点击数: 更新日期: 2023-09-25
原文信息：
1.标题：基于全周期持续节能的换热网络滑动窗口分析与裕量缓释优化控制
2.录用期刊：化工进展（EI）
3.原文DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0938.
4.原文链接：https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=HGJZ202303009&DbName=CJFQ2023
5.录用见刊时间：2023/03/15
6.封面摘要：换热网络是过程系统节能降耗的关键，而换热器普遍存在缓慢结垢现象。本文针对换热网络运行的全周期，以持续节能为目标，提出一种裕量缓释的优化控制方法，该方法实现了全周期持续可控同时兼顾了各时间窗口内系统的动态控制性能。
作者：朱添宇 中国石油大学（北京）信息科学与工程学院自动化系 研20
孙 琳 中国石油大学（北京）信息科学与工程学院自动化系
任 超 中国石油大学（北京）信息科学与工程学院自动化系 研20
罗雄麟 中国石油大学（北京）信息科学与工程学院自动化系
简介：换热网络是过程系统节能降耗的关键，对于给定换热网络其操作条件及生产要求等常发生变化，尤其是换热器普遍存在缓慢结垢现象，导致换热网络的运行参数偏离设计值，甚至难以满足生产操作要求。本文针对换热网络运行的全周期，以持续节能为目标，提出一种裕量缓释的优化控制方法。
背景与动机：在换热网络运行期间各换热器管壁结垢热阻缓慢增大，与系统流量、温度等时变参数相比，结垢热阻因其慢时变特性，在短时间内对系统的动态响应造成的影响一般忽略不计。然而，当系统长周期运行时，结垢热阻不断增加，换热网络的传热效率逐渐降低，系统工作点也逐渐偏离设计值，甚至无法满足工艺和操作要求。
主要内容：
1. 基于滑动窗口的换热网络全周期持续可控
由于结垢热阻的累积是一个慢时变过程，换热网络的结垢参数在全周期运行过程中不断发生改变。
2. 换热网络全周期优化
在进行换热网络全周期优化控制的过程中，每个窗口内可释放裕量的求解需考虑其相邻窗口的可释放裕量，目标函数可表示为
。
在换热网络整个运行周期内，冷流体的输出温度为控制目标，需在控制过程中进行约束。考虑到旁路阀本身的结构特性，同时过低的流体流速会加快结垢速度，所以需要对旁路开度做出约束。在此基础上，针对提出的问题进行全周期优化求解。
主要成果：
（1）本文所提出的控制方法延长了系统持续可控时间，在满足生产要求的前提下，采用可以实现全周期持续可控。
（2）采用本文提出的控制方法相较于常规PID控制方法的控制性能指标具有更好的控制效果。
（3）从经济效益的角度，相较于常规PID控制方法，本文提出的控制方法整体的经济性优于常规控制。
通讯作者简介：孙琳，硕士研究生导师
中国石油大学（北京）信息科学与工程学院硕士研究生导师，主要研究方向为化工过程控制，过程系统工程。