“双碳”背景下炼化企业低碳运营路径探讨

剖析典型炼化企业的碳排放特征,探讨炼化企业的低碳运营路径,并对未来炼厂的发展趋势进行展望。提出炼化企业可以通过提升氢效、炉效,降低生产过程碳排放,通过运营决策优化,不断挖掘碳分子价值,通过“去油增化”、差异发展,不断提升市场竞争力。探讨了以安全可靠、高效协同、灵活低碳为主要特征的未来炼厂发展趋势,以期为炼化企业的低碳发展提供参考和借鉴。

基于非逆流传热的热交换网络系统的3E优化

考虑非逆流传热对换热设备传热温差、壳数和面积的影响,对包含非逆流换热设备的热交换网络系统进行优化设计。基于非等温混合分流分级超结构,采用能源、经济和环境(3E)综合评价指标,引入温差修正系数,建立了热交换网络多目标混合整数非线性规划(MO-MINLP)模型,并基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)提出了系统性的求解策略和求解方法。应用案例研究表明,涉及非逆流传热的热交换网络,其优化设计结果与基于纯逆流换热假设的设计结果有很大区别,且仅对基于纯逆流换热假设的设计结果进行修正并不能得到最优解,必须在建模中考虑温差修正效应的影响,从而保证设计结果的优化性、可靠性和实用性;3E评价反映了热交换网络系统在经济、能耗和环境影响之间的权衡和约束关系,使系统的设计更加实际,同时多目标的优化方法不但可以获得与单目标经济优化相当的最经济的结果,而且提供了多样性的优化解集供选择,提高了设计的灵活性,可以满足不同的设计需求。

基于实际热负荷分布的换热网络优化改造

采用非等温混合分流分级超结构,建立了基于实际热负荷分布的换热网络改造模型,以由改造费用和运行费用组成的年度化总成本为目标,并采用遗传算法进行求解。改造费用涉及现有换热器增加换热面积、配置新换热器、重新布置管道以及移动现有换热设备所产生的费用,充分考虑了原有换热网络经改造后结构的变化所引起的改造成本。在回用原有换热设备后,根据设备实际面积来计算换热网络的热负荷分布和温度分布,即基于实际热负荷分布对换热网络进行改造。案例研究表明,改造后的换热网络结构具有良好的节能效益,合理地再利用了原网络中的旧换热设备,并以较少的改造成本实现了较高的能量回收,投资回报期仅为0.43年,验证了所提改造方法的有效性和实用性。

基于面积再分配和遗传算法的换热网络改造

在过程工业中,现存的许多换热网络由于结构和工艺的不合理,存在较大的能量回收潜力,使得许多换热网络有改造的需要。本文结合了分级超结构模型和换热器再分配策略,并对现有换热器再分配策略做了进一步改进,充分利用现有换热器,而当再利用现有换热器时,对比新增面积费用和新增换热器费用的大小,选择较小的方案,使相同的改造效果下的投资费用最小化。基于分级超结构模型,建立了换热网络优化改造的MINLP数学模型,充分考虑改造后节省的公用工程、原有换热器增加面积的投资费用、新增换热器的投资费用;基于遗传算法求解得到优化改造的换热网络。案例研究表明,改造所得到的换热网络与原换热网络相比,公用工程费用的降幅超过60%,改造收益为1.49×10~7$/a;年度总费用为1.290×10~7$/a,比相关文献低31.2%和9.2%,公用工程费用也比文献节省了42.4%和17.0%,实现了更优的改造效果。

炼化企业公用工程智能管控平台开发与应用

针对炼化企业公用工程系统的运行现状和存在的问题,开发了公用工程智能管控平台。该平台基于化验分析数据,构建低压瓦斯排放量测算模型,实现对低压瓦斯排放量的测算。同时,采用管网模拟手段,实现了管网中任意管段介质流速、压降、温降、燃料气热值、持液率等重要参数的软测量。通过构建反向传播(BP)神经网络模型,预测未来一段时间内生产装置公用工程的产耗量。以未来时间段内各生产装置公用工程的产耗预测数据为基础,以生产运行成本最低为目标,建立平衡调度优化模型,采用非线性规划算法进行寻优求解,实现公用工程的优化调度。该平台系统通过构建实时监控、统计分析、绩效考核、管网模拟、产耗预测和调度优化等功能模块,实时监控公用工程从生产、存储、输送到回收消耗的全过程,减少了低压瓦斯的异常排放,提高了公用工程的资源利用率,为炼化企业的节能环保、挖潜增效发展战略提供强有力的支撑。