[发明专利]过程工厂中的换热器网络热回收优化

说明书

技术领域

本公开主要涉及过程控制系统，并且特别地涉及用于具有多个并行的换热器的炼油厂的热回收最大化装置。

背景技术

像在化学、石油或其它过程中使用的那些过程控制系统一样的过程控制系统一般包括通信耦合到至少一个主机或操作员工作站的一个或多个集中式或分布式过程控制器。过程控制器一般也经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线来耦合到例如像现场设备这样的过程控制和仪表设备。可以是阀门、阀门定位器、开关、变送器和传感器(例如，温度、压力和流速传感器)的现场设备位于过程工厂环境内，并且在例如打开或关闭阀门、测量过程参数、增加或减少流体流动等的过程中施行其功能。像符合众所周知的FOUNDATION^TM现场总线(在下文中称为“现场总线”)协议或可寻址远程变送器高速通道(HART)协议的现场设备这样的智能现场设备也可以施行通常在过程控制器中实现的控制计算、报警功能及其它控制功能。

一般位于过程工厂环境中的过程控制器接收指示由现场设备产生的或与现场设备相关的过程测量或过程变量和/或关于现场设备的其它信息的信号，并执行控制器应用。举例来说，控制器应用实现不同的控制模块，所述不同的控制模块进行过程控制的决策，基于接收的信息生成控制信号，并与在像HART和现场总线现场设备这样的现场设备中施行的控制模块或块进行协调。过程控制器中的控制模块在通信线路或信号通道上将控制信号发送给现场设备，以借此控制过程的运行。

一般使来自于现场设备和过程控制器的信息可被像操作员工作站、维护工作站、个人计算机、手持设备、数据历史库、报告生成器、集中式数据库等等这样的一个或多个其它的硬件设备使用，以允许操作员或维护人员施行与过程有关的所期望的功能，所述功能举例来说例如改变过程控制例程的设置，修改过程控制器或智能现场设备中控制模块的运行，查看过程工厂中的过程的或特定设备的当前状态，查看由现场设备和过程控制器所生成的警报，为了训练人员或测试过程控制软件而模拟过程的运行，以及诊断过程工厂中的问题或硬件故障。

虽然典型的过程工厂具有连接到一个或多个过程控制器的像阀门、变送器和传感器等等这样的许多过程控制和仪表设备，但是还有许多其它也对于过程运行是必需的或与过程运行相关的支持设备。举例来说，这些附加的设备包括在典型的工厂中的很多地方所设置的供电设备、发电与配电设备以及像涡轮机和马达等等这样的旋转设备。虽然该附加的设备不一定创建或使用过程变量，并且在许多情况下不受控制乃至不被耦合到过程控制器以影响过程运行，但是该设备对过程的正常运行来说仍然是重要的，并且最终对过程的正常运行来说是必需的。

在整个炼油产业以及其它过程系统范围内，能量管理的过程控制是极重要的问题。典型的炼油厂包括某种蒸馏系统。在蒸馏系统中，原油在蒸馏之前被传输给对原油进行加热的加热器。于是，由于原油在被蒸馏之前先被加热，所以原油炼油厂需要大量的能量输入。因为热的原油更容易分离成其蒸馏成分，所以对原油进行加热是必需的。此外，对原油进行加热提高许多提炼过程的效率并降低许多提炼过程的燃料消耗。因为原油被加热，所以馏出物包含来自于蒸馏过程的显热。显热是当在产品管流(product stream)中存在温度变化(或增或减)时传递到产品管流或从产品管流中传递出的热。该显热是潜在可回收的能量，所述能量如果被回收和再使用则能够提高蒸馏过程的效率。因此，大部分炼油厂包括例如换热器的某种热回收系统。在蒸馏之前，换热器将一些显热从馏出物传递到原油流中。这样做时，换热器降低了将原油预热到预定温度所需的燃料量。

由于大部分现代的炼油厂的大小和复杂度，单个的换热器不足以完成原油的完全预热。因此，大部分现代的炼油厂包括对不同的原油流进行加热的换热器网络。然而，这些换热器的网络没有最大化或优化对馏出物的热回收，因为随着时间的推移，换热器由于在换热表面上积累污染的液体而运行于不同水平的传热效率。