎn)圖也對完成工藝夾點(diǎn)區(qū)間的圖片有用，尤其當(dāng)不存在工藝夾點(diǎn)(如在閾值應(yīng)用中)和僅具有公用工程夾點(diǎn)時(shí)和在如同CDU的情況(其中具有非工藝夾點(diǎn))中。在減小其八1'_1^11」后即刻對能量回收具有最高影響的物流可通過重新匹配來定位和/或重新定位于公用工程路徑上。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，有利地，可在工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)修改的所有可能組合下實(shí)行HEN改進(jìn)，如(例如)在2007年6月25日申請的題目為“用于能量回收系統(tǒng)中的定目標(biāo)和最佳驅(qū)動(dòng)力分布的系統(tǒng)、方法和程序產(chǎn)品(System, Method and ProgramProduct forTargeting and Optimal Driving Force Distribution in Energy RecoverySystems)”的第11/768,084號美國專利申請案(現(xiàn)為美國專利7，698，022)、2010年10月5日申請的題目為“用于合成考慮未來較高水平的干擾和不確定性的熱交換器網(wǎng)絡(luò)和識(shí)別用于未來改進(jìn)的最佳拓?fù)涞南到y(tǒng)、程序產(chǎn)品和方法(Systems, Program Product, andMethods ForSynthesizing Heat Exchanger Networks That Account For Future HigherLevels ofDisturbances and Uncertainty and Identifying Optimal Topology ForFuture Retrofit)”的第12/898，475號美國專利申請案以及2010年4月26日申請的題目為“用于合成熱交換器網(wǎng)絡(luò)和識(shí)別用于未來改進(jìn)的最佳拓?fù)涞南到y(tǒng)、方法和程序產(chǎn)品(System,Method,andProgram Product for Synthesizing Heat Exchanger Networks andIdentifying OptimalTopology for Future Retrof it) ”的第 12/767，315 號美國專利申請案中所描述。本發(fā)明的各種實(shí)施例提供優(yōu)于一般來說為用于工廠壽命熱交換器改進(jìn)的常規(guī)方法且特別來說為夾點(diǎn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)方法的清楚優(yōu)點(diǎn)，盡管夾點(diǎn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)方法向設(shè)計(jì)者提供管理結(jié)果的某一能力，但其具有顯著缺點(diǎn)。舉例來說，在網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)方法中使用數(shù)學(xué)規(guī)劃來擠壓網(wǎng)絡(luò)并不產(chǎn)生關(guān)于用于找到解決方案所需要的問題的下一步驟的整體洞察，且在遭遇閾值問題和無公用工程路徑的問題時(shí)不提供引導(dǎo)。所使用的解決方案空間不包含在內(nèi)。這些方法在未知可能解決方案細(xì)節(jié)之前使用今天的粗糙成本估計(jì)且使此估計(jì)控制工廠壽命改進(jìn)需要的最終形勢。找到解決方案為順序的且不提供所使用的逐步動(dòng)作不與彼此沖突或從長遠(yuǎn)來看解決方案正朝著正確方向前進(jìn)以獲得最佳改進(jìn)的保證。這些方法簡單地不提供記住更多改進(jìn)的改進(jìn)。這些方法也不對拓?fù)渲袚p失的能量(由錯(cuò)誤匹配實(shí)踐引起)定目標(biāo)、對單元數(shù)目中損失的能量(由不能利用所需要的最小數(shù)目的單元引起)定目標(biāo)、系統(tǒng)地對表面積中損失的能量決策(資本與能量權(quán)衡)定目標(biāo)。這些方法也不使用行進(jìn)或其它技術(shù)優(yōu)化{ Δ T_min_i}設(shè)定值，同時(shí)優(yōu)化工藝條件和HEN網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)動(dòng)作，識(shí)別包含在工藝和HEN條件改變的所有可能組合下的所有可能工藝夾點(diǎn)的工藝夾點(diǎn)區(qū)間，或識(shí)別或指定夾點(diǎn)控制物流以教導(dǎo)對可經(jīng)得起時(shí)間測試的解決方案的搜索。這些方法也不能再現(xiàn)對用于壽命實(shí)施方案的正確方向的逐個(gè)修改。本發(fā)明的各種實(shí)施例有利地提供這些特征。這些方法也不提供現(xiàn)有HEN的一目了然的表示或利用如在本文中描述的找到改進(jìn)解決方案的自由度的數(shù)目。自由度包含(例如)熱交換器單元條件(整體熱轉(zhuǎn)移條件(U)，包含熱轉(zhuǎn)移增強(qiáng)、污垢減少等)、{AT_min_i}設(shè)定(表面積)、物流分裂比率、單元數(shù)目、物流匹配、工藝設(shè)計(jì)和操作條件，以及所有上述各者的組合。應(yīng)注意，工藝設(shè)計(jì)和操作條件包含單元的操作壓·力、物流流動(dòng)速率、所有待冷卻的熱物流和待加熱的冷物流的供應(yīng)溫度和目標(biāo)溫度、循環(huán)回流/中間冷卻器和中間加熱器的存在或缺乏及其流動(dòng)速率和供應(yīng)溫度和目標(biāo)溫度、柱回流比率(可通常在HEN改進(jìn)項(xiàng)目中利用/改變的柱回流比率)，以及催化劑類型、活動(dòng)和選擇性、塔盤/包裝效率、多級單元中的塔盤和級的數(shù)目、分離網(wǎng)絡(luò)序列等。作為常規(guī)方法，不僅基于夾點(diǎn)的和網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)方法不能同時(shí)或依序使用所有可能自由度，或在使用所有可能自由度中的一些后即刻提供為系統(tǒng)的工藝，提供延伸到將視為近視的事物之后的假設(shè)，或考慮未來改進(jìn)項(xiàng)目，這些方法也不能保證今天采取的動(dòng)作將在下一改進(jìn)項(xiàng)目中保留或今天的動(dòng)作將不會(huì)變成未來動(dòng)作的障礙。不經(jīng)受這些限制的本發(fā)明的各種實(shí)施例可提供這些保證。因此，預(yù)期這些實(shí)施例將變得對能量效率優(yōu)化團(tuán)體非常有益，因?yàn)槠錇楦鄰U熱/廢能回收開辟新途徑。


為了可更詳細(xì)地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)以及將變得明顯的其它內(nèi)容，可通過參考在附圖中說明的本發(fā)明的實(shí)施例而做出上文簡短地概述的本發(fā)明的較特定描述，附圖形成本說明書的一部分。然而，應(yīng)注意，圖式僅說明本發(fā)明的各種實(shí)施例且因此不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)槠溥€可包含其它有效實(shí)施例。圖I為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于管理用于工業(yè)設(shè)施的熱交換器網(wǎng)絡(luò)(HEN)能量效率和改進(jìn)的系統(tǒng)的一般系統(tǒng)架構(gòu)的示意圖；圖2為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于管理用于工業(yè)設(shè)施的HEN能量效率和改進(jìn)的步驟的示意性框流程圖；圖3為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于現(xiàn)有單個(gè)公用工程HEN的能量損失剖析的示意性框圖；圖4為現(xiàn)有HEN的示意圖5為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖4的HEN的圖形表示的示意圖；圖6到9為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的評定和實(shí)驗(yàn)室測試的系統(tǒng)技術(shù)的若干部分的一組示意圖；圖10為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于洞察產(chǎn)生和定目標(biāo)的系統(tǒng)技術(shù)的若干部分的示意圖；圖11到14為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的不同類型的夾點(diǎn)跨越問題的一組示意圖；圖15到24為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于找到改進(jìn)解決方案的系統(tǒng)技術(shù)的一組示意圖；圖25為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于圖15中描述的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)輸入頁的圖形描繪；·
圖26為根據(jù)使用夾點(diǎn)技術(shù)的軟件應(yīng)用程序的現(xiàn)有HEN的示意圖；圖27為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于在圖26的HEN上執(zhí)行的壽命改進(jìn)解決方案實(shí)例的系統(tǒng)技術(shù)的結(jié)果的圖形表示的示意圖；圖28為根據(jù)使用夾點(diǎn)技術(shù)的軟件應(yīng)用程序的現(xiàn)有HEN的示意圖；圖29為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖28的HEN的圖形表示的示意圖；圖30為說明根據(jù)使用夾點(diǎn)技術(shù)的軟件應(yīng)用程序的HEN的改進(jìn)的圖形表示的示意圖；圖31為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的對圖30的HEN的改進(jìn)解決方案測試的圖形表示的示意圖；圖32為根據(jù)使用夾點(diǎn)技術(shù)的軟件應(yīng)用程序的現(xiàn)有HEN的示意圖；圖33到41為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖32的HEN上執(zhí)行的HEN改進(jìn)實(shí)例的
一組示意圖；圖42為根據(jù)使用數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)的軟件應(yīng)用程序的現(xiàn)有HEN的示意圖；圖43到50為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖42的HEN上執(zhí)行的比較HEN改進(jìn)實(shí)例的一組示意圖；圖51為根據(jù)使用數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)的軟件應(yīng)用程序的現(xiàn)有HEN的示意圖；圖52到55為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖51的HEN上執(zhí)行的比較HEN改進(jìn)實(shí)例的一組示意圖；圖56為根據(jù)使用數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)的軟件應(yīng)用程序的現(xiàn)有HEN的示意圖；圖57到66為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖56的HEN上執(zhí)行的比較HEN改進(jìn)實(shí)例的一組示意圖；圖67為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于現(xiàn)有多個(gè)公用工程HEN的能量損失剖析的示意性框圖；圖68為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多個(gè)公用工程HEN的示意圖；圖69為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于圖68中描述的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)輸入頁的圖形描繪；圖70為使用總復(fù)合曲線的改進(jìn)之后的能量質(zhì)量目標(biāo)的圖形描繪；圖71為使用總復(fù)合曲線的改進(jìn)之后的能量質(zhì)量/功損失目標(biāo)的圖形描繪；以及
圖72為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在進(jìn)一步改進(jìn)以考慮多個(gè)公用工程等級之后的圖68的HEN的圖形描繪。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將在下文中參看附圖更全面地描述本發(fā)明，

本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以許多不同形式體現(xiàn)且不應(yīng)解釋為限于本文中闡述的所說明實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例以使得本發(fā)明將為詳盡且完整的，且將向所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員全面地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。相同數(shù)字始終指代相同元件。撇號符號(如果使用)指示替代實(shí)施例中的類似元件。為了獲得輸出結(jié)果或?yàn)榱水a(chǎn)生所需產(chǎn)品或化合物，許多不同類型的工藝消耗多個(gè)蒸汽水平和電。對于(例如)消耗大量蒸汽的大規(guī)模工藝，優(yōu)選的是在可能的情況下優(yōu)化蒸汽和電力系統(tǒng)。在工藝變化的所有可能組合下用于廢能回收的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)可為任何新工廠中的非常重要的子系統(tǒng)。然而，由能量利用成本的增加產(chǎn)生的今天的改進(jìn)項(xiàng)目可能與明天的改進(jìn)項(xiàng)目沖突，從而引起已經(jīng)不執(zhí)行的今天的改進(jìn)項(xiàng)目原本將不需要的過量資 本支出。本發(fā)明的各種實(shí)施例提供可依序和/或同時(shí)實(shí)行的用于熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)的各種新和/或改善的選項(xiàng)，所述選項(xiàng)不引起這種沖突。這些選項(xiàng)可包含(例如)使用行進(jìn)技術(shù)且用最佳組合引導(dǎo)的{AT_min_i}優(yōu)化以加速這種搜索，例如在題目為“用于能量回收系統(tǒng)中的定目標(biāo)和最佳驅(qū)動(dòng)力分布的系統(tǒng)、方法和程序產(chǎn)品(System，Method, andProgramProduct for Targeting and Optimal Driving Force Distribution in EnergyRecovery Systems) ”的美國專利7，698, 022中所論述。這些選項(xiàng)還可或替代地包含重新定序；工藝參數(shù)修改，例如改變流供應(yīng)溫度和/或目標(biāo)溫度、添加新物流、改變操作壓力，且可包含結(jié)構(gòu)修改，例如利用現(xiàn)有公用工程路徑、在相同匹配處通過插入熱交換器(HE)單元和/或通過識(shí)別并執(zhí)行新匹配以使用冷物流與熱物流分裂產(chǎn)生新公用工程路徑來增加單元數(shù)目、改變/校正匹配以改變公用工程路徑，包含在2010年4月26日申請的題目為“用于合成非約束和約束熱交換器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)、方法和程序產(chǎn)品(System，Method, andProgram Product forSynthesizing Non-Constrained and Constrained Heat ExchangerNetworks)”的第12/767,217號美國專利申請案中所論述的選項(xiàng)。結(jié)構(gòu)修改還可或替代地包含去除在工藝夾點(diǎn)以上的冷卻器、在工藝夾點(diǎn)以下的加熱器和跨越工藝夾點(diǎn)的任何工藝熱交換器單元。舉例來說，NLP可用以在固定HEN的拓?fù)湟栽谧兓筒淮_定性下使用于HEN設(shè)計(jì)的總額外HEN面積最小化(其使給定HEN拓?fù)涮幍目偯娣e最小化)之后優(yōu)化分支和Q分配，如(例如)在2010年10月5日申請的題目為“用于合成考慮未來較高水平的干擾和不確定性的熱交換器網(wǎng)絡(luò)和識(shí)別用于未來改進(jìn)的最佳拓?fù)涞南到y(tǒng)、程序產(chǎn)品和方法(Systems, ProgramProduct, and Methods For Synthesizing Heat ExchangerNetworks That Account For FutureHigher Levels of Disturbances and Uncertaintyand Identifying Optimal Topology For FutureRetrofit) ”的第 12/898，475 號美國專利申請案中所描述。應(yīng)注意，HEN靈活性可因?yàn)?例如)周圍溫度改變、交換器中的污垢、催化劑去活化、熱、質(zhì)量和動(dòng)量轉(zhuǎn)移系數(shù)不確定性、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)不確定性(激活能量和頻率因子)、平衡常數(shù)不確定性、設(shè)備熱力學(xué)效率的降級等等而提供不同的小改變/干擾和不確定性。下文描述根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的各種選項(xiàng)。具體來說，圖I說明用以管理在用于工業(yè)施舍(個(gè)別工業(yè)施舍或工業(yè)設(shè)施群集)的工藝變化的所有可能組合下的用于廢能回收的熱交換器網(wǎng)絡(luò)能量效率和改進(jìn)的系統(tǒng)30。系統(tǒng)30可包含熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)31，其具有處理器33、耦合到處理器33以將軟件和數(shù)據(jù)庫記錄存儲(chǔ)于其中的存儲(chǔ)器35 ;和用戶接口 37，其可包含用于顯示圖形圖像的圖形顯示器39，以及所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的用以提供用戶存取以操縱軟件和數(shù)據(jù)庫記錄的用戶輸入裝置41。應(yīng)注意，計(jì)算機(jī)31可呈個(gè)人計(jì)算機(jī)的形式或呈服務(wù)多個(gè)用戶接口 37的服務(wù)器或服務(wù)器群或所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它配置的形式。因此，用戶接口 37可直接連接到計(jì)算機(jī)31或通過網(wǎng)絡(luò)38連接到計(jì)算機(jī)31，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。系統(tǒng)30還可包含數(shù)據(jù)庫43，數(shù)據(jù)庫43存儲(chǔ)于熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)31 (內(nèi)部或外部的)存儲(chǔ)器35中且具有各自單獨(dú)地定義用于多個(gè)熱工藝物流中的每一者的每一操作屬性的值的可能范圍的多組值和各自單獨(dú)地定義用于多個(gè)冷工藝物流中的每一 者的每一操作屬性的值的可能范圍的多組值。這些屬性可包含(例如)熱工藝物流中的每一者和冷工藝物流中的每一者的供應(yīng)溫度(Ts)的下邊界值和上邊界值、熱工藝物流中的每一者和冷工藝物流中的每一者的目標(biāo)溫度(Tt)的下邊界值和上邊界值和/或熱工藝物流中的每一者和冷工藝物流中的每一者的熱容量流動(dòng)速率(FCp)的下邊界值和上邊界值、根據(jù)所接收物流條件用于工業(yè)設(shè)施的各種HEN設(shè)備的資本成本，連同物流之間的一組或一組以上物流特定最小溫度接近值(AT_min_i)、物流初始類型、物流匹配約束、全局公用工程消耗值[Qh]、[Qc](其中“[]”表示區(qū)間值)，以及描述至少用于每一夾點(diǎn)控制工藝物流/物流溫度的“最小選擇下溫度邊界和上溫度邊界的區(qū)”的經(jīng)常稱作“夾點(diǎn)”的夾點(diǎn)區(qū)的區(qū)間和/或離散位置、控制夾點(diǎn)位置的物流的識(shí)別、鏈接根據(jù)△ T_min_i或工藝條件的漸進(jìn)式改變定義夾點(diǎn)位置的一個(gè)或多個(gè)圖的夾點(diǎn)的數(shù)據(jù)，和在每一夾點(diǎn)位置處網(wǎng)絡(luò)條件所需要的HE單元的最小數(shù)目，以及其它者。系統(tǒng)30還可包含熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)程序產(chǎn)品51，其存儲(chǔ)于熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)31的存儲(chǔ)器35中且適于提供包含分析和設(shè)計(jì)的各種獨(dú)特階段的系統(tǒng)工藝，所述各種獨(dú)特階段提供具有去耦進(jìn)化的修改步驟的創(chuàng)新解決方案方法。根據(jù)系統(tǒng)工藝的分析和設(shè)計(jì)階段包含“評定階段”，其提供現(xiàn)有HEN預(yù)期改進(jìn)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)情況的建立且促進(jìn)現(xiàn)有HEN的評定通過直到產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)室測試分析報(bào)告，所述實(shí)驗(yàn)室測試分析報(bào)告根據(jù)新且獨(dú)特的方法通過現(xiàn)有HEN的圖形表示加以輔助而從“能量效率”觀點(diǎn)提供測試和分析。分析和設(shè)計(jì)階段還包含“洞察和目標(biāo)選擇階段”，其提供且實(shí)行對消耗定目標(biāo)和能量選擇以及確定滿足能量目標(biāo)所需要的HE單元的最小數(shù)目。分析和設(shè)計(jì)階段還包含“找到解決方案階段”，其提供用于找到在實(shí)施上進(jìn)化而在思維上創(chuàng)新的改進(jìn)解決方案的系統(tǒng)工藝。系統(tǒng)工藝服務(wù)于工廠壽命改進(jìn)能力的新穎概念，而在過去改進(jìn)與未來改進(jìn)之間沒有矛盾且不會(huì)因?yàn)椴粚?shí)用或更多(未來)改進(jìn)動(dòng)作變得太昂貴以致不能調(diào)整的情形而失去繼續(xù)更多改進(jìn)項(xiàng)目的機(jī)會(huì)。其還解決用于廢能質(zhì)量回收的單個(gè)和多個(gè)公用工程HEN的改進(jìn)。分析和設(shè)計(jì)階段還可包含促進(jìn)數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)的利用以評估HEN解決方案的“評估階段”，以及促進(jìn)實(shí)際實(shí)施策略的開發(fā)和實(shí)施的“規(guī)定階段”。應(yīng)注意，熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)程序產(chǎn)品51可呈微碼、程序、例程和提供多組有序操作的特定設(shè)定的符號語言的形式，所述多組有序操作控制硬件的起作用且指導(dǎo)其操作，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所知道和理解的。還應(yīng)注意，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)程序產(chǎn)品51不需要全部駐留于易失性存儲(chǔ)器中，而是可按需要根據(jù)各種方法被選擇性地加載，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所知道和理解的。圖2提供說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)程序產(chǎn)品51的操作和/或相關(guān)聯(lián)的方法步驟的高級流程圖。如框111中所展示，步驟/操作包含接收輸入數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)可包含指示用于待改進(jìn)的現(xiàn)有HEN(見(例如)圖4)的多個(gè)工藝物流中的每一者的操作屬性的值的可能范圍的數(shù)據(jù)、物流之間的一組物流特定最小溫度接近邊界值Λ T_min_i、物流初始類型、物流匹配約束、一個(gè)或一個(gè)以上區(qū)間全局公用工程消耗值[Qh]、[Qc]、現(xiàn)有HEN設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的標(biāo)記，以及用于產(chǎn)生改進(jìn)圖的物流之間的一組下物流特定最小溫度接近邊界值和上物流特定最小溫度接近邊界值{AT_min_i[L:U]}。應(yīng)注意，圖4說明使用通過實(shí)例提供的網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)方法的HEN問題的常規(guī)表示。
如框113中所展示，步驟/操作可包含根據(jù)如(例如)在圖5中說明的系統(tǒng)新圖形表示方法繪制圖4中展示的現(xiàn)有HEN。應(yīng)注意，現(xiàn)有條件下的網(wǎng)絡(luò)展現(xiàn)額外的5麗的加熱公用工程和5麗的冷卻公用工程的拓?fù)渲袚p失的能量。在當(dāng)前工藝和{AT_min_i}條件下，不存在從工藝宿區(qū)段(夾點(diǎn)以上的部分)跨越到工藝源區(qū)段的熱，在工藝源區(qū)段(夾點(diǎn)以下的部分)中不使用熱公用工程，且在工藝宿區(qū)段中看見錯(cuò)誤的冷卻活動(dòng)。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)使用6個(gè)HE單元。熱工藝物流H3、H2和H4由工藝到工藝單元服務(wù)，Hl和H4由冷卻器服務(wù)，且冷工藝物流Cl由加熱器服務(wù)。如框115中所展示，步驟/操作包含執(zhí)行包含稱作“實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果”的事物的系統(tǒng)評定。用于評定/測試的方法程序通常包含定義當(dāng)前{AT_min_i}下的工藝夾點(diǎn)，定義工藝夾點(diǎn)區(qū)間，在需要時(shí)如在閾值問題應(yīng)用中識(shí)別“隱含”夾點(diǎn)，計(jì)算每一情況下的單元的最小數(shù)目，從單元數(shù)目和能量消耗觀點(diǎn)兩者識(shí)別最佳夾點(diǎn)位置，以及繪制物理工藝夾點(diǎn)。圖6到9說明用于熱物流Hl到H4中的每一者的最小接近溫度值逐個(gè)減小到零({ Δ T_min_i}= 0.0)。{AT_min_i} = O. O的組合提供關(guān)于對能量回收具有最高影響的工藝物流的洞察以及為了獲得最佳可能目標(biāo)應(yīng)做的事。修改的網(wǎng)絡(luò)條件可與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)作比較以識(shí)別因?yàn)殄e(cuò)誤匹配實(shí)踐產(chǎn)生的拓?fù)渲袚p失的能量(匹配中損失的能量)和因?yàn)槭褂帽菻E單元的最小數(shù)目少的HE單元而產(chǎn)生的拓?fù)渲袚p失的能量(單元的數(shù)目中損失的能量)，和面積中損失的能量/{AT_min_i}選擇(資本-能量權(quán)衡)，以及工藝條件中損失的能量。應(yīng)注意，圖3說明用于現(xiàn)有單個(gè)公用工程HEN的能量損失剖析。拓?fù)渲袚p失計(jì)算可給予設(shè)計(jì)者對所使用的實(shí)際MTjIiinjl下的HEN廢熱回收效率的“擠壓匹配”影響，以及用于所有擠壓匹配的這些匹配的網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)的位置。針對每一新{AT_min_i}重復(fù)此計(jì)算再現(xiàn)同時(shí)用于所有擠壓物流的每一新{AT_min_i}下的拓?fù)渲袚p失的能量目標(biāo)。所述數(shù)據(jù)提供用以隔離表面積影響、單元數(shù)目影響、工藝條件影響、用以確定錯(cuò)誤匹配影響以及用以識(shí)別夾點(diǎn)區(qū)間的輸入，如下文描述。如框117、119、121、123和125中所展示，步驟/操作包含用于實(shí)行定目標(biāo)和目標(biāo)選擇的步驟/操作。在框117處，接收來自決策人的目標(biāo)選擇輸入，其包含決策人的所要工廠壽命改進(jìn)目標(biāo)。在框119、121和123處，制定所要能量目標(biāo)、單元的額外最小數(shù)目目標(biāo)，和/或兩者的組合。在框125處，產(chǎn)生并檢驗(yàn)可能情形。執(zhí)行對消耗定目標(biāo)、能量選擇和各種洞察的分析，所述分析包含確定滿足由決策人提供的能量目標(biāo)所需要的HE單元的最小數(shù)目，以及定義向決策人再現(xiàn)工廠壽命改進(jìn)所要目標(biāo)的最佳夾點(diǎn)位置。通過應(yīng)用AT_min_i行進(jìn)技術(shù)(例如，在美國專利7，698，022中描述的行進(jìn)技術(shù))，可產(chǎn)生以下信息最佳Λ T_min_i值、對應(yīng)能量目標(biāo)、夾點(diǎn)區(qū)間、控制夾點(diǎn)位置的物流、單元的最小數(shù)目區(qū)間和熱物流MTjIiiruil值的每一組合處需要的單元的最小數(shù)目，以及可易于識(shí)別的對廢熱回收具有最高影響的物流。在圖10中所展示的實(shí)例中，通過應(yīng)用行進(jìn)技術(shù)，確定以下信息夾點(diǎn)區(qū)間等于[100:145] ° F。H3定義夾點(diǎn)位置上界且Cl定義夾點(diǎn)位置下界。H3正控制夾點(diǎn)位置直到其Δ T_min_H3 = 5° F為止，在那個(gè)值以下(例如，Δ T_min_H3 = 45° F)，C1控制夾點(diǎn)位置，且在全局AT_min = 6° F處，問題變成閾值。單元的最小數(shù)目區(qū)間=[5:9]。對于使用實(shí)例參數(shù)的實(shí)例，使用夾點(diǎn)規(guī)則(使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的公式)，在夾點(diǎn)以上需要的單元的最小數(shù)目為3且在夾點(diǎn)以下的單元的最小數(shù)目為4。因而，所使用的HE單元的總數(shù)目比所需要的單元的最小數(shù)目少一個(gè)單元，從而導(dǎo)致存在所使用的單元的數(shù)目中損失的能量?！?br> 如框127中所展示，步驟/操作可包含應(yīng)用系統(tǒng)程序以找到服務(wù)現(xiàn)在和未來HEN改進(jìn)項(xiàng)目的解決方案和解決方案細(xì)節(jié)，其(例如)在記住未來改進(jìn)項(xiàng)目的情況下一次一個(gè)步驟地執(zhí)行以找到通過逐步修改最終導(dǎo)致所要目標(biāo)的路線。另外，如框129和131中所展示，步驟/操作可包含針對Q和分支和/或額外面積優(yōu)化應(yīng)用非線性規(guī)劃(NPL)。稍后更詳細(xì)地描述各種步驟的細(xì)節(jié)。圖11說明無物流跨越夾點(diǎn)而延伸的情形。將需要新匹配以回收夾點(diǎn)以上的廢加熱負(fù)載(Q_h_waste)和夾點(diǎn)以下的廢冷卻負(fù)載(Q_c_waste)。在此情形中,Q_lost_heating等于Q_l0St_C00ling。夾點(diǎn)以上的此廢“加熱負(fù)載”和夾點(diǎn)以下的廢“冷卻負(fù)載”等于0_lost = FCph*(Ts-Tt),借此圖中所展示的溫度為單元特定的，其中Tt >= tp且tp > =tt (使用冷尺度溫度作為參考以及現(xiàn)有{ Δ T_min_i})。在此情形中，需要至少一個(gè)新HE單元。如果加熱公用工程和冷卻公用工程兩者中節(jié)省的Q_lost*$/MMBtu未證明添加任何新單元是正確的，那么停止這段工藝。否著，工藝應(yīng)接著或改為使用現(xiàn)有HE單元以用于匹配夾點(diǎn)以上的熱物流負(fù)載與夾點(diǎn)以上的新冷物流負(fù)載或冷物流分裂。如果驅(qū)動(dòng)力允許插入，那么插入與現(xiàn)有冷物流的新匹配，否則重新定序此冷物流上的單元以允許插入。在FCph < = FCpc_new的情況下,冷物流和/或冷分裂應(yīng)位于公用工程路徑/加熱器路徑處且冷物流分裂ts (位于夾點(diǎn)處或夾點(diǎn)以上)小于或等于熱物流Tt。如果滿足這些條件，那么在夾點(diǎn)以上僅需要一個(gè)新匹配，否則在夾點(diǎn)以上將需要一個(gè)以上新匹配。如果加熱公用工程和冷卻公用工程兩者中的Q_lost*$/MMBtu節(jié)省未證明添加一個(gè)以上單元是正確的，那么停止這段工藝。根據(jù)示范性配置，如果Tt = tp，那么將為夾點(diǎn)以上的候選匹配的任何冷物流位于公用工程加熱器路徑上視為強(qiáng)制性的。如果Σ FCph也大于Σ FCpc，那么通過修改工藝條件(物流入口溫度)和/或夾點(diǎn)位置控制物流的AT_min_i來改變在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)以上的夾點(diǎn)處的公用工程路徑或加熱器負(fù)載上的驅(qū)動(dòng)力分布以將夾點(diǎn)位置移動(dòng)/修整到克服此約束的新的所要溫度(tp)。如果Σ FCph小于Σ FCpc，其中公用工程路徑在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)以下的夾點(diǎn)處，那么執(zhí)行與上文相同的步驟。在此修改之后，檢驗(yàn)手頭的問題的類型以確定其是否仍為無跨越夾點(diǎn)交換熱的問題或其是否已變成跨越夾點(diǎn)交換熱的問題。否則，將需要夾點(diǎn)以上的冷物流與熱物流的重新匹配以具有較好公用工程路徑或加熱器負(fù)載，或產(chǎn)生新的公用工程路徑或加熱器負(fù)載。如果此所要冷物流匹配條件不可能，那么分裂夾點(diǎn)以上的熱物流負(fù)載FCph，且重復(fù)以上程序。在夾點(diǎn)以下，也等于Q_lost = FCph* (Ts-Tt)的冷卻負(fù)載損失應(yīng)插入到位于公用工程路徑/冷卻器路徑處的熱物流，且通過改變在夾點(diǎn)以上使用的熱物流與冷物流之間的角色來應(yīng)用在夾點(diǎn)以上的情形中使用的相同程序。應(yīng)注意，在適用(關(guān)于空間、管路、拓?fù)涞?的情況下可再使用現(xiàn)有HE單元。在此情形中，兩者在其匹配中在現(xiàn)有HE單元的熱負(fù)載與候選用戶方面相等。新匹配的UA應(yīng)定義現(xiàn)有HE單元的分配連同其它工藝約束。圖12說明一個(gè)物流(冷物流)跨越夾點(diǎn)而延伸的情形。將需要新匹配以回收夾點(diǎn)以上的廢加熱負(fù)載(Q_h_waste)和夾點(diǎn)以下的廢冷卻負(fù)載(Q_c_waste)。在Q_lost_heating等于Q_lost_cooling的情況下,夾點(diǎn)以上的此廢“加熱負(fù)載”和夾點(diǎn)以下的廢“冷 卻負(fù)載”等于Q_lost_heating = FCph* (Ts-Tt)-FCpc* (tt_tp)。如果加熱公用工程和冷卻公用工程兩者中節(jié)省的Q_lost*$/MMBtu未證明添加兩個(gè)新單元是正確的，那么停止這段工藝。否則，使用現(xiàn)有單元以用于匹配夾點(diǎn)以上的熱物流負(fù)載與夾點(diǎn)以上的新冷物流負(fù)載或冷物流分裂，且如果驅(qū)動(dòng)力允許插入，那么插入與位于夾點(diǎn)處的現(xiàn)有冷物流的新匹配。否貝1J，重新定序此冷物流上的單元以允許插入。在FCph < = FCpc_new的情況下,冷物流和/或冷分裂應(yīng)位于公用工程路徑/加熱器路徑處，位于夾點(diǎn)處的冷物流分裂ts及其FCph_branch 等于 Q_lost/ (Ts-Tt)。根據(jù)示范性配置，要求對于將為夾點(diǎn)以上的候選匹配的任何冷物流，其應(yīng)位于公用工程加熱器路徑上。如果Σ FCph大于Σ FCpc，其中公用工程路徑在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)以上的夾點(diǎn)處，那么通過修改工藝條件(物流入口溫度)和/或夾點(diǎn)位置控制物流的AT_min_i來改變驅(qū)動(dòng)力分布以將夾點(diǎn)位置移動(dòng)/修整到克服此約束的新的所要溫度(tp)。如果Σ FCph小于Σ FCpc，其中公用工程路徑在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)以下的夾點(diǎn)處，那么執(zhí)行與上文相同的步驟。在此修改之后，檢驗(yàn)手頭的問題的類型來看(例如)其是否仍為“單個(gè)物流跨越夾點(diǎn)”類型的問題，或其是否已變成“兩個(gè)物流跨越夾點(diǎn)”類型的問題。否則，將需要夾點(diǎn)以上的冷物流與熱物流的重新匹配以具有較好公用工程路徑或加熱器負(fù)載，或產(chǎn)生新的公用工程路徑或加熱器負(fù)載。如果此所要冷物流匹配條件不可能，那么分裂夾點(diǎn)以上的熱物流負(fù)載FCph，且重復(fù)以上程序。在夾點(diǎn)以下,等于Q_lost_cooling = FCpc*(tp_ts)的冷卻負(fù)載損失應(yīng)連接到位于公用工程路徑/冷卻器路徑和夾點(diǎn)兩者處的熱物流，或與來自位于夾點(diǎn)處的熱物流的熱物流分裂/分支且再次與公用工程路徑匹配。應(yīng)注意，在適用(關(guān)于空間、管路、拓?fù)涞?的情況下可再使用現(xiàn)有HE單元。圖13說明一個(gè)物流(例如，熱物流)跨越夾點(diǎn)而延伸的情形。將需要新匹配以回收夾點(diǎn)以上的廢加熱負(fù)載(Q_h_waste)和夾點(diǎn)以下的廢冷卻負(fù)載(Q_c_waste)且Q_lost_heating等于Q_lost_cooling。在此情形中，夾點(diǎn)以上的此廢“加熱負(fù)載”和夾點(diǎn)以下的廢“冷卻負(fù)載”等于Q_lost = FCph* (Ts-Tp),其中圖中所展示的溫度為單元特定的,且其中tp>=tt(使用冷尺度溫度作為參考以及現(xiàn)有{AT_min_i})。如果加熱公用工程和冷卻公用工程兩者中節(jié)省的Q_lost*$/MMBtu未證明添加兩個(gè)新單元是正確的，那么停止這段工藝。否著，使用現(xiàn)有HE單元以用于匹配夾點(diǎn)以上的熱物流負(fù)載與夾點(diǎn)以上的新冷物流負(fù)載或冷物流分裂。具體來說，如果驅(qū)動(dòng)力允許插入，那么插入與位于夾點(diǎn)處的現(xiàn)有冷物流的新匹配，否則重新定序此冷物流上的單元以允許插入，借此FCph < = FCpc_new0冷物流和/或冷分裂應(yīng)位于公用工程路徑/加熱器路徑處，且冷物流分裂ts應(yīng)位于夾點(diǎn)處。根據(jù)示范性配置，要求對于將為夾點(diǎn)以上的候選匹配的任何冷物流，其應(yīng)位于公用工程加熱器路徑上。如果Σ FCph大于Σ FCpc，其中公用工程路徑在現(xiàn)有網(wǎng) 絡(luò)的夾點(diǎn)以上的夾點(diǎn)處，那么通過修改工藝條件(物流入口溫度)和/或夾點(diǎn)位置控制物流的AT_min_i來改變驅(qū)動(dòng)力分布以將夾點(diǎn)位置移動(dòng)/修整到克服此約束的新的所要溫度(tp)。如果Σ FCph小于Σ FCpc，其中公用工程路徑在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)以下的夾點(diǎn)處，那么重復(fù)與上文相同的步驟。在此修改之后，檢驗(yàn)手頭的問題的類型，(例如)其是否仍為單個(gè)熱物流跨越問題，或其是否已變成兩個(gè)物流跨越問題。否則，將需要夾點(diǎn)以上的冷物流與熱物流的重新匹配以具有較好公用工程路徑/加熱器負(fù)載，或產(chǎn)生新的公用工程路徑/加熱器負(fù)載。如果此所要冷物流匹配條件不可能，那么分裂夾點(diǎn)以上的熱物流負(fù)載FCph，且重復(fù)以上程序。在夾點(diǎn)以下，也等于Q_lost = FCph* (Ts-Tp)的冷卻負(fù)載損失應(yīng)插入到位于公用工程路徑/冷卻器路徑處的熱物流，且通過交換熱物流與冷物流之間的在夾點(diǎn)以上使用的角色來應(yīng)用在夾點(diǎn)以上的情形中使用的相同程序。應(yīng)注意，在適用(關(guān)于空間、管路、拓?fù)涞?的情況下可再使用現(xiàn)有HE單元。圖14說明兩個(gè)物流(例如，熱物流和冷物流)跨越夾點(diǎn)而延伸的情形。將需要新匹配以回收夾點(diǎn)以上的廢加熱負(fù)載(Q_h_waste)和夾點(diǎn)以下的廢冷卻負(fù)載(Q_c_waste)。夾點(diǎn)以上的此廢“加熱負(fù)載”(Q_lost_heating)和夾點(diǎn)以下的廢“冷卻負(fù)載”(Q_lost_cooling)兩者等于 Q_lost = FCph* (Ts_tp)-FCpc (tt_tp)。如果加熱公用工程和冷卻公用工程兩者中節(jié)省的Q_lost*$/MMBtu未證明添加3個(gè)新單元是正確的，那么停止這段工藝。否則，根據(jù)示范性配置，要求對于將為夾點(diǎn)以上的候選匹配的任何冷物流，其應(yīng)位于公用工程加熱器路徑上。如果在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)以上的夾點(diǎn)處，Σ FCph大于Σ FCpc，那么通過修改工藝條件(物流入口溫度)和/或夾點(diǎn)位置控制物流的Λ T_min_i來改變驅(qū)動(dòng)力分布以將夾點(diǎn)位置移動(dòng)/修整到克服此約束的新的所要溫度(tp)。如果在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)以下的夾點(diǎn)處，EFCph小于EFCpc，那么重復(fù)如上文的程序。在此修改之后，檢驗(yàn)手頭的問題的類型以驗(yàn)證其是否仍為兩個(gè)物流跨越問題。否則，可需要夾點(diǎn)以上的冷物流與熱物流的重新匹配以具有較好公用工程路徑/加熱器負(fù)載或產(chǎn)生新的公用工程路徑/加熱器負(fù)載。如果此所要冷物流匹配條件不可能，那么分裂夾點(diǎn)以上的熱物流負(fù)載FCph，且重復(fù)以上程序。減小來自現(xiàn)有HE單元的Q_lost_heating = {FCph*(Ts_tp)-FCpc (tt_tp)}負(fù)載且分裂熱物流以取得新分支FCph = Q_lost/Ts-tp。在FCph_branch <= FCpc的夾點(diǎn)處匹配此分支與夾點(diǎn)以上的冷物流,使得此冷物流位于公用工程路徑/加熱器路徑處。應(yīng)注意，在適用(關(guān)于空間、管路、拓?fù)涞?的情況下可再使用現(xiàn)有HE單元。先前情況中提到的規(guī)則適用。在夾點(diǎn)以下，通過分裂冷物流部分以再現(xiàn)FCp_branch,也等于 Q_lost_cooling = {FCpc* (tp_ts)-FCph (tp_Tt)}的冷卻負(fù)載損失與夾點(diǎn)處的位于公用工程路徑/冷卻器路徑處的熱物流匹配，其中FCpc_branch = Q_lost_cooling/ (tp-ts)。圖15到24說明用于實(shí)施“找到解決方案”階段的系統(tǒng)技術(shù)的實(shí)例。如圖15中所展示，在當(dāng)前條件下，熱交換器中無一者跨越夾點(diǎn)，不使用夾點(diǎn)以下的熱公用工程。另外，可見H3正控制夾點(diǎn)位置直到其AT_min_H3 = 5為止，且在Λ T_min_H3 = 5以下(例如，AT_min_H3 = 4),Cl控制夾點(diǎn)。在決策人選擇用于壽命改進(jìn)的最佳夾點(diǎn)位置后，應(yīng)即刻校正從問題宿到源的熱流，應(yīng)即刻校正工藝源區(qū)段中的熱公用工程的使用，應(yīng)即刻校正工藝宿區(qū)段中的冷公用工程的使用，應(yīng)即刻使用最小數(shù)目的單元，且應(yīng)即刻逐個(gè)減小{ Δ T_min_i}設(shè)定值以達(dá)到所要目標(biāo)。在此實(shí)例中，如圖16中所展示，為了校正拓?fù)渲袚p失的能量，分裂當(dāng)前夾點(diǎn)(135° F)以上的Cl且將H4冷卻器移動(dòng)到當(dāng)前夾點(diǎn)以下。結(jié)果為現(xiàn)在不存在跨越夾點(diǎn)的熱交換或公用工程的不適當(dāng)使用。然而，在用此設(shè)計(jì)改進(jìn)之后的所要目標(biāo)為Qh= 155，Qc= 45。額外節(jié)省可為可能的。另外，將預(yù)期隨著能量成本增加，決策人將可能在今后幾年或 許多年之后請求更多/下一改進(jìn)項(xiàng)目。為了為這些請求作準(zhǔn)備，圖17到23中所展示的分析包含用仍看得見的未來改進(jìn)項(xiàng)目檢查減小{AT_min_i}值的效應(yīng)，所述檢查通過進(jìn)化步驟但參考想要達(dá)到的最佳夾點(diǎn)(例如，由決策人在任何改進(jìn)項(xiàng)目之前從工藝夾點(diǎn)區(qū)間內(nèi)選擇)而執(zhí)行。舉例來說，如圖17中所展示，Δ T_min_Hl當(dāng)前在60° F。如圖18中所展示，Δ T_min_Hl可減小到(例如)5° F以檢查其效應(yīng)。應(yīng)注意，通過以Hl開始，工藝避免改變夾點(diǎn)位置。AT_min_Hl的改變導(dǎo)致物流移動(dòng)到夾點(diǎn)以上。為了利用夾點(diǎn)以上的能量，可進(jìn)一步分裂Cl且可添加額外HE單元(例如，H1-C13)。如圖19和20中所展示，可識(shí)別Λ T_min_H4且類似地將其減小到(例如)5° F以檢查其效應(yīng)。在舊工廠的壽命期限內(nèi)使用三個(gè)順序改進(jìn)項(xiàng)目，如果這些修改再現(xiàn)由決策人先前選擇的目標(biāo)，那么停止。應(yīng)注意，減小AT_min_H2無益處，因?yàn)楦鶕?jù)所說明結(jié)構(gòu)，其不導(dǎo)致廢熱回收的改變。這是因?yàn)樵诋?dāng)前結(jié)構(gòu)中已完全利用/交換熱物流H2的全部加熱負(fù)載(Q)。因此，無更多廢熱/廢能為可能的/可用于從那個(gè)物流進(jìn)一步回收。如果決策人現(xiàn)在改變其想法且想要在3到5年之后推行新改進(jìn)項(xiàng)目或其在第一項(xiàng)目期間未考慮未來改進(jìn)項(xiàng)目，現(xiàn)在在當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)方法中通常這樣，那么如圖21到23中所展示，其將面對起始新改進(jìn)項(xiàng)目的問題。為了起始新改進(jìn)項(xiàng)目，檢查網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前狀態(tài)。如果不存在夾點(diǎn)跨越或公用工程的不適當(dāng)使用，那么可僅添加表面積和/或增強(qiáng)現(xiàn)有HE單元來回收更多廢熱。舉例來說，假定決策人希望稍后(例如)通過將AT_min_H3減小到5° F來將用于圖21中所展示的結(jié)構(gòu)的能量目標(biāo)減小到Qh = 110, Qc = O。如圖22中所展示,此將致使夾點(diǎn)(溫度)移動(dòng)到145° F處的新位置，從而導(dǎo)致在151到153 (粗線)處所展示的新跨越夾點(diǎn)熱轉(zhuǎn)移且危及在幾年前的舊改進(jìn)項(xiàng)目中(先前項(xiàng)目中)采取的先前動(dòng)作。如圖23中所展示，為了處理此新情形且達(dá)到由決策人作出的所要能量目標(biāo)，可在工藝源區(qū)中再添加三個(gè)匹配HE單元以達(dá)到所要目標(biāo)。然而，此選項(xiàng)可能不僅變得昂貴，而且因?yàn)楣S的平面布置圖約束而不切實(shí)際。圖24說明在以下情形中可具有較有利的結(jié)果根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，決策人選擇工廠壽命或壽命周期改進(jìn)項(xiàng)目目標(biāo)且在工廠壽命期間將要實(shí)施的所有改進(jìn)項(xiàng)目之前識(shí)別最佳夾點(diǎn)位置(例如，145° F)。如圖中說明，先前論述的有雄心的能量目標(biāo)可使用較少數(shù)目個(gè)單元(例如，總共六個(gè)HE單元)獲得，且因此決策人將更可能能夠因?yàn)榭朔S的平面布置圖約束而獲得對其項(xiàng)目的批準(zhǔn)。換句話說，其可繼續(xù)執(zhí)行改進(jìn)項(xiàng)目而不必在中
途停止。圖25說明圖15中描述的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)輸入頁，但其中如下設(shè)置結(jié)構(gòu)的能量目標(biāo)Qh=110，Qc = O0出于比較以說明本發(fā)明的各種實(shí)施例的益處的目的，圖26說明根據(jù)使用夾點(diǎn)技術(shù)的商業(yè)軟件應(yīng)用程序的所得網(wǎng)絡(luò)配置。值得注意的是，所述圖說明使用目前技術(shù)狀態(tài)應(yīng)用程序，即使允許從零開始重新設(shè)計(jì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)以達(dá)到所要能量回收目標(biāo)，所產(chǎn)生的解決方案仍需要8個(gè)HE單元。相比之下，出于說明性目的，圖27展示用于壽命改進(jìn)解決方案實(shí)例的系統(tǒng)技術(shù) 的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，如果決策人決定選擇處于由物流Cl控制的夾點(diǎn)區(qū)間下端(例如，100° F線)處的夾點(diǎn)位置作為其改進(jìn)項(xiàng)目歷程中的終點(diǎn)，那么問題變成閾值，其中根據(jù)目前技術(shù)狀態(tài)不存在包含圈中工程師的常規(guī)系統(tǒng)方法。然而，上文結(jié)合在2009年10月30日申請的題目為“用于合成非約束和約束熱交換器網(wǎng)絡(luò)以及識(shí)別用于未來改進(jìn)的最佳拓?fù)涞南到y(tǒng)、方法和程序產(chǎn)品(System, Method, and Program Productfor SynthesizingNon-Constrained and Constrained Heat Exchanger Networks andIdentifying OptimalTopoloy for Future Retrofit) ” 的第 61/256，754 號美國臨時(shí)申請案中描述的各種工藝描述的工藝及其成果(例如)可提供圖中所展示的設(shè)計(jì)。圖28說明個(gè)別工藝的簡單實(shí)例的常規(guī)表示(林霍佛(Linnhoff)等人)。出于比較目的，圖29說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的表示。此改善的表示有益地幫助決策人視覺化設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和確定控制物流、跨越夾點(diǎn)熱交換單元的存在等。在所說明的工業(yè)工藝中，Hl控制夾點(diǎn)位置且對能量回收具有最高影響。值得注意的是，通過減小“全局” AT_min從未獲得127° F處的夾點(diǎn)。圖30說明展示在Hl與C2之間添加新HE單元的工業(yè)工藝的另一常規(guī)表示。出于比較目的，圖31說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的表示。值得注意的是，特別全局ATmin =19° F用以定位任意夾點(diǎn)且找到新廢熱回收目標(biāo)。在此實(shí)例中，在完成HEN改進(jìn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)之后，改為使用全局ATmin = 15° F而不是19° F，且如圖31中所展示，改進(jìn)之后的網(wǎng)絡(luò)仍展現(xiàn)跨越夾點(diǎn)的熱轉(zhuǎn)移。應(yīng)注意，林霍佛(LinnhofT)等人實(shí)例并非系統(tǒng)的，需要反復(fù)，需要特別的初始化且不能用作標(biāo)準(zhǔn)工廠壽命改進(jìn)方法。下表提供根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)例的“用于改進(jìn)項(xiàng)目解決方案查找的程序”的高級概要步驟節(jié) 識(shí)別氣前HEN的結(jié)構(gòu)(見(例如)圖32).
步驟#〗—存在于使用新的基于線性的圓形改進(jìn)圖的問題中(見(例如)圖33)。
步驟#2: 使用[{ATjninJ}]的基于區(qū)W的概念作為通過找到第一改進(jìn)能量目標(biāo)和 選擇所要最終能量目的目標(biāo)來合成可改進(jìn)拓?fù)涞拈_始點(diǎn)。
描繪兩個(gè) ΔΤ—minJ丨設(shè)定處的問題，一個(gè)為實(shí)際設(shè)定且第二個(gè)__為{ATjninJ丨={0.0，I,或 5} _
步驟#3:^計(jì)算ΗΕ> 元 Λ小數(shù)目區(qū)_<>
___· 使用η-i夾點(diǎn)技術(shù)試探法計(jì)算兩種情況下的單元的最小數(shù)FU
步驟識(shí)別夾點(diǎn)位背區(qū), Ili丄藝條件和/或{ATlminJ丨)的所有可能預(yù)期未 來變化引起的夾點(diǎn)位W改變的范_ 0_·
....#1#5:
__{ΔΤ—mill—i} <■_
.....逛驟#6: 識(shí)別_約疋不_損__失_而_能巟_分_反:
锘礙阼配屮損火的；
耐積中損失的約柬UAT_min_i}屮損火的)；以及
iTuii數(shù)丨I屮損失的約
應(yīng)注總，如采洋.元數(shù)Π約朿的放松不汙致所雙廢熱I"丨收I丨標(biāo)，那么錯(cuò)議四配屮損火的約束―蹲能為控制約t步驟#6.1:汁兌鉛誤匹·屮損失的能M分.沾
ο 通過使)1』物流分裂添加新冷卻器和加熱器以及新HE單元來添加/增加HE ·￥>-兒的數(shù)Π直到達(dá)到中.元的最小數(shù)Π為止，接著計(jì)·算錯(cuò)誤匹配實(shí)踐中損失的能S單元，或
__ο 在Hf {AT_mtnJ}處僅通過分裂來搡縱氣前拓?fù)淦ヅ浞桨竐
步驟#6.2廠對于零匹配中損失拓?fù)?，?jì)算面積目標(biāo)中損失的較低〖AT minjh步驟#7:^從能S觀點(diǎn)、待添加的單元的最小數(shù)目觀點(diǎn)或兩個(gè)觀點(diǎn)選擇最佳夾點(diǎn)位
置。______________
步驟#8; 利用和域校正當(dāng)前公用X程路徑且產(chǎn)牛新的公用X程路徑■
步驟#9:^通過產(chǎn)生新的公用工程路徑應(yīng)用錯(cuò)誤匹K校正
斷開跨越最佳夾點(diǎn)的匹配且如下重新匹K:
對于夾點(diǎn)以上的冷公用工程，去除冷卻器且通過冷物流分裂匹 配熱物流與等于熱物流或在相同區(qū)_或在較低區(qū)_處較重的冷物 流
對于夾點(diǎn)以下的熱公用工程，去除加熱器且通過熱物流分裂匹 配冷物流與等于冷物流或在較高K間處較重的熱物流。
對于跨越夾點(diǎn)的物流，檢驗(yàn)所述夾點(diǎn)以上的夾點(diǎn)處的可用冷負(fù) 載以滿足所述夾點(diǎn)以.h的夾點(diǎn)處的可用熱負(fù)載以用于通過分裂來匹
_ 配，如果不可能，那么在再次檢驗(yàn)之前改變公用工程路徑(B配)以實(shí)

權(quán)利要求
1.一種用以管理用于具有包括多個(gè)熱工藝物流和多個(gè)冷工藝物流的多個(gè)工藝物流的工業(yè)設(shè)施的熱交換器網(wǎng)絡(luò)能量效率和改進(jìn)的系統(tǒng)(30)，所述系統(tǒng)(30)包括熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)(31)，所述計(jì)算機(jī)(31)具有處理器(33)和與所述處理器(33)通信以將軟件和數(shù)據(jù)庫記錄存儲(chǔ)于其中的存儲(chǔ)器(35);存儲(chǔ)于所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)(31)可存取的存儲(chǔ)器(35)中的至少一個(gè)數(shù)據(jù)庫(43);以及存儲(chǔ)于所述熱交換網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)(31)的所述存儲(chǔ)器(35)中以管理用于工業(yè)設(shè)施的熱交換器網(wǎng)絡(luò)能量效率和改進(jìn)的熱交換網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)程序產(chǎn)品(51)，所述程序產(chǎn)品(51)包含在由所述熱交換網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行時(shí)致使所述計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行各種操作的指令，所述系統(tǒng)(30)的進(jìn)一步特征在于所述熱交換網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)程序產(chǎn)品包含在由所述熱交換網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行時(shí)致使所述計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行以下操作的指令 識(shí)別主要控制用于現(xiàn)有熱交換器網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)位置的一個(gè)或一個(gè)以上工藝物流， 確定針對一組給定工藝條件提供以下各項(xiàng)中的一者或一者以上的最佳夾點(diǎn)位置最大廢能回收和所需熱交換器單元的最小數(shù)目，以及 確定在滿足當(dāng)前所要廢能回收目的的當(dāng)前熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目與滿足最終廢能回收目的的未來熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目之間延伸的最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(30)，其中所述確定最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列的操作包括 基于公用工程成本的增加超過增加能量效率的資本支出的對應(yīng)增加而建立與所述序列內(nèi)的每一相應(yīng)先前改進(jìn)計(jì)劃不沖突的多個(gè)順序改進(jìn)計(jì)劃的連續(xù)體，在當(dāng)前改進(jìn)計(jì)劃之間延伸的所述多個(gè)順序改進(jìn)計(jì)劃的所述連續(xù)體描述廢能回收能量效率的當(dāng)前所要等級和與所述設(shè)施的使用壽命的結(jié)束時(shí)或接近結(jié)束時(shí)的時(shí)間相關(guān)聯(lián)的廢能回收能量效率的預(yù)計(jì)所要等級。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(30)，其中所述確定最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列的操作包括 確定用于對應(yīng)的多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)變化的多個(gè)預(yù)期遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)的連續(xù)體，所述多個(gè)可能遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)與應(yīng)用于所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值的遞增減小相關(guān)聯(lián)，所述連續(xù)體在與滿足所述當(dāng)前所要廢能回收目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)和滿足所述最終所要廢能回收目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的夾點(diǎn)位置之間延伸，相比于所述當(dāng)前所要廢能回收目的，所述最終所要廢能回收目的需要較大量的廢能回收，所述對應(yīng)的多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)中的每一者提供漸進(jìn)較大量的廢能回收。
4.根據(jù)權(quán)利要求I到3中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(30)，其中所述確定最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)序列的操作包含 確定提供與對應(yīng)的多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)變化相關(guān)聯(lián)的多個(gè)預(yù)期遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)的有序描述的夾點(diǎn)位置圖，所述多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)由應(yīng)用于所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值的遞增減小產(chǎn)生，所述夾點(diǎn)位置移動(dòng)在與滿足所述當(dāng)前所要廢能回收目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)和滿足所述最終所要廢能回收目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的夾點(diǎn)位置之間延伸，相比于所述當(dāng)前所要廢能回收目的，所述最終所要能量回收目的需要較大量的廢能回收，與對應(yīng)的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的所述多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)中的每一者提供漸進(jìn)較大量的廢能回收。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(30)，其中所述夾點(diǎn)位置圖提供依序識(shí)別多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列以定義所述最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列，每一后續(xù)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目經(jīng)配置以免與所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列中的任何先前項(xiàng)目矛盾。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(30)，其中所述操作進(jìn)一步包括 遞增地減小應(yīng)用于所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值以識(shí)別多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)以借此定義多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)； 識(shí)別每一相應(yīng)熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的正跨越最佳夾點(diǎn)交換熱的每一熱工藝物流-冷工藝物流組合，所述最佳夾點(diǎn)定義一個(gè)或一個(gè)以上跨越夾點(diǎn)熱交換條件； 執(zhí)行以下重新匹配技術(shù)中的一者或一者以上以去除每一相應(yīng)熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的任何跨越夾點(diǎn)熱交換條件將受影響熱連接到不同冷工藝物流以及在所述夾點(diǎn)以上和以下添加額外熱交換器單元； 在執(zhí)行所述一個(gè)或一個(gè)以上重新匹配技術(shù)以去除每一相應(yīng)熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的任何跨越夾點(diǎn)熱交換條件之后執(zhí)行以下各項(xiàng)中的一者或一者以上 重新匹配所述多個(gè)工藝物流中的一者或一者以上以在一個(gè)或一個(gè)以上非工藝夾點(diǎn)存在時(shí)考慮所述一個(gè)或一個(gè)以上非工藝夾點(diǎn)，以及 重新匹配所述多個(gè)工藝物流中的一者或一者以上以在多個(gè)冷凍等級存在時(shí)考慮所述多個(gè)冷凍等級；以及 分析每一相應(yīng)熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的所得結(jié)構(gòu)以確定連續(xù)改進(jìn)的可行性以借此形成所述最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列。
7.根據(jù)權(quán)利要求I到6中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(30)，其中所述操作進(jìn)一步包括針對多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的每一者執(zhí)行以下操作 遞增地減小應(yīng)用于所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值以識(shí)別定義多個(gè)夾點(diǎn)位置的多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)； 識(shí)別所述相應(yīng)熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的跨越所述多個(gè)夾點(diǎn)位置中的選定一者交換熱的熱工藝物流-冷工藝物流組合，所述多個(gè)夾點(diǎn)位置定義跨越夾點(diǎn)熱交換條件；以及 執(zhí)行工藝條件操縱、最小溫度接近值操縱或工藝條件操縱和最小溫度接近值操縱兩者以將所述夾點(diǎn)位置移動(dòng)到完全在與所述跨越夾點(diǎn)熱交換條件相關(guān)聯(lián)的熱物流和冷物流溫度以上或完全在與所述跨越夾點(diǎn)熱交換條件相關(guān)聯(lián)的熱物流和冷物流溫度以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求I到7中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(30)，其中所述操作進(jìn)一步包括 在構(gòu)造滿足所述所要廢能回收的對應(yīng)的預(yù)期熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)之前，識(shí)別控制與滿足廢能回收的所要增加的當(dāng)前熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或一個(gè)以上夾點(diǎn)位置移動(dòng)的所述多個(gè)工藝物流中的一者或一者以上；以及 識(shí)別與所述一個(gè)或一個(gè)以上夾點(diǎn)位置移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或一個(gè)以上物流特定轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度中的每一者。
9.根據(jù)權(quán)利要求I到8中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(30)，其中所述確定最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列的操作包含接收指示一組物流特定最小溫度接近值的上限和下限的最小溫度接近值數(shù)據(jù)，物流特定最小溫度接近值的所述上限為可根據(jù)所述現(xiàn)有熱交換器網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前結(jié)構(gòu)達(dá)到的值，物流特定最小溫度接近值的所述下限為與將在用于所述設(shè)施的所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)的所述使用壽命的結(jié)束時(shí)的未來日期處實(shí)行的最后改進(jìn)項(xiàng)目相關(guān)聯(lián)的下界設(shè)定，所述最后改進(jìn)項(xiàng)目定義所述未來熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目；以及 響應(yīng)于所述最小溫度接近值數(shù)據(jù)確定識(shí)別用于工藝條件和熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)修改的所有預(yù)期組合的工藝夾點(diǎn)位置范圍的工藝夾點(diǎn)范圍區(qū)間。
10.根據(jù)權(quán)利要求I到9中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(30)，其中所述操作進(jìn)一步包括 遞增地減小應(yīng)用于所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值以識(shí)別定義多個(gè)不同夾點(diǎn)位置的多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)以借此定義用于熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題的多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)變化； 確定與具有對應(yīng)的不同夾點(diǎn)位置的所述多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)變化中的每一單獨(dú)者相關(guān)聯(lián)的所需熱交換器單元的最小數(shù)目；以及 確定提供熱交換器單元的所述最小數(shù)目的最佳夾點(diǎn)位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求I到10中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(30)，其中所述操作進(jìn)一步包括 遞增地減小應(yīng)用于所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值以識(shí)別定義多個(gè)不同夾點(diǎn)位置的多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)；以及 確定針對一組給定工藝條件提供所述最大廢能回收的最佳夾點(diǎn)位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求I到11中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(30)，其中所述操作進(jìn)一步包括 確定某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的所需熱交換器單元的最小數(shù)目； 確定使用比所需熱交換器單元的最小數(shù)目少的熱交換器單元對廢能回收的影響；確定根據(jù)所述某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上與所述多個(gè)冷工藝物流中的一者或一者以上之間的錯(cuò)誤匹配對廢能回收的所述影響；以及確定熱交換器單元相對于資本成本具有對于所述某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)而言并非最佳熱交換器單元表面積對廢能回收的所述影響。
13.根據(jù)權(quán)利要求I到12中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(30)，其中所述操作進(jìn)一步包括 確定需要添加到某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)以在現(xiàn)有工藝條件和物流特定最小溫度接近值下達(dá)到當(dāng)前廢能回收能力的熱交換器單元的最小數(shù)目。
14.根據(jù)權(quán)利要求I到13中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(30)，其中所述操作進(jìn)一步包括執(zhí)行以下各項(xiàng)中的一者或一者以上 通過對識(shí)別為控制用于某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的夾點(diǎn)位置的一個(gè)或一個(gè)以上工藝物流的工藝條件修改來移動(dòng)所述夾點(diǎn)位置；以及 通過對識(shí)別為控制所述夾點(diǎn)位置的所述一個(gè)或一個(gè)以上工藝物流的最小溫度接近值修改來移動(dòng)所述夾點(diǎn)位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求I到14中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(30)，其中所述操作進(jìn)一步包括以下各項(xiàng)中的一者或一者以上 當(dāng)所要能量目的指示熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)僅具有以下公用工程種類中的一者而非兩者時(shí)定義隱含夾點(diǎn)加熱公用工程和冷卻公用工程；以及 識(shí)別設(shè)計(jì)增強(qiáng)情形，其中應(yīng)用于所述現(xiàn)有熱交換器網(wǎng)絡(luò)且經(jīng)呈現(xiàn)以滿足最終能量回收改進(jìn)目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題在優(yōu)化分析期間變成閾值問題。
16.一種用以管理用于具有包括多個(gè)熱工藝物流和多個(gè)冷工藝物流的多個(gè)工藝物流的工業(yè)設(shè)施的熱交換器網(wǎng)絡(luò)能量效率和改進(jìn)的熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)程序產(chǎn)品(51)，所述程序產(chǎn)品(51)包括存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀媒體(35)上的一組指令，所述指令在由計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行時(shí)致使所述計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行各種操作，所述操作的特征在于 識(shí)別主要控制用于現(xiàn)有熱交換器網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)位置的一個(gè)或一個(gè)以上工藝物流； 確定針對一組給定工藝條件提供以下各項(xiàng)中的一者或一者以上的最佳夾點(diǎn)位置最大廢能回收和所需熱交換器單元的最小數(shù)目；以及 確定在滿足當(dāng)前所要廢能回收目的的當(dāng)前熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目與滿足最終廢能回收目的的未來熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目之間延伸的最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述確定最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列的操作包括 基于公用工程成本的增加超過增加能量效率的資本支出的對應(yīng)增加而建立與所述序列內(nèi)的每一相應(yīng)先前改進(jìn)計(jì)劃不沖突的多個(gè)順序改進(jìn)計(jì)劃的連續(xù)體，在當(dāng)前改進(jìn)計(jì)劃之間延伸的所述多個(gè)順序改進(jìn)計(jì)劃的所述連續(xù)體描述廢能回收能量效率的當(dāng)前所要等級和與所述設(shè)施的使用壽命的結(jié)束時(shí)或接近結(jié)束時(shí)的時(shí)間相關(guān)聯(lián)的廢能回收能量效率的預(yù)計(jì)所要等級。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17中任一權(quán)利要求所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述確定最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列的操作包括 確定用于對應(yīng)的多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)變化的多個(gè)預(yù)期遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)的連續(xù)體，所述多個(gè)可能遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)與應(yīng)用于所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值的遞增減小相關(guān)聯(lián)，所述連續(xù)體在與滿足所述當(dāng)前所要廢能回收目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)和滿足所述最終所要廢能回收目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的夾點(diǎn)位置之間延伸，相比于所述當(dāng)前所要廢能回收目的，所述最終所要廢能回收目的需要較大量的廢能回收，所述對應(yīng)的多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)中的每一者提供漸進(jìn)較大量的廢能回收。
19.根據(jù)權(quán)利要求16到18中任一權(quán)利要求所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述確定最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)序列的操作包含 確定提供與對應(yīng)的多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)變化相關(guān)聯(lián)的多個(gè)預(yù)期遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)的有序描述的夾點(diǎn)位置圖，所述多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)由應(yīng)用于所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值的遞增減小產(chǎn)生，所述夾點(diǎn)位置移動(dòng)在與滿足所述當(dāng)前所要廢能回收目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)和滿足所述最終所要廢能回收目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的夾點(diǎn)位置之間延伸，相比于所述當(dāng)前所要廢能回收目的，所述最終所要能量回收目的需要較大量的廢能回收，與對應(yīng)的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的所述多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)中的每一者提供漸進(jìn)較大量的廢能回收。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述夾點(diǎn)位置圖提供依序識(shí)別多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目的熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列以定義所述最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列，每一后續(xù)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目經(jīng)配置以免與所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列中的任何先前項(xiàng)目矛盾。
21.根據(jù)權(quán)利要求16到20中任一權(quán)利要求所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述操作的進(jìn)一步特征在于 遞增地減小應(yīng)用于所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值以識(shí)別多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)以借此定義多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)； 識(shí)別每一相應(yīng)熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的正跨越最佳夾點(diǎn)交換熱的每一熱工藝物流-冷工藝物流組合，所述最佳夾點(diǎn)定義一個(gè)或一個(gè)以上跨越夾點(diǎn)熱交換條件； 執(zhí)行以下重新匹配技術(shù)中的一者或一者以上以去除每一相應(yīng)熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的任何跨越夾點(diǎn)熱交換條件將受影響熱連接到不同冷工藝物流以及在所述夾點(diǎn)以上和以下添加額外熱交換器單元； 在執(zhí)行所述一個(gè)或一個(gè)以上重新匹配技術(shù)以去除每一相應(yīng)熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的任何跨越夾點(diǎn)熱交換條件之后執(zhí)行以下各項(xiàng)中的一者或一者以上 重新匹配所述多個(gè)工藝物流中的一者或一者以上以在一個(gè)或一個(gè)以上非工藝夾點(diǎn)存在時(shí)考慮所述一個(gè)或一個(gè)以上非工藝夾點(diǎn)，以及 重新匹配所述多個(gè)工藝物流中的一者或一者以上以在多個(gè)冷凍等級存在時(shí)考慮所述多個(gè)冷凍等級；以及 分析每一相應(yīng)熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的所得結(jié)構(gòu)以確定連續(xù)改進(jìn)的可行性以借此形成所述最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列。
22.根據(jù)權(quán)利要求16到21中任一權(quán)利要求所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述操作的進(jìn)一步特征在于針對多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的每一者執(zhí)行以下操作 遞增地減小應(yīng)用于所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值以識(shí)別定義多個(gè)夾點(diǎn)位置的多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)； 識(shí)別所述相應(yīng)熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的跨越所述多個(gè)夾點(diǎn)位置中的選定一者交換熱的熱工藝物流-冷工藝物流組合，所述多個(gè)夾點(diǎn)位置定義跨越夾點(diǎn)熱交換條件；以及 執(zhí)行工藝條件操縱、最小溫度接近值操縱或工藝條件操縱和最小溫度接近值操縱兩者以將所述夾點(diǎn)位置移動(dòng)到完全在與所述跨越夾點(diǎn)熱交換條件相關(guān)聯(lián)的熱物流和冷物流溫度以上或完全在與所述跨越夾點(diǎn)熱交換條件相關(guān)聯(lián)的熱物流和冷物流溫度以下。
23.根據(jù)權(quán)利要求16到22中任一權(quán)利要求所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述操作的進(jìn)一步特征在于 在構(gòu)造滿足所述所要廢能回收的對應(yīng)的預(yù)期熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)之前，識(shí)別控制與滿足廢能回收的所要增加的當(dāng)前熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或一個(gè)以上夾點(diǎn)位置移動(dòng)的所述多個(gè)工藝物流中的一者或一者以上；以及 識(shí)別與所述一個(gè)或一個(gè)以上夾點(diǎn)位置移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或一個(gè)以上物流特定轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度中的每一者。
24.根據(jù)權(quán)利要求16到23中任一權(quán)利要求所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述確定最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列的操作包含 接收指示一組物流特定最小溫度接近值的上限和下限的最小溫度接近值數(shù)據(jù)，物流特定最小溫度接近值的所述上限為可根據(jù)所述現(xiàn)有熱交換器網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前結(jié)構(gòu)達(dá)到的值，物流特定最小溫度接近值的所述下限為與將在用于所述設(shè)施的所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)的所述使用壽命的結(jié)束時(shí)的未來日期處實(shí)行的最后改進(jìn)項(xiàng)目相關(guān)聯(lián)的下界設(shè)定，所述最后改進(jìn)項(xiàng)目定義所述未來熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目；以及 響應(yīng)于所述最小溫度接近值數(shù)據(jù)確定識(shí)別用于工藝條件和熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)修改的所有預(yù)期組合的工藝夾點(diǎn)位置范圍的工藝夾點(diǎn)范圍區(qū)間。
25.根據(jù)權(quán)利要求16到24中任一權(quán)利要求所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述操作的進(jìn)一步特征在于 遞增地減小應(yīng)用于所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值以識(shí)別定義多個(gè)不同夾點(diǎn)位置的多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)以借此定義用于熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題的多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)變化； 確定與具有對應(yīng)的不同夾點(diǎn)位置的所述多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)設(shè)計(jì)變化中的每一單獨(dú)者相關(guān)聯(lián)的所需熱交換器單元的最小數(shù)目；以及 確定提供熱交換器單元的所述最小數(shù)目的最佳夾點(diǎn)位置。
26.根據(jù)權(quán)利要求16到25中任一權(quán)利要求所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述操作的進(jìn)一步特征在于 遞增地減小應(yīng)用于所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上的物流特定最小溫度接近值以識(shí)別定義多個(gè)不同夾點(diǎn)位置的多個(gè)遞增夾點(diǎn)位置移動(dòng)；以及 確定針對一組給定工藝條件提供所述最大廢能回收的最佳夾點(diǎn)位置。
27.根據(jù)權(quán)利要求16到26中任一權(quán)利要求所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述操作的進(jìn)一步特征在于 確定某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的所需熱交換器單元的最小數(shù)目； 確定使用比所需熱交換器單元的最小數(shù)目少的熱交換器單元對廢能回收的影響；確定根據(jù)所述某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)所述多個(gè)熱工藝物流中的一者或一者以上與所述多個(gè)冷工藝物流中的一者或一者以上之間的錯(cuò)誤匹配對廢能回收的所述影響；以及確定熱交換器單元相對于資本成本具有對于所述某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)而言并非最佳熱交換器單元表面積對廢能回收的所述影響。
28.根據(jù)權(quán)利要求16到27中任一權(quán)利要求所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述操作的進(jìn)一步特征在于 確定需要添加到某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)以在現(xiàn)有工藝條件和物流特定最小溫度接近值下達(dá)到當(dāng)前廢能回收能力的熱交換器單元的最小數(shù)目。
29.根據(jù)權(quán)利要求16到28中任一權(quán)利要求所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述操作的進(jìn)一步特征在于執(zhí)行以下各項(xiàng)中的一者或一者以上 通過對識(shí)別為控制用于某一熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的夾點(diǎn)位置的一個(gè)或一個(gè)以上工藝物流的工藝條件修改來移動(dòng)所述夾點(diǎn)位置；以及 通過對識(shí)別為控制所述夾點(diǎn)位置的所述一個(gè)或一個(gè)以上工藝物流的最小溫度接近值修改來移動(dòng)所述夾點(diǎn)位置。
30.根據(jù)權(quán)利要求16到29中任一權(quán)利要求所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述操作的進(jìn)一步特征在于以下各項(xiàng)中的一者或一者以上 當(dāng)所要能量目的指示熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)僅具有以下公用工程種類中的一者而非兩者時(shí)定義隱含夾點(diǎn)加熱公用工程和冷卻公用工程；以及 識(shí)別設(shè)計(jì)增強(qiáng)情形，其中應(yīng)用于所述現(xiàn)有熱交換器網(wǎng)絡(luò)且經(jīng)呈現(xiàn)以滿足最終能量回收改進(jìn)目的的熱交換器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題在優(yōu)化分析期間變成閾值問題。
31.一種用以管理用于具有包括多個(gè)熱工藝物流和多個(gè)冷工藝物流的多個(gè)工藝物流的工業(yè)設(shè)施的熱交換器網(wǎng)絡(luò)能量效率和改進(jìn)的熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)程序產(chǎn)品(51)，所述程序產(chǎn)品(51)包括存儲(chǔ)于有形計(jì)算機(jī)可讀媒體(35)上的一組指令，所述指令在由計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行時(shí)致使所述計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行接收指示用于工業(yè)設(shè)施的現(xiàn)有熱交換器網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)的操作，所述操作的進(jìn)一步特征在于 識(shí)別主要控制用于所述現(xiàn)有熱交換器網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)位置的一個(gè)或一個(gè)以上工藝物流；識(shí)別在減小其相應(yīng)物流特定最小溫度接近值后即刻對廢能回收具有最高影響的一組一個(gè)或一個(gè)以上熱工藝物流； 識(shí)別定義最終廢能回收目的的在所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)的壽命內(nèi)預(yù)期的最大所要廢能回收目的；以及 確定依序識(shí)別多個(gè)熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目的最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列，所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列在滿足當(dāng)前所要廢能回收目的的當(dāng)前熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目與滿足所述最終廢能回收目的的未來熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目之間延伸，相比于所述當(dāng)前所要廢能回收目的，所述最終廢能回收目的需要較大量的廢能回收，所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列經(jīng)配置以使得所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列內(nèi)的每一后續(xù)項(xiàng)目不與所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列內(nèi)的先前項(xiàng)目中的任一者矛盾。
全文摘要
本發(fā)明提供用于管理/評定用于工業(yè)設(shè)施的熱交換器網(wǎng)絡(luò)能量效率和改進(jìn)的系統(tǒng)(30)和程序產(chǎn)品(51)。系統(tǒng)(30)的實(shí)施例可包含熱交換器網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)(31)以及經(jīng)配置以致使所述熱交換網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)(31)執(zhí)行各種操作的熱交換網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)程序產(chǎn)品(51)，所述操作包含用于確定在滿足當(dāng)前所要廢能回收目的的當(dāng)前熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目與滿足最終廢能回收目的的未來熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目之間延伸的最佳熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列的操作。所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列可經(jīng)配置以使得所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列內(nèi)的每一后續(xù)項(xiàng)目不與所述熱交換器網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)項(xiàng)目序列內(nèi)的先前項(xiàng)目中的任一者矛盾。
文檔編號G05B15/02GK102947831SQ201180025877
公開日2013年2月27日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者馬哈茂德·巴西耶·諾倫丁 申請人:沙特阿拉伯石油公司