【正文】 .......................................... 19 生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備需求分析 ..................................................................................... 20 生產(chǎn)系統(tǒng)安全需求分析 ..................................................................................... 25 生產(chǎn)系統(tǒng)對管理機(jī)構(gòu)需求分析 ......................................................................... 25 生產(chǎn)系統(tǒng)對外部公用供應(yīng)的需求分析 ................................................................ 27 海龍公司現(xiàn)有公用工程配置分析 ........................................................................ 28 現(xiàn)有各冷東站設(shè)備配置分析 ............................................................................. 28 現(xiàn)有各冷東站制冷系統(tǒng)配置分析 ..................................................................... 31 4 海龍公司公用工程制冷系統(tǒng)優(yōu)化方案最佳優(yōu)選方案的選擇分析 . 33 備選方案介紹 ........................................................................................................ 33 夏季生產(chǎn)制冷系統(tǒng)優(yōu)化備選方案的選擇分析 ................................................. 33 冬季生產(chǎn)制冷系統(tǒng)優(yōu)化備選方案的選擇分析 ................................................. 39 制冷系統(tǒng)優(yōu)化的原則 ............................................................................................ 43 制冷系統(tǒng)優(yōu)化的原則 ......................................................................................... 43 經(jīng)驗(yàn)規(guī)則法在本公司制冷系統(tǒng)優(yōu)化配置和優(yōu)化設(shè)計(jì)中的運(yùn)用 ..................... 46 項(xiàng)目影響因子的確定 ............................................................................................ 46 項(xiàng)目影響因子的確定方法 ................................................................................. 46 山東海龍公司公用工程優(yōu)化項(xiàng)目影響因子的確定 ......................................... 46 最佳優(yōu)選方案分析 ................................................................................................ 46 2 夏季生產(chǎn)最佳優(yōu)選方案分析 ............................................................................. 46 冬季生產(chǎn)最佳優(yōu)選方案分析 ............................................................................. 48 優(yōu)化結(jié)果分析 ........................................................................................................ 50 最佳優(yōu)化方案實(shí)施保證 ........................................................................................ 51 項(xiàng)目的進(jìn)度安排 ................................................................................................. 51 項(xiàng)目的人員整合培訓(xùn) ......................................................................................... 51 與現(xiàn)有系統(tǒng)的結(jié)合 ............................................................................................. 52 5 系統(tǒng)優(yōu)化方案結(jié)論與展望 ................................ 52 系統(tǒng)優(yōu)化方案結(jié)論 ................................................................................................ 52 系統(tǒng)優(yōu)化方案展望 ................................................................................................ 53 .參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 54 攻讀工程碩士期間所發(fā)表的文章 ............................ 56 致謝 ................................................... 57 海龍公司制冷系統(tǒng)優(yōu)化改造方案選擇研究 1 1 導(dǎo) 論 公用工程系統(tǒng)項(xiàng)目優(yōu)化的 意義 和目的 在經(jīng)濟(jì)全球化的浪潮中，能源是經(jīng)濟(jì)社會進(jìn)步的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。而我國能源供應(yīng)長期不足，嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。解決能源短缺的戰(zhàn)略問題必須下大力氣節(jié)約能源，提高資源的利用率。目前，我國主要礦產(chǎn)資源人均占有量不足世界平均水平的一半，我國人均用電量只有 1038kwh，僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家的十分之一。這就要求我們必須開展能源節(jié)約與資源綜合利用。 改革開放 30 年來 ，在國家關(guān)于“能源開發(fā)與節(jié)約并舉 ，把節(jié)約放在首位”的方針指導(dǎo)下，我國節(jié)能工作取得了顯著成績。但是，由于技術(shù)落后，能源利用效率低下，需求增長過快，供需矛盾加劇，逐步制約國民經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定的發(fā)展。據(jù)國家提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， 2020每生產(chǎn) 1個單位的鋼鐵，中國比美國要多耗費(fèi) 10%的能源，中國電站與美國比，發(fā)一度電要多浪費(fèi)五分之一的能源。中國能源研究理事會長、煤炭工業(yè)協(xié)會會長、工程院院士范維唐說：“我國能源利用效率目前仍然很低，比已發(fā)達(dá)國家為主要成員的經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（ OECD）國家落后 20 年，相差 10個百分點(diǎn)；能源消費(fèi)強(qiáng)度大大高于發(fā)達(dá)國家及世界平均水 平，約為美國的 3 倍、 OECD 國家平均值的 倍、日本的 ?！? 為了能成功應(yīng)對國內(nèi)外挑戰(zhàn)，順利實(shí)現(xiàn)“十一五”規(guī)劃和全面建設(shè)小康社會目標(biāo)，必須高度重視和大力開展節(jié)能工作，大幅度提高能源利用效率，保障我國經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。如何提高能源有效利用率是擺在我們面前的一個重要而艱巨的問題。在節(jié)能降耗的工作中企業(yè)是節(jié)能的主體。其中又以過程工業(yè)為代表，它是所有涉及物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的工業(yè)部門的總稱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國各種過程工業(yè)的總產(chǎn)值占 GDP 的 60%以上 [1]，涉及能源轉(zhuǎn)化、資源利用和環(huán)境保護(hù)，不僅包括國民經(jīng)濟(jì)的一些支柱產(chǎn) 業(yè)，如：石油、化工、冶金、能源、材料、食品等，而且也是一些高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，如：生物、醫(yī)藥、微電子、納米材料等。因此，過程工業(yè)的發(fā)展水平體現(xiàn)了一個國家的綜合國力，在某種程度上是一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志 。 典型的粘膠化工過程系統(tǒng)可以分為工藝過程、換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程三個子系海龍公司制冷系統(tǒng)優(yōu)化改造方案選擇研究 2 統(tǒng)。以山東海龍股份有限公司為例，它是以生產(chǎn)粘膠纖維產(chǎn)品為主。工藝過程包括：以棉漿粕為原料制取粘膠的原液工序；把粘膠成型、烘干、包裝的紡練工序；為紡練工序提供粘膠成型用酸浴的酸站工序。各工序又以公用工程系統(tǒng)為紐帶進(jìn)行相互連結(jié)。在各工序中又各 自配備有各種不同規(guī)格的換熱設(shè)備。公用工程系統(tǒng)向各工序提供所需的電力、熱能、工藝蒸汽、各種冷凍水、優(yōu)質(zhì)水、循環(huán)冷卻水等公用工程，并與過程系統(tǒng)和換熱網(wǎng)絡(luò)有并與過程系統(tǒng)和換熱網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合，吸收工藝過程中的余熱或是穩(wěn)定物料反應(yīng)的溫度。在粘膠制備的裝置中，各種冷凍水往往是維持化學(xué)反應(yīng)工藝過程參數(shù)穩(wěn)定的重要介質(zhì)，它又是通過換熱裝置把工藝過程中產(chǎn)生的各種廢氣回收下來，減少生產(chǎn)對環(huán)境污染的唯一經(jīng)濟(jì)可靠的載體 。 另一方面，公用工程系統(tǒng)不僅要面向過程系統(tǒng)提供所需要的各種能源，其本身也是過程工業(yè)中的耗能大戶，它的優(yōu)化設(shè)計(jì)和節(jié)能改 造具有很大的節(jié)能潛力，因而面對全局系統(tǒng)的能量利用率和經(jīng)濟(jì)性具有重要影響。特別是近幾年，隨著能源和原材料的不斷漲價，其成本也在快速增長，現(xiàn)在粘膠纖維企業(yè)中，公用工程的能源消耗已經(jīng)占總成本的 30%~38%。對于公用工程系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理的利用能源，降低生產(chǎn)成本，己成為整個粘膠工業(yè)乃至整個化學(xué)工業(yè)的緊迫任務(wù)。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代化工過程工業(yè)裝置日趨大型化和聯(lián)合生產(chǎn)化。特別是在能源緊張，原材料短缺和環(huán)境污染日益加劇的情況下，從能量轉(zhuǎn)化和利用的角度分析，復(fù)雜系統(tǒng)的用能優(yōu)化，不能簡單著眼于局部環(huán)節(jié)與單臺設(shè)備的用能效率， 因?yàn)榫植績?yōu)化決不等于全局優(yōu)化。以制冷裝置為例，單純簡單地提高單臺制冷機(jī)組的制冷能力對于整個供冷網(wǎng)絡(luò)效果不是很明顯，要提高整個供冷網(wǎng)絡(luò)的整體效率必須著眼于各制冷子系統(tǒng)中設(shè)備的搭配是否合理。要實(shí)現(xiàn)最大限度公用工程系統(tǒng)能量綜合與優(yōu)化設(shè)計(jì)，就必須進(jìn)行系統(tǒng)的全局用能優(yōu)化，才能使整個系統(tǒng)發(fā)揮出最佳經(jīng)濟(jì)效益，本文的目的就是要對山東海龍公司公用工程中制冷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全局性的優(yōu)化，合理優(yōu)化配置公司內(nèi)部各制冷子系統(tǒng)的制冷機(jī)組，提高設(shè)備利用率，增大系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，以提高海龍公司的公用工程用能效率。 海龍公司制冷系統(tǒng)優(yōu)化改造方案選擇研究 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 公用工程系統(tǒng)優(yōu)化的基本目標(biāo) 公用工程系統(tǒng)的優(yōu)化包括對現(xiàn)有系統(tǒng)的最優(yōu)操作、最優(yōu)改造和對新系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì) [2]。它們大體上可歸納為兩類問題 :一是流程結(jié)構(gòu)基本固定的系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化，包括現(xiàn)有系統(tǒng)操作條件的優(yōu)化和新系統(tǒng)設(shè)計(jì)或舊系統(tǒng)改造時對某一結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)參數(shù)和操作條件的優(yōu)化；二是系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化，包括對新系統(tǒng)的多方案最優(yōu)綜合和對舊系統(tǒng)改造方案的優(yōu)化選擇 。 (1) 系統(tǒng)參數(shù)優(yōu) 這類問題一般可歸結(jié)為線性規(guī)劃 (LP)和非線性規(guī)劃 (NLP)兩種模型。如果各級用冷點(diǎn)所需冷凍水參數(shù)固定，模型一般可歸結(jié)或簡化為 LP 問題，可對系統(tǒng) 各物流流量的分配及各單元設(shè)備的負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化；若各級用冷點(diǎn)所需冷凍水參數(shù)作為優(yōu)化變量，模型一般歸結(jié)為一個復(fù)雜的非線性規(guī)劃問題，可以對流程結(jié)構(gòu)基本確定的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)和操作參數(shù)的優(yōu)化 [3,4]。 LP 模型比較成熟和簡單，但它只是對非線性問題的一種近似。 NLP 模型更能反映問題的實(shí)際情況，而且可用于新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化和已有系統(tǒng)的操作優(yōu)化 [5,6]。 (2) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu) 化 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化包括流程方案和操作參數(shù)兩方面的同時優(yōu)化，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)和參數(shù)這兩者是密不可分的，既相互聯(lián)系又相互制約 。 例如，制冷機(jī)組本身是屬于制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組 成單元。不同機(jī)組的臺數(shù)或取舍可以用整形變量或 0— 1 變量表示；制冷機(jī)組又通過冷卻水系統(tǒng)的水溫、流量和機(jī)組做功的大小等連續(xù)變量與系統(tǒng)中其他單元相聯(lián)系。因此，這樣的系統(tǒng)綜合問題一般可歸結(jié)為一個大型混合整數(shù)非線性規(guī)劃（ MINLP）模型。 (3) 整體系統(tǒng)同步最優(yōu)綜合 對整體系統(tǒng)綜合問題，傳統(tǒng)的分步設(shè)計(jì)方法是先進(jìn)行過程系統(tǒng)和各制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，然后再對各種公用工程的參數(shù)和需求量已定的條件下設(shè)計(jì)所需要的公用工程系統(tǒng)。這種方法往往難以進(jìn)行各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)和達(dá)到整體最優(yōu)化。Grossmann 等人首先提出了整體系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化的 綜合策略，并建立了公用工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的 MILP 模型 [7,8]。但其策略步驟實(shí)際上還是分步的，線性化公用工程系統(tǒng)模型也過于簡化。朱世才、聶秀榮 [9,10]等人提出了先確定連接各子系統(tǒng)的核海龍公司制冷系統(tǒng)優(yōu)化改造方案選擇研究 4 心決策變量或連接變量，再分別進(jìn)行各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分解方法； Petracci[11,12]等人的