基于多效蒸发海水淡化系统慢时变结垢特性的全周期裕量缓释优化

1.中文标题：基于多效蒸发海水淡化系统慢时变结垢特性的全周期裕量缓释优化

2.原论文标题：Margin slow released full cycle optimization due to slow time-varying fouling characteristics of multi-effect evaporation desalination system

3.录用期刊：Chemical Engineering Research and Design(JCR Q2)

4.原文DOI: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2021.12.050

5.原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263876221005761

6.录用见刊时间:2022/05

6.封面摘要：结垢热阻的累积是多效蒸发海水淡化系统(MEE-TVC)全周期运行的最大障碍。本文提出了一种全周期裕量缓释优化方法，充分利用了冗余传热面积以及降低了系统能耗并且它还避免了动力蒸汽裕量的快速耗尽，使系统在全周期运行中的操作性能始终优于设计工况下的操作性能。

作者：陈春波 中国石油大学（北京）信息科学与工程学院自动化系 博

罗雄麟 中国石油大学（北京）信息科学与工程学院自动化系

孙 琳 中国石油大学（北京）信息科学与工程学院自动化系

简介：为了在避免淡水生产过程中结垢热阻增加产生的影响，在设计时会留出足够大的传热面积，但冗余传热面积的利用并不合理。分析发现，MEE-TVC系统中进料海水流速的降低不但将增加正常生产所需的传热面积，而且也将减少外部动力蒸汽消耗。在此基础上，提出了一种全周期裕量缓释优化方法。该方法不断调整操作条件以适应MEE-TVC系统的状态变化，不仅充分利用了冗余传热面积，而且降低了系统能耗。此外，它还避免了动力蒸汽裕量的快速耗尽，使系统在全周期运行中的操作性能始终优于设计工况下的操作性能。

背景与动机：慢时变系统在化学过程中很常见，如传热设备、催化裂化装置和乙炔加氢反应器等。由于此类系统的运行周期长，且存在缓慢的时变特性。低温多效蒸发(MEE)海水淡化系统是一个典型的慢时变系统，其结垢热阻缓慢增长，系统运行周期通常为1.5-2年。本文提出了一种全周期裕量缓释优化方法，以实现MEE-TVC系统的全周期高效节能运行。

主要内容：

1. MEE-TVC系统的数学模型：下图为八效MEE-TVC海水淡化系统的示意图。通过串联多个机组来提高整体热效率，实现了热能的多级利用。每个单元（称为效）由蒸发器、闪蒸罐和预热器组成。

2. 全周期操作条件分析：为了分析进料流量对MEE-TVC系统性能的长期影响，获得了不同进料流量下的全周期运行结果。分析表明，合理调整进料海水有助于提高MEE-TVC系统的全周期运行效率。

主要成果：每一效优化后的进料海水如图所示。在整个周期运行过程中，各效应的进料海水流量逐渐增加，这可以应对污垢热阻增加导致的传热效率下降，并确保其正常运行。

曲线a为全周期裕量缓释优化，曲线b为无裕量约束的全周期优化,曲线c为一般稳态优化。从图中可以看出，全周期裕量缓释优化不仅可以获得比一般稳态优化方法更低的全周期蒸汽消耗，而且可以避免无约束全周期优化问题。

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。