專(zhuān)利名稱(chēng)：過(guò)程工廠(chǎng)中的換熱器網(wǎng)絡(luò)熱回收優(yōu)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)主要涉及過(guò)程控制系統(tǒng)，并且特別地涉及用于具有多個(gè)并行的換熱器的煉 油廠(chǎng)的熱回收最大化裝置。
背景技術(shù)：
像在化學(xué)、石油或其它過(guò)程中使用的那些過(guò)程控制系統(tǒng)一樣的過(guò)程控制系統(tǒng)一般 包括通信耦合到至少一個(gè)主機(jī)或操作員工作站的一個(gè)或多個(gè)集中式或分布式過(guò)程控制器。 過(guò)程控制器一般也經(jīng)由模擬、數(shù)字或組合的模擬/數(shù)字總線(xiàn)來(lái)耦合到例如像現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備這樣 的過(guò)程控制和儀表設(shè)備?？梢允情y門(mén)、閥門(mén)定位器、開(kāi)關(guān)、變送器和傳感器(例如，溫度、壓 力和流速傳感器)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備位于過(guò)程工廠(chǎng)環(huán)境內(nèi)，并且在例如打開(kāi)或關(guān)閉閥門(mén)、測(cè)量過(guò) 程參數(shù)、增加或減少流體流動(dòng)等的過(guò)程中施行其功能。像符合眾所周知的FOUNDATION 現(xiàn) 場(chǎng)總線(xiàn)(在下文中稱(chēng)為“現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)”)協(xié)議或可尋址遠(yuǎn)程變送器高速通道(HART )協(xié)議的 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備這樣的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備也可以施行通常在過(guò)程控制器中實(shí)現(xiàn)的控制計(jì)算、報(bào)警功能 及其它控制功能。一般位于過(guò)程工廠(chǎng)環(huán)境中的過(guò)程控制器接收指示由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備產(chǎn)生的或與現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備相關(guān)的過(guò)程測(cè)量或過(guò)程變量和/或關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的其它信息的信號(hào)，并執(zhí)行控制器應(yīng) 用。舉例來(lái)說(shuō)，控制器應(yīng)用實(shí)現(xiàn)不同的控制模塊，所述不同的控制模塊進(jìn)行過(guò)程控制的決 策，基于接收的信息生成控制信號(hào)，并與在像HART 和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備這樣的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 中施行的控制模塊或塊進(jìn)行協(xié)調(diào)。過(guò)程控制器中的控制模塊在通信線(xiàn)路或信號(hào)通道上將控 制信號(hào)發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以借此控制過(guò)程的運(yùn)行。一般使來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和過(guò)程控制器的信息可被像操作員工作站、維護(hù)工作站、 個(gè)人計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備、數(shù)據(jù)歷史庫(kù)、報(bào)告生成器、集中式數(shù)據(jù)庫(kù)等等這樣的一個(gè)或多個(gè)其 它的硬件設(shè)備使用，以允許操作員或維護(hù)人員施行與過(guò)程有關(guān)的所期望的功能，所述功能 舉例來(lái)說(shuō)例如改變過(guò)程控制例程的設(shè)置，修改過(guò)程控制器或智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中控制模塊的運(yùn) 行，查看過(guò)程工廠(chǎng)中的過(guò)程的或特定設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，查看由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和過(guò)程控制器所生 成的警報(bào)，為了訓(xùn)練人員或測(cè)試過(guò)程控制軟件而模擬過(guò)程的運(yùn)行，以及診斷過(guò)程工廠(chǎng)中的 問(wèn)題或硬件故障。雖然典型的過(guò)程工廠(chǎng)具有連接到一個(gè)或多個(gè)過(guò)程控制器的像閥門(mén)、變送器和傳感 器等等這樣的許多過(guò)程控制和儀表設(shè)備，但是還有許多其它也對(duì)于過(guò)程運(yùn)行是必需的或與 過(guò)程運(yùn)行相關(guān)的支持設(shè)備。舉例來(lái)說(shuō)，這些附加的設(shè)備包括在典型的工廠(chǎng)中的很多地方所 設(shè)置的供電設(shè)備、發(fā)電與配電設(shè)備以及像渦輪機(jī)和馬達(dá)等等這樣的旋轉(zhuǎn)設(shè)備。雖然該附加 的設(shè)備不一定創(chuàng)建或使用過(guò)程變量，并且在許多情況下不受控制乃至不被耦合到過(guò)程控制 器以影響過(guò)程運(yùn)行，但是該設(shè)備對(duì)過(guò)程的正常運(yùn)行來(lái)說(shuō)仍然是重要的，并且最終對(duì)過(guò)程的 正常運(yùn)行來(lái)說(shuō)是必需的。在整個(gè)煉油產(chǎn)業(yè)以及其它過(guò)程系統(tǒng)范圍內(nèi)，能量管理的過(guò)程控制是極重要的問(wèn) 題。典型的煉油廠(chǎng)包括某種蒸餾系統(tǒng)。在蒸餾系統(tǒng)中，原油在蒸餾之前被傳輸給對(duì)原油進(jìn)行加熱的加熱器。于是，由于原油在被蒸餾之前先被加熱，所以原油煉油廠(chǎng)需要大量的能量 輸入。因?yàn)闊岬脑透菀追蛛x成其蒸餾成分，所以對(duì)原油進(jìn)行加熱是必需的。此外，對(duì)原 油進(jìn)行加熱提高許多提煉過(guò)程的效率并降低許多提煉過(guò)程的燃料消耗。因?yàn)樵捅患訜幔?所以餾出物包含來(lái)自于蒸餾過(guò)程的顯熱。顯熱是當(dāng)在產(chǎn)品管流(product stream)中存在 溫度變化(或增或減)時(shí)傳遞到產(chǎn)品管流或從產(chǎn)品管流中傳遞出的熱。該顯熱是潛在可回 收的能量，所述能量如果被回收和再使用則能夠提高蒸餾過(guò)程的效率。因此，大部分煉油廠(chǎng) 包括例如換熱器的某種熱回收系統(tǒng)。在蒸餾之前，換熱器將一些顯熱從餾出物傳遞到原油 流中。這樣做時(shí)，換熱器降低了將原油預(yù)熱到預(yù)定溫度所需的燃料量。由于大部分現(xiàn)代的煉油廠(chǎng)的大小和復(fù)雜度，單個(gè)的換熱器不足以完成原油的完全 預(yù)熱。因此，大部分現(xiàn)代的煉油廠(chǎng)包括對(duì)不同的原油流進(jìn)行加熱的換熱器網(wǎng)絡(luò)。然而，這些 換熱器的網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有最大化或優(yōu)化對(duì)餾出物的熱回收，因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，換熱器由于在 換熱表面上積累污染的液體而運(yùn)行于不同水平的傳熱效率。此外，大部分現(xiàn)代的煉油廠(chǎng)處理不同品質(zhì)的原油，并且具有對(duì)精煉產(chǎn)品的不同需 要。污染液體的積累、原油的不同品質(zhì)和對(duì)精煉產(chǎn)品的不同需要都降低了已知換熱器系統(tǒng) 的效率?？商鎿Q地，作為次級(jí)過(guò)程的一部分，換熱器可以使用必須被冷卻的熱的工藝液流 (process fluid streams)來(lái)對(duì)原油進(jìn)行預(yù)熱，從而進(jìn)一步增加效率。一些工藝設(shè)計(jì)技術(shù)被 用于根據(jù)煉油廠(chǎng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)指定將最大化熱回收的換熱器。在建立煉油廠(chǎng)之后，過(guò)程控制 系統(tǒng)通常必須在給定設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)約束條件范圍內(nèi)優(yōu)化煉油廠(chǎng)性能。有時(shí)候，對(duì)于在不同條 件下指定的原油裝料速度(crude charge rate)，原油進(jìn)料熱回收優(yōu)化器必須能夠最大化 熱回收。優(yōu)化器常常必須是經(jīng)濟(jì)合理的，因?yàn)樵S多煉油廠(chǎng)相對(duì)較小，也許無(wú)法證明需要大量 的儀表和控制閥門(mén)。此外，考慮到在各種各樣的煉油廠(chǎng)中的各種過(guò)程控制系統(tǒng)，優(yōu)化器應(yīng)該 便于實(shí)現(xiàn)。例如煉油廠(chǎng)的許多過(guò)程工廠(chǎng)包括設(shè)備監(jiān)控和診斷程序，所述設(shè)備監(jiān)控和診斷應(yīng)用 舉例來(lái)說(shuō)例如由CSI系統(tǒng)提供的機(jī)器健康(Machinery Health )應(yīng)用，或者用于監(jiān)控、診 斷和優(yōu)化各種旋轉(zhuǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的任意其它已知的應(yīng)用。維護(hù)人員通常使用這些應(yīng)用來(lái) 維護(hù)和監(jiān)督工廠(chǎng)中旋轉(zhuǎn)設(shè)備的性能、確定與旋轉(zhuǎn)設(shè)備有關(guān)的問(wèn)題以及確定何時(shí)和是否必須 修理或更換所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備。相似地，許多過(guò)程工廠(chǎng)包括像由例如Liebert和AS⑶公司提供 的電力控制和診斷程序，以控制和維護(hù)發(fā)電與配電設(shè)備。在過(guò)程工廠(chǎng)中運(yùn)行像例如實(shí)時(shí)優(yōu) 化器(RT0+)這樣的控制優(yōu)化應(yīng)用以?xún)?yōu)化過(guò)程工廠(chǎng)的控制活動(dòng)也是已知的。這種優(yōu)化應(yīng)用 一般使用復(fù)雜的算法和/或所述過(guò)程工廠(chǎng)的模型來(lái)預(yù)測(cè)如何改變輸入，以在像例如利潤(rùn)這 樣的一些期望優(yōu)化變量方面優(yōu)化過(guò)程工廠(chǎng)的運(yùn)行。大部分已知的換熱優(yōu)化器系統(tǒng)使用搜索例程來(lái)查找在重新加入原油流之后最適 宜的混合溫度。利用已知的系統(tǒng)，一個(gè)換熱器的效率方面的小小變化也許不會(huì)導(dǎo)致混合溫 度方面的大的變化，因此已知的系統(tǒng)不能考慮效率方面的這些小變化。然而，隨著時(shí)間的推 移，效率方面的小變化可能導(dǎo)致大的損失。這些及其它的診斷和優(yōu)化應(yīng)用一般在系統(tǒng)范圍的基礎(chǔ)上被實(shí)現(xiàn)于一個(gè)或多個(gè)操 作員或維護(hù)工作站中，并且可以向操作員或維護(hù)人員提供關(guān)于過(guò)程工廠(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)或者過(guò) 程工廠(chǎng)中的裝置和設(shè)備的預(yù)先配置的顯示。典型的顯示包括接收由過(guò)程工廠(chǎng)中的過(guò)程控制 器或其它設(shè)備生成的警報(bào)的報(bào)警顯示、指示過(guò)程工廠(chǎng)中的過(guò)程控制器及其它設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的控制顯示以及指示過(guò)程工廠(chǎng)中的設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的維護(hù)顯示等。同樣地，這些及其它 診斷應(yīng)用可以允許操作員或維護(hù)人員重新調(diào)整控制回路或重新設(shè)定其它控制參數(shù)，在一個(gè) 或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上運(yùn)行測(cè)試來(lái)確定那些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，或者校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或其它設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)一種有助于過(guò)程控制系統(tǒng)中的熱回收的系統(tǒng)和方法，其特定的前提是最大化 換熱器網(wǎng)絡(luò)中的熱回收。特別地，只需要從每個(gè)換熱器路徑中收集出口溫度。所述系統(tǒng)和 方法通過(guò)被稱(chēng)為增量成本均衡(ICE)的負(fù)荷配置來(lái)完成最大化。ICE基于以下概念來(lái)工作， 即如果增量成本不相等，則負(fù)荷應(yīng)該從具有較高增量成本的單元(路徑)轉(zhuǎn)移到具有較低 增量成本的單元(路徑)。因而，負(fù)荷從較高增量成本的(即，較不有效的)換熱器路徑轉(zhuǎn) 移到較低增量成本的(即，更有效的)換熱器路徑。所公開(kāi)的技術(shù)源自于用于計(jì)算作為負(fù) 荷的函數(shù)的效率的顯式表達(dá)式或模型。所述公式考慮了在每個(gè)換熱器路徑的入口和出口溫 度中的差值以及所述路徑中的換熱器的熱容量。因?yàn)閷?duì)于每個(gè)并行路徑來(lái)說(shuō)熱容量和入口 溫度通常是相同的，所以只需要均衡出口溫度以最大化熱回收?；诔隹跍囟龋梢詾槊總€(gè) 換熱器計(jì)算流速目標(biāo)以均衡出口溫度，并且可以實(shí)現(xiàn)控制以達(dá)到目標(biāo)流速，借此均衡出口 溫度和最大化換熱器網(wǎng)絡(luò)中的熱回收。


圖1是具有分布式過(guò)程控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程工廠(chǎng)的示例性框圖，包括一個(gè)或多 個(gè)操作員和維護(hù)工作站、控制器、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和支持設(shè)備；圖2A-2C是圖1的過(guò)程工廠(chǎng)的一部分的示意圖，舉例說(shuō)明了包括換熱器網(wǎng)絡(luò)的煉 油廠(chǎng)過(guò)程和系統(tǒng)，其可以根據(jù)本公開(kāi)的教導(dǎo)來(lái)利用熱回收最大化系統(tǒng)；圖3是圖1的過(guò)程工廠(chǎng)的一部分的示例性框圖，舉例說(shuō)明了在位于包括換熱器的 過(guò)程工廠(chǎng)的不同元件中的熱回收最大化系統(tǒng)的各種組件之間的通信互連；圖4是圖1的過(guò)程工廠(chǎng)的一部分的示例性示意圖，舉例說(shuō)明了一種殼管式換熱 器；圖5是圖1的過(guò)程控制系統(tǒng)的示例性框圖，舉例說(shuō)明了提供多個(gè)并行路徑的像圖 4的那些換熱器一樣的換熱器的網(wǎng)絡(luò)；圖6是圖5的過(guò)程控制系統(tǒng)的示例性框圖，舉例說(shuō)明了與控制器通信的換熱器的 網(wǎng)絡(luò)；以及圖7是用于在如圖6中的換熱器的網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)熱回收最大化的流程圖的例子。
具體實(shí)施例方式此處公開(kāi)了一種在換熱器的網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)用于優(yōu)化熱回收的技術(shù)的過(guò)程控制系統(tǒng) 體系結(jié)構(gòu)和方法?，F(xiàn)在參考圖1，可以在其中實(shí)現(xiàn)熱回收最大化系統(tǒng)的示例性的過(guò)程工廠(chǎng)10包括經(jīng) 由一個(gè)或多個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)與支持設(shè)備互連在一起的多個(gè)控制和維護(hù)系統(tǒng)。過(guò)程控制系統(tǒng)12 可以是例如PROVOX或RS3系統(tǒng)或者任意其它控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)，其包括操作員接口 12A，所述操作員接口 12A耦合到控制器12B和輸入/輸出(I/O)卡12C，所述卡12C 依次耦合到例如模擬和HART 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15的各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備?？梢允欠植际竭^(guò)程控制系統(tǒng) 的過(guò)程控制系統(tǒng)14包括經(jīng)由例如以太網(wǎng)總線(xiàn)的一種總線(xiàn)來(lái)耦合到一個(gè)或多個(gè)分布式控制 器14B的一個(gè)或多個(gè)操作員接口 14A?？刂破?4B可以是，例如，由位于德克薩斯州奧斯汀 (Austin, Texas)的愛(ài)默生過(guò)程管理(Emerson Process Management)銷(xiāo)售的 DeltaVTM 控 制器或者任意其它期望類(lèi)型的控制器?？刂破?4B經(jīng)由I/O設(shè)備連接到一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備16，所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備16例如是HART 或現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，或者任意其它智能或非智能現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備，包括例如使用PROFIBUS 、WORLDFIP 、Device-Net 、AS-接口和CAN協(xié)議中 的任意一個(gè)的那些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。正如已知的，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備16可以向控制器14B提供與過(guò)程變量 以及其它設(shè)備信息相關(guān)的模擬或數(shù)字信息。操作員接口 14A可以存儲(chǔ)和執(zhí)行可由過(guò)程控制 操作員得到的、用于控制過(guò)程的運(yùn)行的工具17和19，包括例如控制優(yōu)化器、診斷專(zhuān)家、神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)和調(diào)定器等。更進(jìn)一步地，維護(hù)系統(tǒng)，例如執(zhí)行上述的AMS 套件上述智能設(shè)備管理器應(yīng)用和/ 或下述的監(jiān)控、診斷和通信應(yīng)用的計(jì)算機(jī)，可被連接到過(guò)程控制系統(tǒng)12和14或者連接到其 中的個(gè)別設(shè)備，以施行維護(hù)、監(jiān)控和診斷活動(dòng)。舉例來(lái)說(shuō)，維護(hù)計(jì)算機(jī)18可以經(jīng)由任意期望 的通信線(xiàn)路或網(wǎng)絡(luò)(包括無(wú)線(xiàn)或手持設(shè)備網(wǎng)絡(luò))連接到控制器12B和/或設(shè)備15，以與設(shè) 備15上的其它維護(hù)活動(dòng)進(jìn)行通信，并且在某些情況下重新配置或施行設(shè)備15上的其它維 護(hù)活動(dòng)。相似地，例如AMS 套件智能設(shè)備管理器應(yīng)用的維護(hù)應(yīng)用可以安裝在與分布式過(guò) 程控制系統(tǒng)14相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)接口 14A中并由其執(zhí)行，以施行包括與設(shè)備16的 運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)的數(shù)據(jù)收集的維護(hù)和監(jiān)控功能。過(guò)程工廠(chǎng)10也包括例如渦輪機(jī)和馬達(dá)等的各種旋轉(zhuǎn)設(shè)備20，其經(jīng)由某個(gè)永久或 臨時(shí)通信鏈路(例如總線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)或者連接到設(shè)備20以取得讀數(shù)并接著被移除的手 持設(shè)備)連接到維護(hù)計(jì)算機(jī)22。維護(hù)計(jì)算機(jī)22可以存儲(chǔ)和執(zhí)行許多監(jiān)控和診斷應(yīng)用23以 診斷、監(jiān)控和優(yōu)化旋轉(zhuǎn)設(shè)備20以及工廠(chǎng)中的其它設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，所述監(jiān)控和診斷應(yīng)用23 包括市場(chǎng)上可買(mǎi)到的應(yīng)用，例如由CSI(愛(ài)默生過(guò)程管理公司)提供的那些應(yīng)用、以及下述 應(yīng)用、模塊和工具。維護(hù)人員通常使用應(yīng)用23來(lái)維護(hù)和監(jiān)督工廠(chǎng)10中設(shè)備20的性能、確 定與旋轉(zhuǎn)設(shè)備20有關(guān)的問(wèn)題以及確定何時(shí)和是否必須修理或更換所述設(shè)備20。有時(shí)候，外 聘顧問(wèn)或服務(wù)組織可以暫時(shí)獲取或測(cè)量關(guān)于旋轉(zhuǎn)設(shè)備20的數(shù)據(jù)，并使用該數(shù)據(jù)來(lái)施行對(duì) 旋轉(zhuǎn)設(shè)備20的分析以發(fā)覺(jué)問(wèn)題、不良的性能或者影響旋轉(zhuǎn)設(shè)備20的其它問(wèn)題。這樣的話(huà)， 運(yùn)行這些分析的計(jì)算機(jī)不可經(jīng)由任意通信線(xiàn)路連接到系統(tǒng)10的其余部分或者可以只是暫 時(shí)地連接。相似地，具有與工廠(chǎng)10相關(guān)的發(fā)電與配電設(shè)備25的發(fā)電與配電系統(tǒng)24經(jīng)由例如 總線(xiàn)來(lái)連接到另一個(gè)計(jì)算機(jī)26，該計(jì)算機(jī)運(yùn)行并監(jiān)督工廠(chǎng)10中的發(fā)電與配電設(shè)備25的運(yùn) 行。計(jì)算機(jī)26可以執(zhí)行已知的像由例如Liebert和ASCO或其它公司提供的電力控制和診 斷應(yīng)用27，以控制和維護(hù)發(fā)電與配電設(shè)備25。此外，在很多情況下，外聘顧問(wèn)或服務(wù)組織可 以使用暫時(shí)獲取或測(cè)量關(guān)于設(shè)備25的數(shù)據(jù)并使用該數(shù)據(jù)來(lái)施行對(duì)設(shè)備25的分析的服務(wù)程 序，以發(fā)覺(jué)問(wèn)題、不良的性能或者影響設(shè)備25的其它問(wèn)題。這樣的話(huà)，運(yùn)行這些分析的計(jì)算 機(jī)(例如計(jì)算機(jī)26)不可經(jīng)由任意通信線(xiàn)路連接到系統(tǒng)10的其余部分或者可以只是暫時(shí) 地連接。
如圖1中所示，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)30可以實(shí)現(xiàn)熱回收優(yōu)化系統(tǒng)35的至少一部分，其實(shí)施 例將在下面進(jìn)行更詳細(xì)的描述。一般而言，熱回收優(yōu)化系統(tǒng)35可以與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15和16、控 制器12B和14B、旋轉(zhuǎn)設(shè)備20或其配套計(jì)算機(jī)22、發(fā)電設(shè)備25或其配套計(jì)算機(jī)26、以及過(guò) 程工廠(chǎng)10中的任意其它期望的裝置和設(shè)備進(jìn)行通信，以接收關(guān)于它們正在監(jiān)控的設(shè)備或 子系統(tǒng)的運(yùn)行的信息。特別地，熱回收優(yōu)化系統(tǒng)35可以和例如可在煉油廠(chǎng)中找到的、與一 個(gè)或多個(gè)換熱器或熱交換系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、控制器、傳感器以及任意其它期望的裝 置和設(shè)備進(jìn)行通信。熱回收優(yōu)化系統(tǒng)35可以經(jīng)由硬連線(xiàn)的總線(xiàn)45來(lái)通信連接到工廠(chǎng)10中 的至少一些計(jì)算機(jī)或設(shè)備中的每一個(gè)，或者可替換地，也可以經(jīng)由任意其它期望的通信連 接來(lái)進(jìn)行連接，所述通信連接包括，例如，無(wú)線(xiàn)連接、使用OPC的專(zhuān)用連接、以及例如依賴(lài)于 手持設(shè)備來(lái)收集數(shù)據(jù)的斷續(xù)連接等。同樣地，熱回收優(yōu)化系統(tǒng)35可以經(jīng)由LAN或例如因特 網(wǎng)、電話(huà)連接等的公用連接(在圖1中被舉例說(shuō)明為因特網(wǎng)連接46)來(lái)獲得關(guān)于過(guò)程工廠(chǎng) 10中的現(xiàn)場(chǎng)裝置和設(shè)備的數(shù)據(jù)，而此類(lèi)數(shù)據(jù)例如由第三方服務(wù)提供者收集。進(jìn)一步地，熱 回收優(yōu)化系統(tǒng)35可以通過(guò)各種技術(shù)和/或協(xié)議來(lái)通信耦合到工廠(chǎng)10中的計(jì)算機(jī)/設(shè)備， 所述技術(shù)和/或協(xié)議包括，例如，以太網(wǎng)、Modbus、HTML、XML、專(zhuān)有的技術(shù)/協(xié)議等。更進(jìn)一 步地，熱回收優(yōu)化系統(tǒng)35可以被實(shí)現(xiàn)為換熱器網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)或多個(gè)控制器，例如用于特定 換熱器的控制器，其中該控制器被通信耦合到工廠(chǎng)10中的計(jì)算機(jī)、設(shè)備和/或其它控制器。 因此，盡管此處描述了利用OPC來(lái)將熱回收優(yōu)化系統(tǒng)35通信耦合到工廠(chǎng)10中的計(jì)算機(jī)/ 設(shè)備的特定例子，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，也能使用將熱回收優(yōu)化系統(tǒng)35耦合到 工廠(chǎng)10中的計(jì)算機(jī)/設(shè)備的各種其它方法。典型煉油廠(chǎng)中的第一單元是類(lèi)似于圖2A-2C中所示的原油單元，其中原油被分餾 成例如石腦油(汽油)124、煤油126、柴油128、AGO(燃油)130以及殘留物(例如，潤(rùn)滑油 132、固體石臘134、浙青136等)等的初級(jí)產(chǎn)品。這在也可被稱(chēng)為管式爐、分餾塔或常壓 (以及有時(shí)為真空)分餾塔的蒸餾器122中實(shí)現(xiàn)。原油被加熱以便當(dāng)其進(jìn)入蒸餾器122時(shí) 進(jìn)行閃蒸。像任意蒸餾過(guò)程一樣，當(dāng)一些蒸汽被冷凝并被送回為瀑布式落入蒸餾器122的 回流時(shí)，潛熱被移除。上升的蒸汽(被閃蒸的原油)和落下的液體回流在蒸餾器122中混 合以產(chǎn)生發(fā)生于平衡級(jí)的范圍之上的產(chǎn)品分離。由于像汽油和煤油這樣的產(chǎn)品在塔的較高 處回收，所以補(bǔ)充的回流必須在下方被添加以使塔正確地運(yùn)行。泵唧循環(huán)(pumparoimds) 被用于移除顯熱和次冷卻被送回到塔中的液體以增加冷凝來(lái)產(chǎn)生補(bǔ)充的內(nèi)回流的。產(chǎn)品不 再是熱的而顯熱也能夠被回收。閃蒸原油所需的熱量被提供于裝料加熱器112中。通過(guò) 原油輸入線(xiàn)路114，原油被傳輸?shù)郊訜崞?12。燃料通過(guò)燃料輸入線(xiàn)路116被傳輸?shù)郊訜崞?112，而空氣通過(guò)空氣輸入線(xiàn)路118被傳輸?shù)郊訜崞?12。燃料和空氣在加熱器112中混合 并燃燒，而由燃燒生成的熱被部分地傳遞給原油。在加熱之后，原油通過(guò)運(yùn)輸線(xiàn)路120被傳 輸給蒸餾器122。通過(guò)在進(jìn)料進(jìn)入加熱器之前在進(jìn)料中回收盡可能多的過(guò)程熱量，能夠減 少所需的燃料，節(jié)省燃料費(fèi)用和與額外的燃料的燃燒相關(guān)的所產(chǎn)生的排放物。換熱器網(wǎng)絡(luò) 被基于設(shè)計(jì)情況來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)以最大化對(duì)回流冷凝器、泵唧循環(huán)交換器和產(chǎn)品冷卻器等的熱 回收。原油進(jìn)料通過(guò)復(fù)雜路徑中的這些各種換熱器或換熱器系統(tǒng)(標(biāo)注為E-I到E-7)來(lái) 發(fā)送，在所述路徑中，一些換熱器將并行運(yùn)行而一些將串行運(yùn)行(例如，E-5A到E-5I)。這 種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)例子示于圖2B中，具有以粗線(xiàn)表示的熱流以及以虛線(xiàn)表示的冷流。為了 設(shè)計(jì)的目的，選擇運(yùn)行流速和溫度并進(jìn)行折衷以提出經(jīng)濟(jì)合算的換熱器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。在現(xiàn)實(shí)中，考慮到原油成分、產(chǎn)品規(guī)格、環(huán)境條件、換熱器污垢及其它動(dòng)態(tài)因素方面的變化，過(guò)程處 于準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)條件下通常是巧合的和不可能的?？刂茊?wèn)題變成通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中不同的路徑來(lái)分 配進(jìn)料以從可用的過(guò)程熱量中最大化熱回收的一個(gè)問(wèn)題。由于變化的原油進(jìn)料品質(zhì)和變化的精煉產(chǎn)品需求而引入換熱系統(tǒng)的可變性給過(guò) 程控制和熱回收系統(tǒng)提出了額外的問(wèn)題。該可變性表現(xiàn)在可以用來(lái)預(yù)熱原油裝料的熱量 上。當(dāng)原油進(jìn)料和/或精煉產(chǎn)品變化時(shí)，過(guò)程控制系統(tǒng)必須穩(wěn)定換熱過(guò)程。這種可變性可 包括可以從餾出物中獲得的熱的變化量以及原油進(jìn)料的熱的變化系數(shù)。如果可能的話(huà)，過(guò) 程控制系統(tǒng)還應(yīng)該通過(guò)最大化原油進(jìn)料中的熱回收來(lái)優(yōu)化換熱過(guò)程。圖3舉例說(shuō)明圖1的示例性過(guò)程工廠(chǎng)10的一部分150，目的在于描述熱回收優(yōu)化 系統(tǒng)35可與示例性過(guò)程工廠(chǎng)10的一部分150中的換熱器164進(jìn)行通信的一種方式。雖然 圖3舉例說(shuō)明了在熱回收優(yōu)化系統(tǒng)35和換熱器164之間的通信，但應(yīng)了解，相似的通信能 夠發(fā)生在熱回收優(yōu)化系統(tǒng)35和與過(guò)程工廠(chǎng)10中的換熱器相關(guān)聯(lián)的其它裝置和設(shè)備之間， 所述其它裝置和設(shè)備包括圖1和/或2中舉例說(shuō)明的任意裝置和設(shè)備。此外，雖然此處提 供的例子可能涉及利用餾出物的熱的工藝液流來(lái)加熱原油流，但是熱回收最大化技術(shù)也可 應(yīng)用于冷卻液流以及各種類(lèi)型的工藝流體、固體或氣體。圖3中舉例說(shuō)明的過(guò)程工廠(chǎng)10的部分150包括具有一個(gè)或多個(gè)過(guò)程控制器160 的分布式過(guò)程控制系統(tǒng)154，所述過(guò)程控制器160通過(guò)輸入/輸出(I/O)卡或設(shè)備169和 170連接到一個(gè)或多個(gè)換熱器164，所述輸入/輸出(I/O)卡或設(shè)備169和170可以是符合 任意期望的通信或控制器協(xié)議的任意期望類(lèi)型的I/O設(shè)備。另外，換熱器164可以符合任 意期望的公開(kāi)的、專(zhuān)有的或其它的通信或編程協(xié)議，應(yīng)了解，I/O設(shè)備169和170應(yīng)該能兼 容由換熱器164使用的期望的協(xié)議。雖然未詳細(xì)示出，但換熱器164可包括任意數(shù)量的額 外的設(shè)備，包括但不限于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、HART 設(shè)備、傳感器、閥門(mén)、變送器、定位器等。在任何情況下，可由像配置工程師、過(guò)程控制操作員、維護(hù)人員、工廠(chǎng)經(jīng)理和管理 者等的工廠(chǎng)人員訪(fǎng)問(wèn)的一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)接口或計(jì)算機(jī)172和174(其可以是任意類(lèi)型的個(gè) 人計(jì)算機(jī)、工作站等)通過(guò)通信線(xiàn)路或總線(xiàn)176被耦合到過(guò)程控制器160，所述通信線(xiàn)路或 總線(xiàn)176可以利用任意期望的硬連線(xiàn)的或無(wú)線(xiàn)的通信結(jié)構(gòu)，以及利用像例如以太網(wǎng)協(xié)議這 樣的任意期望或適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，數(shù)據(jù)庫(kù)178可以連接到通信總線(xiàn)176以作 為數(shù)據(jù)歷史庫(kù)運(yùn)行，該數(shù)據(jù)歷史庫(kù)收集和存儲(chǔ)配置信息以及在線(xiàn)過(guò)程變量數(shù)據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)、 狀態(tài)數(shù)據(jù)、和與過(guò)程工廠(chǎng)10中的過(guò)程控制器160和換熱器164及其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的其 它數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)庫(kù)178可以作為配置數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行以存儲(chǔ)當(dāng)前的配置，包括過(guò)程配置模塊 以及下載到并存儲(chǔ)于過(guò)程控制器160和換熱器164的設(shè)備以及其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的關(guān)于過(guò)程 控制系統(tǒng)154的控制配置信息。同樣地，數(shù)據(jù)庫(kù)178可以存儲(chǔ)歷史優(yōu)化數(shù)據(jù)，包括由過(guò)程工 廠(chǎng)10中的換熱器164 (或者更具體地，換熱器164的設(shè)備)及其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備收集的統(tǒng)計(jì)和 傳感器數(shù)據(jù)、根據(jù)由換熱器164 (或者更具體地，換熱器164的設(shè)備)及其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備收集 的過(guò)程變量而確定的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、以及下面將描述的其它類(lèi)型的數(shù)據(jù)。雖然過(guò)程控制器160、1/0設(shè)備169和170以及換熱器164 —般位于并且分布在有 時(shí)惡劣的工廠(chǎng)環(huán)境范圍內(nèi)，但工作站172和174以及數(shù)據(jù)庫(kù)178通常位于容易由操作員和 維護(hù)人員等訪(fǎng)問(wèn)的控制室、維護(hù)室或者其它較不惡劣的環(huán)境中。盡管圖3中只示出了一個(gè) 換熱器164，但應(yīng)該理解，過(guò)程工廠(chǎng)10常常具有與例如圖1和/或2中所示出的各種其它類(lèi)型的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)在一起的多個(gè)換熱器164。此處描述的熱回收優(yōu)化技術(shù)同樣可以應(yīng)用于任意 數(shù)量的換熱器164。一般而言，過(guò)程控制器160可以存儲(chǔ)和執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)控制器應(yīng)用，所述控制器 應(yīng)用利用多個(gè)不同且獨(dú)立執(zhí)行的控制模塊或塊來(lái)實(shí)現(xiàn)控制策略?？刂颇K分別可以由通常 被稱(chēng)為功能塊的塊組成，其中每個(gè)功能塊是總體控制例程的一部分或子例程，并和其它功 能塊(通過(guò)被稱(chēng)作鏈接的通信)一起工作，以實(shí)現(xiàn)過(guò)程工廠(chǎng)10中的過(guò)程控制回路。眾所周 知，可以是面向?qū)ο缶幊虆f(xié)議中的對(duì)象的功能塊一般施行輸入功能、控制功能或輸出功能 中的一個(gè)。舉例來(lái)說(shuō)，輸入功能可以與變送器、傳感器或其它過(guò)程參數(shù)測(cè)量設(shè)備相關(guān)聯(lián)?？?制功能可以與施行PID、模糊邏輯或另一種類(lèi)型的控制的控制例程相關(guān)聯(lián)。此外，輸出功能 可以控制例如閥門(mén)的一些設(shè)備的運(yùn)行，以執(zhí)行過(guò)程工廠(chǎng)10中的一些物理功能。當(dāng)然，存在 混合及其它類(lèi)型的復(fù)合功能塊，例如模型預(yù)測(cè)控制器(MPCs)、優(yōu)化器等。應(yīng)該理解，雖然現(xiàn) 場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議和DeltaV 系統(tǒng)協(xié)議使用以面向?qū)ο缶幊虆f(xié)議設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的控制模塊和功能 塊，但控制模塊可以利用包括例如順序功能塊、梯形邏輯等的任意期望的控制編程方案來(lái) 進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且不局限于利用功能塊或任意其它特定的程序設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖3中所示，工作站174包括處理器174A、存儲(chǔ)器174B和顯示設(shè)備174C。存儲(chǔ) 器174B存儲(chǔ)熱回收優(yōu)化系統(tǒng)35，該系統(tǒng)可以以這樣的方式被實(shí)現(xiàn)為一種應(yīng)用，即該應(yīng)用能 夠在處理器174A上被實(shí)現(xiàn)，以通過(guò)顯示器174C (或者例如打印機(jī)的任意其它顯示設(shè)備)提 供信息給用戶(hù)。換熱器164和，特別地，連接到換熱器164的設(shè)備可以包括用于存儲(chǔ)例程的存儲(chǔ) 器(未示出)，所述例程例如是用于實(shí)現(xiàn)關(guān)于由傳感設(shè)備感知的一個(gè)或多個(gè)過(guò)程變量的統(tǒng) 計(jì)數(shù)據(jù)收集的例程和/或用于異常運(yùn)行檢測(cè)的例程，其將在下面進(jìn)行描述。一個(gè)或多個(gè)換 熱器164和/或特別是一些或所有其設(shè)備中的每一個(gè)也可以包括執(zhí)行例程的處理器(未示 出)，所述例程例如是用于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)和傳感數(shù)據(jù)收集的例程和/或用于熱回收最大化或優(yōu) 化的例程。統(tǒng)計(jì)和傳感數(shù)據(jù)收集和/或熱回收最大化不必由軟件實(shí)現(xiàn)。更確切些，本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，這些系統(tǒng)可以由一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和/或其它設(shè)備中的軟件、 固件、和/或硬件的任意組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖3中所示，換熱器164的設(shè)備和/或換熱器164本身(以及工廠(chǎng)10中可能的 一些或所有換熱器)包括將在下面更詳細(xì)描述的一個(gè)或多個(gè)熱回收最大化塊180。雖然圖 3的塊180被示為位于換熱器164中，但該塊或相似的塊可以作為一個(gè)整體特定于所述換熱 器網(wǎng)絡(luò)，其中換熱器網(wǎng)絡(luò)還包括例如被可操作的耦合到熱回收最大化塊180的傳感器和控 制閥的元件。進(jìn)一步地，熱回收最大化塊180能夠位于許多換熱器164中，或者在工廠(chǎng)10 中的各種其它設(shè)備和裝置中，在例如控制器160、I/O設(shè)備169和170或圖1中所示的任意 設(shè)備的其它設(shè)備中。另外，如果工廠(chǎng)10或工廠(chǎng)的一部分150包括多于一個(gè)的換熱器164，則 塊180能夠在換熱器164的任意子集中，例如在換熱器164的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備(例如，溫度 傳感器、溫度變送器等)中。一般而言，塊180或塊180的子元件從它們所位于的設(shè)備和/或從其它設(shè)備中收 集例如過(guò)程變量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，塊180可以從換熱器164中的例如溫度傳感器、溫 度變送器或其它設(shè)備的設(shè)備中收集入口原始流體溫度變量和出口原始流體溫度變量，或者 可以從設(shè)備的溫度測(cè)量中確定入口和出口溫度變量。塊180也從換熱器164中的例如流速傳感器、流速變送器或其它設(shè)備的設(shè)備中收集流速變量，或者從設(shè)備的流速測(cè)量中確定入 口和出口流速變量。塊180可以被包括在換熱器164中，并可以通過(guò)閥門(mén)、傳感器、變送器 或任意其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來(lái)收集數(shù)據(jù)。另外，塊180或塊的子元件可以處理變量數(shù)據(jù)，并為了任 意數(shù)目的理由對(duì)數(shù)據(jù)施行分析。舉例來(lái)說(shuō)，被示為與換熱器164相關(guān)聯(lián)的塊180可以具有 對(duì)換熱器164的若干過(guò)程變量進(jìn)行分析的優(yōu)化例程182，如下面所進(jìn)一步解釋的。參考圖4，熱回收最大化塊180可以監(jiān)控?fù)Q熱器164，以檢查熱最大化/優(yōu)化是否 正在實(shí)現(xiàn)。雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解此處描述的技術(shù)可以與各種換熱器類(lèi)型一起使用， 但為了在本公開(kāi)中描述所述技術(shù)，所提供的例子涉及殼管式類(lèi)型的換熱器164。殼管式類(lèi)型 的換熱器164可以包括殼部分270和管部分274。殼部分270可以包括入口 278、出口 284 和多個(gè)折流板286。管部分274可以包括入口 290、出口 294和被殼部分270環(huán)繞的多個(gè)管 298。在運(yùn)行中，冷流體通過(guò)入口 278進(jìn)入殼部分270，環(huán)繞管298，圍繞折流板286流動(dòng)以 造成湍流202，并繼續(xù)至出口 284。同時(shí)，熱流體進(jìn)入入口 290，流過(guò)管298，其中湍流的冷水 吸收所述流體的熱，然后熱流體繼續(xù)至出口 294。因此，換熱器164降低熱流體的溫度。當(dāng) 然，處理可以是逆向的，借此冷流體進(jìn)入入口 290而熱流體進(jìn)入入口 278。入口 278、290和 出口 292、294也可以包括任意數(shù)量的用于在換熱器164的運(yùn)行期間測(cè)量和控制流體溫度、 流動(dòng)壓力、流速及其它度量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(未示出)、控制器(未示出)、閥門(mén)206、泵210或其 它設(shè)備。應(yīng)該理解，術(shù)語(yǔ)“熱”和“冷”被用來(lái)在這兩個(gè)流之間進(jìn)行區(qū)分，而并不是一定描述 這兩個(gè)流的溫度。舉例來(lái)說(shuō)，在將原油提供給換熱器以熱透冷的工藝流(process stream) 的情況下，理解在換熱器的冷的工藝流的出口處，原油的溫度不“冷”。同樣地，在冷卻熱的 工藝流的反向換熱器中，在換熱器的熱的工藝流的出口處，餾出物的溫度不一定是“熱”的。在典型的換熱器應(yīng)用中，若干測(cè)量可供使用。換熱器164測(cè)量的一些例子是冷流 體流速(F。)、冷流體入口溫度(T。, in)、冷流體出口溫度(T。,。ut)、冷流體入口壓力(P。,in)、冷 流體出口壓力(P。,。ut)、熱流體流速(Fh)、熱流體入口溫度(Th, in)、熱流體出口溫度(Th,。ut)、 熱流體入口壓力(Ph, in)和熱流體出口壓力(Ph,。ut)。一些換熱器164僅可以記錄這些測(cè)量 中的幾個(gè)，而其它的可以修改所述測(cè)量。被修改的測(cè)量的一個(gè)例子可以是只包括對(duì)溫差的 單個(gè)測(cè)量而不是分別測(cè)量入口和出口溫度。然而，對(duì)于此處描述的熱回收最大化技術(shù)，每一 換熱器只需要記錄一個(gè)測(cè)量(即，冷流體出口溫度)，并且在換熱器串行位于相同的路徑中 的情況下，只需要測(cè)量所述路徑(通常為路徑中最后的換熱器)的出口溫度。換熱器164中的熱回收最大化可以包括如上所述的一些或所有測(cè)量。熱回收最大 化的一個(gè)方法可以包括監(jiān)控溫差。溫差可以由(1)橫跨換熱器以直接測(cè)量溫差(ΔΤ)的溫 差變送器或者(2)測(cè)量在換熱器或換熱器路徑上的入口溫度Tin和出口溫度T。ut的絕對(duì)溫 度變送器來(lái)進(jìn)行測(cè)量。因此，Δ T = Tin-Tout(公式 1)進(jìn)一步地，ΔΤ可以允許熱回收最大化塊180在換熱器164或換熱器路徑的熱和冷 兩端測(cè)量和檢測(cè)Tin和T。ut值。這些溫度測(cè)量的例子被示于圖2C中，其中溫度傳感器/變 送器(標(biāo)注為T(mén)Ol到T17)被提供于每個(gè)換熱器的輸出處。熱回收最大化的另一個(gè)方法可以包括監(jiān)控傳熱或熱回收(Q)。換熱器中的熱回收 (Q)可以利用在熱端或冷端上的測(cè)量通過(guò)顯式公式進(jìn)行計(jì)算Q = mc · Cc · Δ Tc = mh · Ch · Δ Th (公式 2)
這里m。和mh是冷和熱流體的質(zhì)量-流速，Cc和Ch是冷和熱流體的比熱容(其在 一小范圍上假定為恒定的)，ΔΤ。和Δ Th是冷和熱流體的溫差，且ΔΤ。= Tgut-Td1^n ATh =Th,in-Th,。ut。C。和Ch(Cp)在短的時(shí)間段內(nèi)通常是恒定的，并且對(duì)于給定的應(yīng)用，項(xiàng)C。和Ch 可以被認(rèn)為是恒定的。熱回收最大化也可以利用對(duì)數(shù)平均溫差(LMTD)和換熱器的屬性來(lái)進(jìn)行計(jì)算。Q = U · A · LMTD(公式 3)其中U是平均傳熱系數(shù)，A是換熱器的傳熱表面面積，LMTD是對(duì)數(shù)平均溫差，其被 定義為
權(quán)利要求
1.一種用于過(guò)程控制系統(tǒng)的換熱器網(wǎng)絡(luò)中的熱回收最大化的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)收集工具，其適于在換熱器的運(yùn)行期間從多個(gè)換熱器中收集在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)，其中 所述多個(gè)換熱器包括具有多個(gè)并行路徑的換熱器的網(wǎng)絡(luò)，以及其中所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)產(chǎn)生 于所述多個(gè)并行路徑中的冷的工藝流的出口溫度，每個(gè)出口溫度與經(jīng)過(guò)各個(gè)路徑中的一個(gè) 或多個(gè)換熱器的冷的工藝流的溫度有關(guān)；熱回收優(yōu)化模塊，其被配置為基于所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)制定一組流的流速目標(biāo)值，其 中所述流的流速目標(biāo)值包括通過(guò)每個(gè)換熱器以均衡所述冷的工藝流的出口溫度中的每一 個(gè)的熱的工藝流及冷的工藝流的預(yù)期流速；以及控制模塊，其被可操作地耦合到所述熱回收優(yōu)化模塊，其中所述控制模塊被配置為，基 于從所述熱回收優(yōu)化模塊提供給所述控制模塊的該組流的流速目標(biāo)值來(lái)控制所述換熱器 網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)冷的工藝流流量控制閥和所述換熱器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)熱的工藝流流 量控制閥中的至少一個(gè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述冷的工藝流的出口溫度的均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱回收最大化的系統(tǒng)，其中所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)包括不同 的冷的工藝流的出口溫度的測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱回收最大化的系統(tǒng)，其中所述熱回收優(yōu)化模塊被配置 為基于所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)確定所述出口溫度中的每一個(gè)之間的溫差、以及基于所述溫差 來(lái)制定所述一組流的流速目標(biāo)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱回收最大化的系統(tǒng)，其中所述熱回收優(yōu)化模塊被配置為基于所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)制定適用于所有換熱器 的冷的工藝流的出口溫度的目標(biāo)值，其中所述冷的工藝流的出口溫度的目標(biāo)值包括在所述 并行路徑中的每一個(gè)之間的預(yù)期的均衡的冷的工藝流的出口溫度，以及其中所述熱回收優(yōu)化模塊被配置為制定適用于每個(gè)換熱器的流的流速目標(biāo)值，所述制 定基于在所述冷的工藝流的出口溫度的目標(biāo)值和適用于所述換熱器的流的流速目標(biāo)值之 間的關(guān)系，其中所述關(guān)系被表達(dá)為Cp · Q/(TOUt,t - Tin )=m其中Q =所述換熱器的熱回收，m=適用于所述換熱器的所述流的流速目標(biāo)值，Cp =所述換熱器的熱容量，Tout,t =所述冷的工藝流的出口溫度的目標(biāo)值，以及Tin =所述冷的工藝流的入口溫度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于熱回收最大化的系統(tǒng)，其中Cp是恒定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱回收最大化的系統(tǒng)，其中所述流的流速目標(biāo)值是由所 述冷的工藝流的流速和所述熱的工藝流的流速組成的組、所述冷的工藝流的入口溫度、所 述冷的工藝流的出口溫度、所述熱的工藝流的入口溫度和所述熱的工藝流的出口溫度中的 一項(xiàng)或多項(xiàng)的函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱回收最大化的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為將每個(gè)流的流速目標(biāo)值與由預(yù)定的最低流速值和預(yù)定的最高流速值限定的流的流速值范圍進(jìn)行比較，其中所述預(yù)定的最低和最高流速值與防止損壞 所述換熱器的約束條件限制有關(guān)，以及其中所述控制器被配置為調(diào)整每個(gè)流的流速目標(biāo)值以將所述流的流速保持在所述流 的流速值范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱回收最大化的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為漸增地 調(diào)整每個(gè)換熱器的一個(gè)或多個(gè)流量控制閥，以實(shí)現(xiàn)適用于所述換熱器的流的流速目標(biāo)值而 無(wú)控制器引起的振蕩。
9.一種優(yōu)化過(guò)程控制系統(tǒng)中的熱回收的方法，所述方法包括在換熱器的運(yùn)行期間從多個(gè)換熱器中收集在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)，其中所述多個(gè)換熱器包括具 有多個(gè)并行路徑的換熱器的網(wǎng)絡(luò)，以及其中所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)產(chǎn)生于所述多個(gè)并行路徑中 的冷的工藝流的出口溫度，每個(gè)出口溫度與經(jīng)過(guò)各個(gè)路徑中的一個(gè)或多個(gè)換熱器的冷的工 藝流的溫度有關(guān)；基于所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)制定一組流的流速目標(biāo)值，其中所述流的流速目標(biāo)值包括通 過(guò)每個(gè)換熱器以均衡所述冷的工藝流的出口溫度中的每一個(gè)的所述熱的工藝流及冷的工 藝流的預(yù)期流速；以及基于從所述熱回收優(yōu)化模塊提供給所述控制模塊的所述一組流的流速目標(biāo)值來(lái)控制 所述換熱器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)冷的工藝流流量控制閥和所述換熱器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)熱 的工藝流的流量控制閥中的至少一個(gè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述冷的工藝流的出口溫度的均衡。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的優(yōu)化熱回收的方法，其中從多個(gè)換熱器中收集在線(xiàn)過(guò)程數(shù) 據(jù)包括收集不同的冷的工藝流的出口溫度的測(cè)量。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的優(yōu)化熱回收的方法，其中制定一組流的流速目標(biāo)值包括 基于所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)確定所述出口溫度中的每一個(gè)之間的溫差；以及 基于所述溫差來(lái)制定所述一組流的流速目標(biāo)值。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的優(yōu)化熱回收的方法，其中制定一組流的流速目標(biāo)值包括 基于所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)制定適用于所有換熱器的冷的工藝流的出口溫度的目標(biāo)值，其中所述冷的工藝流的出口溫度的目標(biāo)值包括在所述并行路徑中的每一個(gè)之間的預(yù)期的 均衡的冷的工藝流的出口溫度，以及制定適用于每個(gè)換熱器的流的流速目標(biāo)值，所述制定基于在所述冷的工藝流的出口溫 度的目標(biāo)值和適用于所述換熱器的流的流速目標(biāo)值之間的關(guān)系，其中所述關(guān)系被表達(dá)為
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的優(yōu)化熱回收的方法，其中Cp是恒定的。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的優(yōu)化熱回收的方法，其中所述流的流速目標(biāo)值是由所述冷的工藝流的流速和熱的工藝流的流速組成的組、所述冷的工藝流的入口溫度、所述冷的工 藝流的出口溫度、所述熱的工藝流的入口溫度和所述熱的工藝流的出口溫度中的一項(xiàng)或多 項(xiàng)的函數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的優(yōu)化熱回收的方法，其中控制所述換熱器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多 個(gè)冷的工藝流流量控制閥和所述換熱器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)熱的工藝流流量控制閥中的至 少一個(gè)包括將每個(gè)流的流速目標(biāo)值與由預(yù)定的最低流速值和預(yù)定的最高流速值限定的流的流速 值范圍進(jìn)行比較，其中所述預(yù)定的最低和最高流速值與防止損壞所述換熱器的約束條件限 制有關(guān)；以及調(diào)整每個(gè)流的流速目標(biāo)值以將所述流的流速保持在所述流的流速值范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的優(yōu)化熱回收的方法，控制所述換熱器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)冷 的工藝流流量控制閥和所述換熱器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)熱的工藝流流量控制閥中的至少一 個(gè)包括漸增地調(diào)整每個(gè)換熱器的一個(gè)或多個(gè)流量控制閥，以實(shí)現(xiàn)適用于所述換熱器的流 的流速目標(biāo)值而無(wú)控制器弓I起的振蕩。
17.一種多并行路徑換熱器系統(tǒng)，包括 冷的工藝流的入口；多個(gè)換熱器路徑，其被可操作地耦合到所述冷的工藝流的入口，每個(gè)換熱器路徑包括 一個(gè)或多個(gè)換熱器，并且每個(gè)換熱器路徑被配置為沿著與所述多個(gè)換熱器路徑中的另一個(gè) 換熱器路徑的管道獨(dú)立且并行的管道來(lái)接收冷的工藝流，其中所述冷的工藝流的入口包括 為每個(gè)管道所共有的冷的工藝流的入口；冷的工藝流的流量控制閥，其被可操作地耦合到所述多個(gè)管道中的每一個(gè)管道，其中 每個(gè)冷的工藝流的流量控制閥控制通過(guò)各個(gè)換熱器路徑的冷的工藝流的流速；熱的工藝流的流量控制閥，其被可操作地耦合到每個(gè)換熱器路徑，其中每個(gè)熱的工藝 流的流量控制閥控制經(jīng)過(guò)各個(gè)換熱器路徑的熱的工藝流的流速；溫度傳感設(shè)備，其被可操作地耦合到每個(gè)換熱器路徑的出口，其中所述溫度傳感設(shè)備 測(cè)量經(jīng)過(guò)所述換熱器路徑的冷的工藝流的溫度；以及控制器，其被可操作地耦合到每個(gè)溫度傳感設(shè)備、每個(gè)冷的工藝流流量控制閥和每個(gè) 熱的工藝流流量控制閥，其中所述控制器調(diào)整每個(gè)冷的工藝流流量控制閥和每個(gè)熱的工藝 流流量控制閥，以均衡經(jīng)過(guò)所述多個(gè)換熱器路徑的冷的工藝流的溫度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的多并行路徑換熱器系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為 收集與所述多個(gè)換熱器路徑中的所述冷的工藝流的出口溫度相關(guān)的在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)， 基于所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)制定一組流的流速目標(biāo)值，其中所述流的流速目標(biāo)值包括通過(guò)每個(gè)換熱器以均衡所述冷的工藝流的出口溫度中的每一個(gè)的所述熱的工藝流及冷的工 藝流的預(yù)期流速；以及基于所述一組流的流速目標(biāo)值來(lái)調(diào)整每個(gè)冷的工藝流的流量控制閥和每個(gè)熱的工藝 流的流量控制閥，以均衡經(jīng)過(guò)所述多個(gè)換熱器路徑的冷的工藝流的溫度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的多并行路徑換熱器系統(tǒng)，其中所述流的流速目標(biāo)值是由所 述冷的工藝流的流速和熱的工藝流的流速組成的組、所述冷的工藝流的入口溫度、所述冷 的工藝流的出口溫度、所述熱的工藝流的入口溫度和所述熱的工藝流的出口溫度中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的函數(shù)。
20.一種具有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令用于優(yōu)化 在過(guò)程控制系統(tǒng)的多并行路徑換熱器系統(tǒng)中的熱回收，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令包括用于以 下操作的指令在換熱器的運(yùn)行期間從多個(gè)換熱器中收集在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)，其中所述多個(gè)換熱器包括具 有多個(gè)并行路徑的換熱器的網(wǎng)絡(luò)，以及其中所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)產(chǎn)生于所述多個(gè)并行路徑中 的冷的工藝流的出口溫度，每個(gè)出口溫度與經(jīng)過(guò)各個(gè)路徑中的一個(gè)或多個(gè)換熱器的冷的工 藝流的溫度有關(guān)；基于所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)制定一組流的流速目標(biāo)值，其中所述流的流速目標(biāo)值包括通 過(guò)每個(gè)換熱器以均衡所述冷的工藝流的出口溫度中的每一個(gè)的所述熱的工藝流及冷的工 藝流的預(yù)期流速；以及基于從所述熱回收優(yōu)化模塊提供給所述控制模塊的所述一組流的流速目標(biāo)值來(lái)控制 所述換熱器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)冷的工藝流流量控制閥和所述換熱器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)熱 的工藝流流量控制閥中的至少一個(gè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述冷的工藝流的出口溫度的均衡。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的具有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中用于從多 個(gè)換熱器中收集在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)的指令包括用于收集不同的冷的工藝流的出口溫度的測(cè)量 的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的具有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中用于制定 一組流的流速目標(biāo)值的指令包括用于以下操作的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令基于所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)確定所述出口溫度中的每一個(gè)之間的溫差；以及基于所述溫差來(lái)制定所述一組流的流速目標(biāo)值。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的具有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中用于制定 一組流的流速目標(biāo)值的指令包括用于將一組流的流速目標(biāo)值制定為由所述冷的工藝流的 流速和熱的工藝流的流速組成的組、所述冷的工藝流的入口溫度、所述冷的工藝流的出口 溫度、所述熱的工藝流的入口溫度和所述熱的工藝流的出口溫度中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的函數(shù)的 計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的具有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中用于控制 所述換熱器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)冷的工藝流流量控制閥和所述換熱器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)熱 的工藝流流量控制閥中的至少一個(gè)的指令包括用于漸增地調(diào)整每個(gè)換熱器的一個(gè)或多個(gè) 流量控制閥以實(shí)現(xiàn)適用于所述換熱器的工藝流的流速目標(biāo)值而無(wú)控制器引起的振蕩的計(jì) 算機(jī)可執(zhí)行指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及過(guò)程工廠(chǎng)中的換熱器網(wǎng)絡(luò)熱回收優(yōu)化，公開(kāi)了一種用于最大化在換熱器網(wǎng)絡(luò)中的熱回收的方法和系統(tǒng)，包括從具有多個(gè)并行路徑的換熱器的網(wǎng)絡(luò)中收集在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)。所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)生成于所述路徑中的冷的工藝流的出口溫度。基于所述在線(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生流的流速目標(biāo)值，并且所述流的流速目標(biāo)值包括通過(guò)每個(gè)換熱器以均衡每個(gè)冷的工藝流的出口溫度的預(yù)期流速?；诹魉倌繕?biāo)值來(lái)控制所述換熱器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)冷的工藝流流量控制閥和所述換熱器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)工藝流的流量控制閥，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述冷的工藝流的出口溫度的均衡。
文檔編號(hào)F28F7/02GK102003909SQ20101026913
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者L·W·希夫納三世 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾-羅斯蒙特系統(tǒng)公司