多杂质氢系统网络设计

为将目前氢网络设计方法主要采用的单杂质系统网络设计规则推广至多杂质系统网络,在考虑了杂质浓度对系统影响的基础上,给出了多杂质氢系统网络的设计规则和设计步骤.4条设计规则是针对氢源、氢阱与夹点的相对位置来确定不应存在的匹配.为了确定不同杂质源阱间能否匹配,提出了不同杂质源阱间匹配的混合规则,即氢源中至少应存在一股氢源的各种杂质浓度乘积小于或等于氢阱中对应的各杂质浓度乘积,源阱间才能进行匹配.多杂质氢系统设计的方法考虑了杂质对网络设计的影响,并通过氢气网络实例进行了验证.     

多杂质氢气分配网络优化

利用三角图示法确定具有多杂质约束的氢气分配网络的目标值并提出相应的网络设计步骤。引入了层次分析法,用以确定具有多杂质约束条件下氢源的选用次序和氢阱的匹配次序。案例分析中,首先调整浓度数据的数量级,无因次化并重新归一化,进而可以在三角图中合理表征源的存在域、阱的可行域;然后进行源阱的匹配,可以确定出可行解域,从而获得氢源氢阱的匹配网络,同时考虑压缩机的配置,可确定最终优化的氢气分配网络。经过优化之后,氢公用工程用量由17.079×103 Nm3/h减少为14.125×103 Nm3/h,节氢率达到17.29%。案例分析结果验证了该方法的可行性。     

用能与用水同时最小化过程综合方法研究

水网络是一种特殊的质量交换网络，但在水网络设计中同时考虑能量集成的研究很少，且大多限于单杂质系统。因此将水网络中用能与用水同时最小化的多目标优化通过问题分解转化为单目标优化，将多杂质问题转化为单一关键杂质用水操作的最小新鲜水流量问题，通过水夹点分析方法，得到优化的水网络；考虑用水单元操作温度，对水网络进行能量集成，最终得到用水和用能同时集成的优化的水网络。用文献中的例子进行了计算，所得最小用水量和能量消耗量与文献中的结果相同。该法也可以用于多杂质系统。     

动态氢气系统的静态分割综合与系统优化

针对炼厂生产工艺参数波动导致的氢气系统动态变化,提出基于氢气系统运行的历史数据进行静态分割综合的优化方法(static partitioning synthesis method,SPSM),建立了以总年度费用最小为目标的数学规划模型。考虑了系统中氢源的氢量和纯度的变化、氢阱需求氢量及氢气纯度范围、氢气压力波动和压缩机选型等因素对动态氢气系统优化的影响。以某炼厂的氢气系统为实例分析阐明了SPSM方法的可行性,并与传统的稳态优化方法进行了对比。SPSM方法考虑了工艺系统参数的波动,优化后导致氢气网络结构趋于复杂。氢气系统结构的复杂性使得氢气系统可适应参数波动,具有较宽的操作窗口。     

基于代理模型的炼厂氢网络与脱硫系统同步优化

脱硫过程的准确建模是实现氢气分配网络和脱硫过程协同优化的基础。脱硫过程模型的简化和假设会导致结果次优，而基于过程热力学的严格过程模型会带来繁琐的计算工作量。为解决这一困境，提出了一种基于代理模型技术的炼油厂氢气网络和硫化氢脱除过程耦合优化的新策略。基于严格脱硫过程模型开发其代理模型，再将代理模型集成到氢气网络优化的数学规划模型中，以实现高效准确求解。将该方法应用于国内某炼油厂的氢网络集成，在有效控制系统中硫化氢含量的同时实现了系统优化。相比于基于简化脱硫模型的文献方法，本文方法所得结果较优，证明了该方法的有效性。     

基于压缩机选型的炼厂氢网络集成

随着原油劣质化趋势加重，炼厂的氢气(H₂)需求日益增加，通过氢网络集成提高氢气的利用效率变得至关重要。压缩机费用是炼厂氢网络中除新氢外的第二大费用，往复式压缩机和离心式压缩机被广泛用于氢气输送网络。该文提出了一种考虑多级离心式压缩机和多级往复式压缩机选型的超结构，约束条件包括压缩机的流量和出口压力；基于此超结构建立了一个混合整数非线性规划模型，以最小总年化成本为目标函数，其中综合考虑了新氢的成本、压缩机的投资费用和操作费用；并通过案例分析证明了模型的实用性。     

多杂质质量交换网络赤字率方法的改进

质量交换网络的优化对提高资源利用率具有重要意义.针对多杂质质量交换网络赤字率图解法在使用时需多次迭代因而计算复杂的缺点,提出了改进方法.该方法首先将源和阱中各杂质的浓度相乘,然后对乘积进行排序,将排序值定义为综合评价指标R.按照R重新排列源和阱,对所有杂质画出源、阱复合曲线,并转化为杂质赤字率曲线.对氢网络和水网络的实例分析表明:改进后的方法避免了迭代计算,提高了计算效率.     

考虑蒸汽温位因素的全局能量集成方法

建立了考虑蒸汽温位因素的全局能量集成超结构,描述了在全局热源、公用工程、汽轮机、全局热阱之间进行热量传递和交换的所有可能的拓扑结构。基于此超结构,建立了全局能量集成的混合整数非线性规划模型,并用列队竞争算法进行求解。通过优化求解,得到高压、中压和低压蒸汽的优化温位和流量,使全局能量集成更有效。实例表明:本文所提出的方法优于没考虑蒸汽温位因素的全局能量集成。     

自动变速器传递误差的多目标优化方法

自动变速器(AT)的单对齿轮同时参与多个挡位的啮合,在对齿轮进行微观修形以减小传递误差时需要综合考虑多种工况.针对多工况多目标函数,以齿轮微观修形参数为设计变量,通过对比4种优化方法的传递误差结果,设计了适用于多目标多工况的传递误差优化分析方法,并在该方法中集成了灵敏度分析.研究结果能为变速器振动噪声设计提供一定的理论参考.     

高压氢气对金属材料断裂韧性的影响

基于应力诱导氢扩散理论、氢致键合力降低理论和线弹性断裂力学理论,提出了一个描述氢气对金属断裂韧性影响的数学模型,用于定量预测金属在氢气中的断裂韧性.结果表明,当已知金属在低压氢气中的断裂韧性时,利用所提出的模型可以外推出金属在高压氢气中的断裂韧性,从而避免了在高压氢气中测量金属断裂韧性所带来的危险性.同时,利用文献报道的几种金属材料在不同氢气压力下的断裂韧性试验值对模型进行验证发现,所建立的模型对预测金属在氢气中的断裂韧性具有较好的有效性.