[发明专利]一种包含相变流股的换热网络优化设计方法

权利要求书

1.一种包含相变流股的换热网络优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：

1)提取流股的工艺参数和物性数据：流股分为工艺流股与公用工程流股，工艺参数和物性数据包括流股的进出口温度、传热系数、质量流率、焓及其比热容；

2)判断流股类型：流股包括相变流股和非相变流股两种类型，其中相变流股分为等温相变流股和非等温相变流股；

3)将相变流股分段：根据相变流股温焓图特征，将相变流股分为多个区间，分别确定每个区间的热容流率；

4)建立混合整数非线性规划模型：混合整数非线性规划模型包括目标函数、流股热平衡约束、每一级热平衡约束、公用工程热平衡约束、换热量边界约束、温差约束和温度可行性约束；

5)初始化模型参数：初始化模型参数包括最小传热温差、换热网络级数、换热器最大允许换热量、换热器与公用工程费用参数；

6)根据步骤4)所建立的混合整数非线性规划模型和步骤5)初始化后的模型参数，求解该优化问题的模型获得优化设计后的换热网络。

2.如权利要求1所述一种包含相变流股的换热网络优化设计方法，其特征在于在步骤3)中，所述将相变流股分为多个区间分别对应气相区、气液两相区和液相区，热容在这些区间中视为不同常数；

对于等温相变流股的两相区的等效热容由以下公式定义：

式中，C^e代表流股两相区的等效热容，Q_λ代表流股的相变焓，M代表流股的质量流率。

3.如权利要求1所述一种包含相变流股的换热网络优化设计方法，其特征在于在步骤4)中，所述目标函数为：

式中，TAC代表换热网络年度总费用；Q_CU,i代表热流股与冷公用工程换热量；Q_HU,j代表冷流股与热公用工程换热量；C_CU、C_HU代表冷，热公用工程费用；CF_E、CF_CU、CF_HU分别代表换热器、冷却器及加热器固定费用；Z_i,j,k、Z_CU,i、Z_HU,j代表判断换热器、冷却器、加热器是否存在的二元变量，如换热器存在，值为1，否则为0；CA_E、CA_CU、CA_HU代表换热器、冷却器、加热器的面积费用；A_i,j,k、A_CU,i、A_HU,j代表换热器、冷却器、加热器的面积；β代表面积成本指数。

4.如权利要求1所述一种包含相变流股的换热网络优化设计方法，其特征在于在步骤4)中，所述流股热平衡约束，其中，热流股热平衡约束为：

式中，TIN_i代表热流股的进口温度；TOUT_i代表热流股的出口温度；T_i,f1、T_i,f2分别代表热流股的区域分割温度；F_i^g、F_i^p、F_i^l分别代表热流股气相区热容流率、两相区热容流率及液相区热容流率；Q_i,j,k代表热流股与冷流股在每一级的换热量；

冷流股热平衡约束为：

式中，TIN_j代表冷流股的进口温度；TOUT_j代表冷流股的出口温度；T_j,f1、T_j,f2分别代表冷流股的区域分割温度；分别代表冷流股的气相区热容流率、两相区热容流率和液相区热容流率。