[发明专利]一种流程工业换热网络分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及流程工业换热网络，特别涉及流程工业换热网络的分析方法。

背景技术

换热网络作为炼油、化工等流程工业一个重要的子系统，用于加热或者冷却工艺物料以满足生产工艺要求，是能量的重要集成形式。换热介质在换热网络中传递热量。换热介质包括工艺物料，以及由工艺物料产生的中间产物、循环冷却水、蒸汽等这类不是工艺物料，但起着换热媒介物的功能的物质。分析研究换热网络对节能降耗具有重要意义。

换热网络分析与优化方法包括夹点分析法、数学规划法和人工智能方法。在工程中应用最多的是夹点分析法。夹点分析法是以热力学为基础，通过设定最小传热温差，求解夹点温度位置来优化换热网络，实现从公用工程供给的热量和冷量的最小化，进而降低公用工程能源消耗。

夹点分析是对换热网络分析和优化的有效方法，但是工艺和设计人员固有的思路是将其用于工厂设计阶段或者改造设计阶段。本专利是依据流程工业生产特点，从集成计算机技术和数据处理技术的角度，将夹点分析方法与实际生产过程集成，形成一种高效的分析和辅助决策技术。

聚类是将数据分类到不同的类或者簇这样的一个过程，所以同一个簇中的对象有很大的相似性，而不同簇间的对象有很大的相异性。聚类分析是一种依据研究对象的特征，对其进行分类的统计分析方法。聚类分析是数据挖掘的主要任务之一，而且聚类能够作为一个独立的工具获得数据的分布状况，观察每一簇数据的特征，集中对特定的聚簇集合作进一步地分析。聚类分析的方法有层次聚类、合并法、分解法、树状图、非层次聚类、K均值聚类法、智能聚类法等等。

在设计阶段，换热网络是按照生产工艺、处理量等因素进行优化。但是，在企业投产后，企业生产往往要根据生产计划、产品和原料供需关系、设备情况等对换热网络进行调整和改造，特别地，企业的生产规模会逐步扩大，部分工艺会改动，因此企业的实际生产状态(比如，生产负荷)是变化的。在此过程中，换热网络运行状态也发生相应的改变，偏离设计时的最优状态，造成公用工程费用的增加。由于这是一个渐进的过程，企业多是在问题比较明显的时候，组织人员核算改造投入和改造后的效益，并决定是否改造换热系统。然而，对于人工操作来说，这是一个复杂的过程，特别是由于企业的生产状态是变化的，改造的效益常常难以准确测定。因此，对于生产企业，建立一种自动的、系统化的换热网络分析方法，及时分析其换热网络的运行和能量集成情况，由此计算换热网络的节能潜力，以便进行全面的技术经济分析，来指导生产和设备改造、挖掘节能潜力，非常具有现实意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种流程工业的换热网络分析方法，将生产状态的变化作为换热网络分析的基础，计算企业换热网络的节能潜力，为企业进行节能降耗改造提供参考。

一种流程工业换热网络分析方法，包括以下步骤：

1)划分生产状态，具体包括：

1.1)根据企业实际生产情况，选择代表生产状态的工艺物料及其流量参数，选择工艺物料的历史数据的时间范围，访问存储所述工艺物料及其流量参数流量值的历史数据库，以获取该时间范围内用于划分生产状态的历史数据集；所述工艺物料的历史数据包含流量参数流量值；所述历史数据库是企业生产的计算机系统中存储生产过程数据的数据库，所述生产过程数据包括历史数据，每个所述历史数据具有代表其发生时间的时间戳；所述生产状态由各工艺物料及其流量参数的流量值表征；将所述历史数据集内时间戳相同或相近的所述工艺物料的历史数据分组，每组为一数据元，每个所述数据元具有时间戳；所述历史数据集是代表生产状态的各工艺物料的历史数据的数据集合；

1.2)通过聚类分析算法，将历史数据集划分为多个历史数据子集，每个历史数据子集代表一种生产状态，所述历史数据子集包括至少一个所述数据元；

2)计算和绘制换热网络温焓图，具体包括如下步骤：

2.1)通过所述历史数据子集中各所述数据元的时间戳，访问所述历史数据库，获取换热网络中各换热介质的历史数据，并根据实际情况赋予各个换热器的换热介质的冷热流属性；所述换热介质包括工艺物料、工艺物料产生的中间产物、和/或循环冷却水、和/或蒸汽；所述换热介质的历史数据包括入口温度、出口温度和各换热介质的流量；

2.2)按所述冷热流属性将换热介质分为冷流和热流，根据换热介质的入口温度和出口温度，分别统计冷流的温度变化区间和热流的温度变化区间；

2.3)分别计算冷流和热流在步骤2.2)中各温度变化区间端点温度对应的焓值，