海龙公司制冷系统优化改造方案选择研究硕士学位论文.doc
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1、分类号 密级 UDC 研 究 生 学 位 论 文海龙公司制冷系统优化改造方案选择研究 独 创 声 明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含未获得 (注:如没有其他需要特别声明的,本栏可空)或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名: 签字日期: 年 月 日-学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送
2、交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库,并通过网络向社会公众提供信息服务。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名: 导师签字:签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日海龙公司制冷系统优化改造方案选择研究摘 要本课题针对山东海龙股份有限公司的流程生产需求,以该公司现有的公用工程制冷系统生产运行状况为研究基础,以系统运行成本和设备利用率为约束条件,根据海龙公司公用工程系统的现实情况在
3、对公用工程理论和方法的综合分析的基础上,选择了经验规则法对该公司进行制冷系统优化配置和优化设计,分别对夏、冬季生产运行各四种优化方案进行比较,并且对优化后的方案进行了分析,经过对比,优化后夏季运行中设备耗功率减少435 kW/h,冬季运行中设备耗功率减少425kW/h,相当于少运行两台制冷机组;系统投资减少400多万元;夏季生产设备利用率提高5.25个百分点,冬季生产设备利用率提高12.5个百分点,证明优化后的制冷系统配置更合理、经济性更好。本文介绍了国内外公用工程系统优化研究的概况和研究理论、方法,分析了海龙公司公用工程中制冷系统的布局和生产运行现状以及存在的问题,明确了当前海龙公司公用工程
4、制冷系统优化设计的方向,减少了方案选择的工作量。并根椐海龙制冷系统中各冷冻站布局的局限性,对各冷冻站与生产系统进行了合理的配置计算,使制冷系统达到较佳的运行状态和合理的运行成本。通过对海龙公司公用工程中制冷系统方案的优化,达到了该公司制冷系统优化配置的预期目的。方案中部分系统改造实施后的运行结果良好。关键词: 公用工程 制冷系统 优化Study on the Refrigeration System Optimization Transformation Plan of Helon Company ABSTRASTThis thesis made a reasonable and optima
5、l design of the refrigeration system of Shandong Helon Company Ltd. to satisfy the needs according to the companys existing utility conditions on the basis of analyzing the production conditions of the existing utility refrigeration system,on the condition of the cost of the system functioning, appl
6、ying the experience rule after a comprehensive analysis of the utility theories and methodsIt made a compare between the summers and winters four programs of the production functioning and analyzed the optimized programAfter the option,the rate of the equipment power consumption of the summers has b
7、een decreased by 435kW/h The system investment has been decreased by 4,000,000 yuan while the utilization ratio of the summers production equipment has been increased by 5.25 and the utilization ratio of the winters production equipment has been increased by 12.5 . The result proves that the optimiz
8、ed refrigeration system is more reasonable and more economical than original one.The thesis introduced the current optional research situations and the research theories and the methods of the utility system of domestic and overseas, and analyzed the arrangements of the refrigeration system of Shand
9、ong Helon as well as the existing problems. It pointed out the direction and guidance of optimizing the equipment of the utility system of Helon and reduced the work load. According to the distributional limitations of the individual refrigeration station of Helon, it made a reasonable distributiona
10、l calculation of the individual refrigeration station and the production system to make the refrigeration system work better and obtain a good functioning cost.By optimizing the refrigeration system programs of the Helon utility, an expected objective of the companys refrigeration system distributio
11、n has been achieved. Some systems of the programs have been reorganized and functioning well.Key words: Utility; Refrigeration System; Optimization 目 录1 导 论11.1公用工程系统项目优化的意义和目的11.2国内外研究现状31.2.1公用工程系统优化的基本目标31.2.2公用工程系统优化的基本方法41.3本文研究的主要内容61.4 本文研究的方法和技术路线71.4.1本文研究的方法71.4.2本文研究的技术路线72 项目优化设计理论依托及项目优
12、化方法选择92.1项目比较择优的原则92.1.1成本效益原则92.1.2 比较择优的原则102.1.3规范化的原则102.2被选方案成本效益分析的数学评定方法112.2.1定性评估与定量评估的综合运用112.2.2专家打分法与加权加法综合评分法、优序法的综合运用113山东海龙公司公用工程优化的背景123.1海龙公司及公司公用工程布局简述123.2现阶段山东海龙公用工程存在问题及原因分析163.2.1现阶段山东海龙公用工程现状及存在问题分析163.2.2现阶段山东海龙公用工程存在问题原因分析183.3生产系统内部的需求分析193.3.1生产系统工艺需求分析193.3.2生产系统设备需求分析203
13、.3.3生产系统安全需求分析253.3.4生产系统对管理机构需求分析253.4生产系统对外部公用供应的需求分析273.5海龙公司现有公用工程配置分析283.5.1现有各冷东站设备配置分析283.5.2现有各冷东站制冷系统配置分析314海龙公司公用工程制冷系统优化方案最佳优选方案的选择分析334.1备选方案介绍334.1.1夏季生产制冷系统优化备选方案的选择分析334.1.2冬季生产制冷系统优化备选方案的选择分析394.2制冷系统优化的原则434.2.1制冷系统优化的原则434.2.2经验规则法在本公司制冷系统优化配置和优化设计中的运用464.3项目影响因子的确定464.3.1项目影响因子的确定
14、方法464.3.2山东海龙公司公用工程优化项目影响因子的确定464.4最佳优选方案分析464.4.1夏季生产最佳优选方案分析464.4.2冬季生产最佳优选方案分析484.5优化结果分析504.6最佳优化方案实施保证514.6.1项目的进度安排514.6.2项目的人员整合培训514.6.3与现有系统的结合525系统优化方案结论与展望525.1系统优化方案结论525.2系统优化方案展望53.参考文献54攻读工程硕士期间所发表的文章56致谢571 导 论1.1公用工程系统项目优化的意义和目的在经济全球化的浪潮中,能源是经济社会进步的主要物质基础。而我国能源供应长期不足,严重影响了经济的快速发展。解决
15、能源短缺的战略问题必须下大力气节约能源,提高资源的利用率。目前,我国主要矿产资源人均占有量不足世界平均水平的一半,我国人均用电量只有1038kwh,仅相当于发达国家的十分之一。这就要求我们必须开展能源节约与资源综合利用。改革开放30年来,在国家关于“能源开发与节约并举,把节约放在首位”的方针指导下,我国节能工作取得了显著成绩。但是,由于技术落后,能源利用效率低下,需求增长过快,供需矛盾加剧,逐步制约国民经济健康稳定的发展。据国家提供的统计数据,2003每生产1个单位的钢铁,中国比美国要多耗费10%的能源,中国电站与美国比,发一度电要多浪费五分之一的能源。中国能源研究理事会长、煤炭工业协会会长、
16、工程院院士范维唐说:“我国能源利用效率目前仍然很低,比已发达国家为主要成员的经济合作与发展组织(OECD)国家落后20年,相差10个百分点;能源消费强度大大高于发达国家及世界平均水平,约为美国的3倍、OECD国家平均值的3.8倍、日本的7.2倍。”为了能成功应对国内外挑战,顺利实现“十一五”规划和全面建设小康社会目标,必须高度重视和大力开展节能工作,大幅度提高能源利用效率,保障我国经济社会的可持续发展。如何提高能源有效利用率是摆在我们面前的一个重要而艰巨的问题。在节能降耗的工作中企业是节能的主体。其中又以过程工业为代表,它是所有涉及物质转化过程的工业部门的总称。据统计,我国各种过程工业的总产值
17、占GDP的60%以上1,涉及能源转化、资源利用和环境保护,不仅包括国民经济的一些支柱产业,如:石油、化工、冶金、能源、材料、食品等,而且也是一些高新技术产业的基础,如:生物、医药、微电子、纳米材料等。因此,过程工业的发展水平体现了一个国家的综合国力,在某种程度上是一个国家工业发展水平的标志。典型的粘胶化工过程系统可以分为工艺过程、换热网络和公用工程三个子系统。以山东海龙股份有限公司为例,它是以生产粘胶纤维产品为主。工艺过程包括:以棉浆粕为原料制取粘胶的原液工序;把粘胶成型、烘干、包装的纺练工序;为纺练工序提供粘胶成型用酸浴的酸站工序。各工序又以公用工程系统为纽带进行相互连结。在各工序中又各自配
18、备有各种不同规格的换热设备。公用工程系统向各工序提供所需的电力、热能、工艺蒸汽、各种冷冻水、优质水、循环冷却水等公用工程,并与过程系统和换热网络有并与过程系统和换热网络有机结合,吸收工艺过程中的余热或是稳定物料反应的温度。在粘胶制备的装置中,各种冷冻水往往是维持化学反应工艺过程参数稳定的重要介质,它又是通过换热装置把工艺过程中产生的各种废气回收下来,减少生产对环境污染的唯一经济可靠的载体。另一方面,公用工程系统不仅要面向过程系统提供所需要的各种能源,其本身也是过程工业中的耗能大户,它的优化设计和节能改造具有很大的节能潜力,因而面对全局系统的能量利用率和经济性具有重要影响。特别是近几年,随着能源
19、和原材料的不断涨价,其成本也在快速增长,现在粘胶纤维企业中,公用工程的能源消耗已经占总成本的30%38%。对于公用工程系统经济合理的利用能源,降低生产成本,己成为整个粘胶工业乃至整个化学工业的紧迫任务。随着科学技术的进步,现代化工过程工业装置日趋大型化和联合生产化。特别是在能源紧张,原材料短缺和环境污染日益加剧的情况下,从能量转化和利用的角度分析,复杂系统的用能优化,不能简单着眼于局部环节与单台设备的用能效率,因为局部优化决不等于全局优化。以制冷装置为例,单纯简单地提高单台制冷机组的制冷能力对于整个供冷网络效果不是很明显,要提高整个供冷网络的整体效率必须着眼于各制冷子系统中设备的搭配是否合理。
20、要实现最大限度公用工程系统能量综合与优化设计,就必须进行系统的全局用能优化,才能使整个系统发挥出最佳经济效益,本文的目的就是要对山东海龙公司公用工程中制冷系统网络进行全局性的优化,合理优化配置公司内部各制冷子系统的制冷机组,提高设备利用率,增大系统运行可靠性,以提高海龙公司的公用工程用能效率。1.2国内外研究现状1.2.1公用工程系统优化的基本目标公用工程系统的优化包括对现有系统的最优操作、最优改造和对新系统的最优设计2。它们大体上可归纳为两类问题:一是流程结构基本固定的系统参数优化,包括现有系统操作条件的优化和新系统设计或旧系统改造时对某一结构方案的设计参数和操作条件的优化;二是系统流程结构
21、优化,包括对新系统的多方案最优综合和对旧系统改造方案的优化选择。(1) 系统参数优这类问题一般可归结为线性规划(LP)和非线性规划(NLP)两种模型。如果各级用冷点所需冷冻水参数固定,模型一般可归结或简化为LP问题,可对系统各物流流量的分配及各单元设备的负荷进行优化;若各级用冷点所需冷冻水参数作为优化变量,模型一般归结为一个复杂的非线性规划问题,可以对流程结构基本确定的系统进行设计参数和操作参数的优化3,4。LP模型比较成熟和简单,但它只是对非线性问题的一种近似。NLP模型更能反映问题的实际情况,而且可用于新系统的设计优化和已有系统的操作优化5,6。(2) 系统结构优化系统结构优化包括流程方案
22、和操作参数两方面的同时优化,因为结构和参数这两者是密不可分的,既相互联系又相互制约。例如,制冷机组本身是属于制冷系统结构的组成单元。不同机组的台数或取舍可以用整形变量或01变量表示;制冷机组又通过冷却水系统的水温、流量和机组做功的大小等连续变量与系统中其他单元相联系。因此,这样的系统综合问题一般可归结为一个大型混合整数非线性规划(MINLP)模型。(3) 整体系统同步最优综合对整体系统综合问题,传统的分步设计方法是先进行过程系统和各制冷系统的设计,然后再对各种公用工程的参数和需求量已定的条件下设计所需要的公用工程系统。这种方法往往难以进行各子系统之间的协调和达到整体最优化。Grossmann等
23、人首先提出了整体系统联合优化的综合策略,并建立了公用工程系统结构优化的MILP模型7,8。但其策略步骤实际上还是分步的,线性化公用工程系统模型也过于简化。朱世才、聂秀荣9,10等人提出了先确定连接各子系统的核心决策变量或连接变量,再分别进行各子系统设计的分解方法;Petracci11,12等人的MINLP模型只能在过程系统和蒸汽管网的参数固定时对驱动方案和流量分配进行优化。因此,现有这些模型大都是分步的策略或局部的优化,其根本原因就是目前对大规模超结构混合整数非线性规划同步联合优化模型的求解十分困难,甚至是对公用工程本身的结构和参数的同步优化模型也只能做偏重一个方面的简化。1.2.2公用工程系
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