專利名稱：用于合成非熱力學約束熱交換器網(wǎng)絡的系統(tǒng)、方法和程序產(chǎn)品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及能量回收系統(tǒng)領域，并且特別地涉及與合成用于過程或過程集群的熱交換器網(wǎng)絡有關的系統(tǒng)、程序產(chǎn)品和方法，所述過程或過程集群包括要冷卻的多個熱過程流以及要加熱的多個冷過程流。
背景技術：
許多不同類型的過程消耗多個蒸汽水平和電力以便獲得輸出結(jié)果或者產(chǎn)生所需的產(chǎn)品或化合物。對于例如消耗大量燃料蒸汽的大規(guī)模過程而言，優(yōu)選的是通過使用的工廠和裝備的仔細的操作、設計或重新配置而優(yōu)化能耗。此外，在一些工業(yè)制造過程中，需要在特定溫度下將材料流的特定流提供給不同類型的裝備和機器。這些材料流可能需要從原始的起始或供應溫度加熱或冷卻到目標溫度。這進而要求消耗蒸汽以便加熱特定流以及消 耗水以便例如冷卻特定流?？梢岳缤ㄟ^特定材料流相對于彼此的仔細放置和配置而將工業(yè)制造過程采用或消耗的總能量優(yōu)化為全局最小水平。例如，可以存在鄰近需要加熱的冷流地放置需要冷卻的熱流的可能性?？梢詫⒕哂幸呀?jīng)存在的需要移除的熱能(廢熱)的流或者需要添加熱量的流彼此關聯(lián)以便優(yōu)化過程的能耗?？梢院铣蔁峤粨Q器網(wǎng)絡以便提供一種用于利用該廢熱將熱量提供給需要添加熱量的那些流的媒介。該熱交換器網(wǎng)絡可能是任何新工廠中非常重要的子系統(tǒng)。照此，熱交換器網(wǎng)絡合成問題已經(jīng)在最近四十年中可論證地成為過程合成領域中研究最多的問題之一。然而，熱交換器網(wǎng)絡的系統(tǒng)合成被證明是挑戰(zhàn)性的任務。在最近三十年期間，提出了并且在商業(yè)軟件和/或?qū)W術界中利用了相當多數(shù)量的方法。在如下兩篇著名的綜述論文中引用了這些方法T. Gundersen and L. Naess, “The Synthesisof Cost Optimal Heat Exchanger Networks, ” Computers and Chemical Engineering,vol. 12, pp. 503-530 (1988);以及Kevin C. Furman and Nikolaos V. Sahinidis, “ACritical Review and Annotated Bibliography for Heat Exchanger Network Synthesisin the 20th Century, ” Industrial Engineering & Chemistry Research vol. 41, pp.2335-2370 (2002)。其他的方法包括基于數(shù)學規(guī)劃的方法。盡管這樣的方法自八十年代末以來就存在于學術界中，但是出于若干原因它們?nèi)匀粵]有大規(guī)模地廣泛用于工業(yè)應用中。學術界宣稱這背后的原因在于(1)尤其是對于大的問題而言，這樣的方法的計算要求是大量的；并且
(2)得到的解通常不能保證全局性。這兩個原因可能被認為是最重要的障礙，但是也存在其他非常重要的障礙。其他顯著的障礙包括這些方法的黑箱性質(zhì)、關于問題經(jīng)濟學的假設、網(wǎng)絡中使用的熱交換器的類型(殼與管、扭曲管、板框類型等等)、需要事先知道若干公用工程(utility)類型和溫度以及用于流匹配和超結(jié)構(gòu)應用的“轉(zhuǎn)運模型”的非包容性。轉(zhuǎn)運模型的使用可以清楚地在產(chǎn)生網(wǎng)絡的超結(jié)構(gòu)中看到，所述網(wǎng)絡表現(xiàn)出其中公用工程熱交換器總是處于網(wǎng)絡的終端的結(jié)構(gòu)。然而，在其中要求設計者提前知道究竟有多少次一個流或者其分支之一正要與另一個流相遇的超結(jié)構(gòu)構(gòu)造中，轉(zhuǎn)運模型是不適當?shù)模驗樗⒉话ɑ蛘哒f明各種情形(諸如例如其中允許優(yōu)化過程選擇要使用的公用工程類型和供應溫度將是有益的那些情形；其中一個或多個流改變其身份將是有益的那些情形；以及其中一個或多個公用工程流有效地變成過程流將是有益的那些情形，等等)或者考慮包括這樣的可能性對這樣的流超結(jié)構(gòu)的影響。在工業(yè)中廣泛用于熱交換網(wǎng)絡(HEN)的初始合成的最新技術水平的軟件例如包括稱為 Aspen Pinch 的 AspenTech 公司的產(chǎn)品、稱為 HX-NET(由 AspenTech 獲取)的 Hyprotech公司的產(chǎn)品、稱為Pinch Express的KBC產(chǎn)品以及稱為Sprint的UMIST產(chǎn)品，其 試圖通過以下方式系統(tǒng)地解決熱交換器網(wǎng)絡合成問題使用公知的夾點(Pinch)設計方法，接著是通過將流分裂的流分支流量和全局網(wǎng)絡熱回收最小溫差(approach temperature)用作非線性規(guī)劃中的優(yōu)化變量而對夾點設計方法創(chuàng)建的初始設計進行優(yōu)化的優(yōu)化能力以便回收更多的廢熱、在熱交換器之間移位負載以便移除小的單元、在單元之間重新分配負載并且優(yōu)化表面面積，當然這總是處于使用夾點設計方法確定的拓撲結(jié)構(gòu)的約束內(nèi)。接著是優(yōu)化能力方法的夾點設計方法或者方法的組合由于其非黑盒方法而在工業(yè)社會中得到普遍廣泛接受。就是說，過程工程師處于熱交換器網(wǎng)絡的設計的反饋環(huán)路內(nèi)，使得過程工程師可以做出可以隨著設計的進展而改變的設計決策。然而，本發(fā)明人認識到，在針對上述軟件應用的近夾點和多夾點問題的所有應用中，它們各自的計算呈現(xiàn)(render)大于最佳數(shù)量的熱交換單元。同樣認識到的是，此外，使用夾點設計方法，或者使用夾點設計方法作為其初始設計的基礎、接著是用于分支和負荷(duty)的優(yōu)化選項的軟件應用不能處理可能例如從能量、資金或者二者的角度來看呈現(xiàn)更好經(jīng)濟的特定情形/約束/機會，這意味著一些更優(yōu)越的網(wǎng)絡設計從不會使用這樣的應用而被合成。例如，這樣的軟件應用不系統(tǒng)地處理或者考慮特定于流的最小溫差；其中熱流與熱流匹配和/或冷流與一個或多個冷流匹配的情形；或者其中熱流部分地轉(zhuǎn)換成冷流和/或冷流部分地轉(zhuǎn)換成熱流的情形。因此，本發(fā)明人認識到需要一種改進的方法、系統(tǒng)或技術，其尤其是在設計階段期間可以解決任何或所有上述優(yōu)化問題，并且其可以通過在實際工廠和裝備的實際設計、構(gòu)造或修改之前應用系統(tǒng)過程而最小化廢熱回收的能量和資金成本。特別地，認識到在基層應用中需要一種新的方法，其在所有情況下都可以呈現(xiàn)這樣的網(wǎng)絡設計，該網(wǎng)絡設計包括少于或等于使用夾點設計方法合成的網(wǎng)絡的熱交換器單元數(shù)量的交換器單元數(shù)量，即使當與當前在商業(yè)軟件中針對所有類型的問題實現(xiàn)的熱交換器負荷和分支優(yōu)化選項組合時，所述所有類型的問題即包括夾點問題、具有近夾點應用的問題以及需要加熱和冷卻公用工程的多夾點問題和需要僅冷卻或者僅加熱公用工程的問題(稱為閾值問題)。更進一步，本發(fā)明人認識到，這樣的目標可以通過采用一種方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品來實現(xiàn)，其例如作為單個問題解決每個這類問題，而不是將問題分解成多個單獨的問題，諸如例如由上述夾點應用尤其是針對表現(xiàn)出多個夾點的問題、具有近夾點應用的夾點問題和閾值問題執(zhí)行的高于夾點問題、低于夾點的夾點問題以及夾點處或附近問題。在夾點設計方法執(zhí)行夾點處(例如沿著在最大與最小目標和供應溫度之間延伸的溫度標度的中間點處)的匹配，并且在溫度標度上向上移動以完成高于夾點的子問題并且然后再次在夾點處開始且在溫度標度處向下移動以完成低于夾點的子問題一其可以導致通過分裂流而解決的不必要的約束并且其可以相應地導致具有過量單元的網(wǎng)絡一的情況下，本發(fā)明人認識到，通過例如在溫度標度上的最高溫度或溫度區(qū)間處開始并且然后從該點起自頂至底進行而在熱流和具有冷流的公用工程之間執(zhí)行匹配，可以在相同的溫度區(qū)間處使這些流匹配(其中熱流與冷流之間的溫差(temperature approach)最小),這可以允許由具有最低可能供應溫度的一個或多個公用工程補償冷的需求與熱的供應之間的平衡/差異。進一步認識至IJ，這種方法可以最小化能量“質(zhì)量”損失或者能量質(zhì)量中的“退化”。本發(fā)明人還認識到，不是僅僅采用流分裂以滿足由問題的分解而引起的匹配的問題可行性，可以改為在用戶請求時采用流分裂以便降低由于過程匯區(qū)(Sink region)處特定溫度區(qū)間內(nèi)的熱流與較低溫度區(qū)間內(nèi)的一個或多個冷流的不希望的匹配所引起的能量質(zhì)量退化。此外，本發(fā)明人認識到，像在夾點設計方法中的情況那樣，僅僅為了推廣夾點設計方法以用于處理所有類型的問題而將沒有夾點約束的閾值問題作為夾點問題對待不僅是不必要的而且是輕率的，因為這樣做在沒有這類約束的問題中產(chǎn)生了受約束的情形。約束 的這種不必要的添加由此使得在搗亂(factious)夾點處再次分裂流成為必要以便依照夾點設計方法規(guī)則滿足該夾點處的匹配準則，這相應地導致具有過量熱交換器單元的網(wǎng)絡。因此，本發(fā)明人認識到，需要這樣的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品，其在不將沒有夾點/約束的這類閾值問題作為夾點問題對待的情況下解決閾值問題，并且因而可以由此將所需熱交換器單元的數(shù)量降低至低于使用夾點設計方法合成的網(wǎng)絡的熱交換器單元的數(shù)量。本發(fā)明人進一步認識到，如果依照這樣的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品的熱交換器網(wǎng)絡設計也是使得該網(wǎng)絡被配置成在未來的時間“可容易改型”以便考慮例如由于能量價格的劇烈變化而引起的意外費用和/或增長，那么這將是有益的。值得注意的是，人們不相信夾點設計方法可以在設計階段期間采納可改型性，因為它沒有通常地或者特別地基于資金與能量成本之間的折衷來選擇最佳的特定于流的最小溫度集合的系統(tǒng)方法，并且因為它的夾點設計理念僅在使用例如目標同時為能耗和熱交換器網(wǎng)絡區(qū)域二者的“SUPERTARGET”方法來選擇最佳網(wǎng)絡全局最小溫差之后開始網(wǎng)絡的設計。即使通過使用全局最小溫差重復這樣的順序理念，得到的新網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)也將不被期望在類別上始終類似于先前的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并且因而將導致在網(wǎng)絡調(diào)解努力中需要不適當?shù)拈_銷以設法形成常見結(jié)構(gòu)的熱交換器網(wǎng)絡設計的統(tǒng)一體(continuum),所述統(tǒng)一體可以用來促進對滿足當前用戶選擇的經(jīng)濟準則和預期潛在未來改型要求二者的物理熱交換器網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的用戶選擇以及基于這樣選擇的設計的相應物理熱交換器網(wǎng)絡發(fā)展和分配的設施表面面積。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述，本發(fā)明的各個實施例有利地提供了改進的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品，其被配置用于依照多個公用工程能量目標冷卻多個熱過程流并且加熱多個冷過程流的基層熱交換器網(wǎng)絡的理論的、實用的且經(jīng)濟的合成，以便產(chǎn)生具有少于或者至少不多于使用夾點設計方法合成的網(wǎng)絡熱交換器單元數(shù)量的最佳網(wǎng)絡熱交換器(熱交換器單元)數(shù)量的結(jié)果，即使當與當前在商業(yè)軟件中針對所有類型的問題實現(xiàn)的負荷和分支優(yōu)化選項組合時，所述所有類型的問題即需要加熱和冷卻公用工程的問題(夾點問題、具有近夾點應用的問題以及具有多夾點的問題)和僅僅需要冷卻或加熱公用工程的問題(稱為閾值問題)，并且以便產(chǎn)生被配置成使其在未來的時間“可容易改型”以考慮例如由于能量價格的劇烈變化而引起的意外費用和/或增長的網(wǎng)絡。本發(fā)明的各個實施例也有利地提供了改進的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品，其可以處理/采用從能量的觀點、資金的觀點或者能量和資金的觀點來看可以呈現(xiàn)更好經(jīng)濟的特定情形/約束/機會，諸如例如例如被視為優(yōu)化參數(shù)的特定于流的最小溫差(值)A!；:(其中上標表示特定熱流);其中熱流與一個或多個熱流匹配和/或冷流與一個或多個冷流匹配的情形；或者其中熱流部分地轉(zhuǎn)換成冷流和/或冷流部分地轉(zhuǎn)換成熱流的情形，從而呈現(xiàn)具有最佳數(shù)量的交換器的熱交換器網(wǎng)絡。本發(fā)明的各個實施例也有利地提供了一種合成熱交換器網(wǎng)絡的改進的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品，其可以采用流分裂以便降低通過在過程匯區(qū)處將特定溫度區(qū)間內(nèi)的熱流與較低溫度區(qū)間內(nèi)的一個或多個冷流匹配所造成的能量質(zhì)量退化。本發(fā)明的各個實施例也有利地提供了合成熱交換器網(wǎng)絡的改進的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品，其可以例如作為單個問題解決熱交換器網(wǎng)絡合成問題，而不是將問題分解成多個 單獨的問題，這可能造成通過分裂流解決的不必要的約束，其進而尤其是針對表現(xiàn)出多個夾點的問題、具有近夾點應用的夾點問題和閾值問題導致具有過量單元的網(wǎng)絡。本發(fā)明的各個實施例也有利地提供了合成熱交換器網(wǎng)絡的改進的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品，其可以例如通過在溫度標度上的最高溫度或溫度區(qū)間處開始并且然后自頂至底進行而在熱過程流和具有冷過程流的熱公用工程之間執(zhí)行匹配；并且在相同的溫度區(qū)間處(其中熱流與冷流之間的溫差最小)使這些流匹配，來最小化能量“質(zhì)量”損失或者能量質(zhì)量中的“退化”。有利的是，這可以允許由具有最低可能供應溫度的一個或多個公用工程補償冷過程流的需求與熱過程流的供應之間的平衡/差異。本發(fā)明的各個實施例也有利地提供了合成熱交換器網(wǎng)絡的改進的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品，其可以在不將(沒有一個或多個夾點約束的)這類閾值問題作為夾點問題對待的情況下解決閾值問題(僅僅需要冷卻公用工程或者僅僅需要加熱公用工程的問題)，從而由此相對于使用夾點設計方法合成的網(wǎng)絡的熱交換器單元的數(shù)量降低了所需熱交換器單元的數(shù)量。特別地，本發(fā)明的各個實施例提供了合成基層熱交換器網(wǎng)絡的系統(tǒng)，該網(wǎng)絡用于依照多個全局公用工程目標(例如公用工程能耗目標)冷卻多個熱過程流并且加熱多個冷過程流。依照本發(fā)明的一個實施例，這種系統(tǒng)可以包括熱交換網(wǎng)絡合成計算機，具有處理器和耦合到處理器的將軟件和數(shù)據(jù)庫記錄存儲于其中的存儲器；以及能量建模計算機可評估的存儲在存儲器(易失性或非易失性、內(nèi)部或外部)中的數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫可以包括用于多個熱資源流中的每一個以及用于多個冷資源流中的每一個的多個操作屬性。這些操作屬性可以包括例如用于熱過程流中的每一個和冷過程流中的每一個的供應溫度區(qū)間(Ts[L:U])的上下邊界值和/或離散供應溫度(Ts)、用于熱過程流中的每一個和冷過程流中的每一個的目標溫度區(qū)間(Tt[L:U])的上下邊界值和/或離散目標溫度(Tt)、以及用于熱過程流中的每一個和冷過程流中的每一個的熱容量流率區(qū)間(FCp[L:U])的上下邊界值和/或離散熱容量流率(FCp)、以及相應的焓值或者最小和最大焓值，例如如果對于其他操作屬性中的一個或多個提供/接收了任何范圍或集合數(shù)據(jù)的話。依照該系統(tǒng)的實施例的一個實例，對于冷流而言，供應溫度(Ts )和目標溫度(Tt)可以處于實際供應和目標溫度的形式，而對于熱流而言，供應溫度(Ts)和目標溫度(Tt)可以為實際值減去用戶選擇的最小值。數(shù)據(jù)也可以包括用于每個熱過程流的離散的、區(qū)間的和/或雙特定于流的最小溫差值(ATminiX這些值例如單獨地提供作為一個或多個特定于流的最小溫差值的多個單獨集合(每個與所述多個熱過程流中的不同熱過程流關聯(lián))和/或作為特定于流的最小溫差值的組合集合。數(shù)據(jù)可以進一步包括用于所述多個熱過程流中的每一個和所述多個冷過程流中的每一個的流初始類型列表。更進一步，數(shù)據(jù)可以包括一個或多個受約束過程流的列表，這些過程流由于非熱力學約束(例如禁止匹配列表)而被約束匹配至少一個其他資源流。系統(tǒng)也可以包括熱交換網(wǎng)絡合成程序產(chǎn)品，該程序產(chǎn)品位于單獨可交付的計算機可讀介質(zhì)(例如DVD等等)上或者存儲在熱交換網(wǎng)絡合成計算機的存儲器中并且適于采用各種過程匹配方案/技術來提供接近最佳的用于優(yōu)化過程的能量回收和/或最小化最重要的能量公用工程或者加熱和冷卻能量公用工程二者的能量公用工程要求的熱交換器網(wǎng)絡設計。熱交換網(wǎng)絡合成程序產(chǎn)品可以包括這樣的指令，這些指令在例如由熱交換網(wǎng)絡合成計算機執(zhí)行時可以使得該計算機執(zhí)行各種操作，包括接收用于多個熱和冷過程流中的每一個的多個操作屬性，例如形成設施中的所有主要過程流的至少大部分，接收多個過程流中的每個單獨過程流的至少一個最小溫差值的標記，接收一個或多個非熱力學流匹配約束(即禁止匹配列表)的標記，和/或接收流初始類型的標記。操作屬性可以包括熱容量流率、供應溫度、希望的目標溫度以及用于所述多個熱和冷過程流中的每一個的焓。用于所述多個資源流(例如熱和/或冷過程流)中的每一個的至少一個最小溫差值的標記可以包括多個離散的特定于流的最小溫差值的標記，每個單獨地分配給所述多個資源流的不同資源流，每個離散值典型地在一些熱過程-冷過程匹配之間是不同的但是對于一個或多個其他匹配而言是相同的，但是也能夠在所有熱過程-冷過程流匹配之間是不同的、在所有熱過程-冷過程流匹配之間是相同的、或者在所有熱過 程-熱過程流匹配和/或冷過程-冷過程流匹配之間是相同的但是與熱過程-冷過程流匹配不同，等等。至少一個最小溫差值的標記可以同樣地或者可替換地包括多個具有至少兩個特定于流的最小溫差值的集合的標記，所述集合例如限定特定于流的最小溫差值范圍，每個集合單獨地分配給所述多個過程(例如熱)流的不同過程流。所述至少一個最小溫差值可以進一步同樣地或者可替換地包括多個具有雙流最小溫差值的集合的標記，例如每個集合單獨地分配給所述多個過程(例如熱)流的不同過程流。注意，當采用離散特定或者離散全局最小溫差值時，這些值可以通過分配函數(shù)直接地分配，或者至少初始通過輸入針對分配的最小溫差值預先調(diào)節(jié)的供應和/或目標溫度值而間接地分配。所述操作也可以包括匹配所述多個熱過程流和(與)所述多個冷過程流以便達到所述多個公用工程能耗目標，以及響應于該匹配確定或者以其他方式提供熱交換器網(wǎng)絡設計。匹配操作可以包括包含以下操作中的一個或多個的匹配方案采用同類匹配以說明(克月艮)一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；以及采用流指定切換以便說明(克服)一個或多個非熱力學流匹配約束，例如以便降低一個或多個公用工程要求。依照所述程序產(chǎn)品的一個示例性配置，采用同類匹配的操作包括將所述多個熱過程流的配對的流類型配對從異類且具有單匹配能力轉(zhuǎn)換成同類且具有雙匹配能力，和/或?qū)⑺龆鄠€冷過程流的配對的流類型配對從異類且具有單匹配能力轉(zhuǎn)換成同類且具有雙匹配能力。依照另一個配置，采用同類匹配的操作包括響應于與所述多個熱過程流之一的禁止匹配約束，將標識為具有該禁止匹配約束的所述多個冷過程流之一與(和)所述多個冷過程流中的一個或多個其他冷過程流匹配，從而間接地將所述多個熱過程流中的對應熱過程流與遭受禁止匹配約束的所述多個冷過程流中的對應冷過程流匹配；和/或響應于與所述多個冷過程流之一的禁止匹配約束，將標識為具有該禁止匹配約束的所述多個熱過程流之一與(和)所述多個熱過程流中的一個或多個其他熱過程流匹配，從而間接地將所述多個熱過程流中的對應熱過程流與遭受禁止匹配約束的所述多個冷過程流中的對應冷過程流匹配。依照所述程序產(chǎn)品的另一個示例性配置，采用流指定切換的操作包括以下操作將選擇的過程流之一的流屬性從希望的值切換到可替換的值以便向該流提供添加的用于處理的加熱或冷卻能力，以及例如通過將對應流作為具有相反的指定來對待而將流屬性返回到希望的值。對于選擇的具有希望的目標溫度的特定熱過程流而言，該操作可以包括指 定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換冷卻到低于其希望的目標溫度，以及指定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換加熱回到其希望的目標溫度，這本身可以包括響應于指定特定熱過程流冷卻到低于希望的目標溫度而標識或者以其他方式指定特定熱過程流的至少一部分用作冷過程流，以及響應于標識操作而將特定熱過程流的所述至少一部分與選擇的至少一個要冷卻的過程流匹配，從而冷卻要冷卻的選擇的至少一個過程流并且從而將選擇的特定熱過程流加熱回到希望的目標溫度。對于選擇的具有希望的目標溫度的特定冷過程流而言，該操作可以包括指定選擇的特定冷過程流通過過程-過程熱交換加熱到高于其希望的目標溫度，以及指定選擇的特定冷過程流通過過程-過程熱交換冷卻回到希望的目標溫度，這本身可以包括響應于指定特定冷過程流加熱到高于希望的目標溫度而標識或者以其他方式指定特定冷過程流的至少一部分用作熱過程流，以及響應于標識操作而將特定冷過程流的所述至少一部分與選擇的至少一個要加熱的過程流匹配，從而加熱要加熱的選擇的至少一個過程流并且從而將選擇的特定冷過程流冷卻回到希望的目標溫度。依照所述程序產(chǎn)品的另一個示例性配置，關于熱流采用流指定切換的操作包括以下操作接收用于所述多個熱過程流中的每一個以及用于所述多個冷過程流中的每一個的流初始類型的標記，將要通過過程-過程熱交換而冷卻到希望的目標溫度的特定流指定為所述多個熱過程流之一，以及將先前指定為所述多個熱過程流之一的要通過過程-過程熱交換冷卻的特定流的一部分標識為要通過過程-過程熱交換加熱的冷過程流，以便至少在概念上與所述多個熱過程流中的另一個熱過程流匹配，從而說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束。類似地，關于冷流采用流指定切換的操作包括以下操作接收用于所述多個熱過程流中的每一個以及所述多個冷過程流中的每一個的流初始類型的標記，將要通過過程-過程熱交換加熱到希望的目標溫度的特定流指定為所述多個冷過程流之一，以及將指定為所述多個冷過程流之一的要通過過程-過程熱交換加熱的特定流的一部分標識為要通過過程-過程熱交換冷卻的熱過程流，以便與所述多個冷過程流中的另一個冷過程流匹配，從而說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束。以更廣義的形式表述，采用流指定切換的操作可以包括將選擇的過程流的流目標溫度從希望的目標溫度值切換到可替換的目標溫度值以便向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于處理的加熱或冷卻能力以實現(xiàn)直接通過應用至少部分地抵消由所述一個或多個非熱力學流匹配約束所引起的低效率的可替換目標溫度值而影響的一個或多個公用工程優(yōu)化目標，以及例如通過將選擇的過程流作為具有相反的指定來對待而將該流的溫度值返回到希望的目標溫度值；和/或?qū)⑦x擇的過程流的流供應溫度從實際的供應溫度值切換到可替換的供應溫度值以便向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于處理的加熱或冷卻能力以實現(xiàn)直接通過應用至少部分地抵消由所述一個或多個非熱力學流匹配約束所引起的低效率的可替換供應溫度值而影響的一個或多個公用工程優(yōu)化目標，以及將選擇的過程流的溫度值返回到實際的供應溫度值。匹配方案也可以包括分析與在一個或多個過程流配對之間采用一個或多個緩沖器有關的一個或多個公用工程消耗要求的潛在降低，以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而確定所述一個或多個緩沖器的采用是否將相對于同類匹配和/或流指定切換(高級消耗降低方法)的采用提供了改進；以及響應于確定所述一個或多個緩沖器的采用相對于所述一個或多個高級消耗降低方法提供的消耗降低提供了一個或多個公用工程消耗降低而在過程流中的所述一個或多個之間采用一個或多個緩沖器。 所述操作也可以包括響應于匹配所述多個熱過程流和所述多個冷過程流而確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計，當存在時響應于確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計而從初始設計中移除任何冗余的過程-過程熱交換器，當兩個或更多相同流公用工程熱交換器存在時響應于確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計而合并相同流公用工程熱交換器，以及響應于以下中的一個或多個提供最終的熱交換器網(wǎng)絡設計確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計，從初始設計中移除任何存在的冗余過程-過程熱交換器，以及當存在時合并所述兩個或更多相同流公用工程熱交換器。依照所述程序產(chǎn)品的其他實施例，所述匹配可以包括這樣的匹配方案，該匹配方案除了別的以外包括以下操作的一個或多個組合在匹配具有較冷起始溫度的每個其他的熱過程流之前匹配具有較高起始溫度的每個熱過程流，當存在時將每個熱過程流與具有基本上類似于對應熱過程流的加熱要求的冷過程流(例如彼此抵消或者以最小的質(zhì)量退化抵消它們之一的流)匹配，當存在時將每個熱過程流與和對應熱過程流具有最大重疊的冷過程流匹配，當存在時將每個熱過程流與具有基本上和對應熱過程流相等的熱容量流率FCp的冷過程流匹配，將具有高熱容量流率FCp和高總體熱傳遞系數(shù)Us的每個熱(或冷)過程流與具有低熱容量流率FCp和低總體熱傳遞系數(shù)Us的冷(或熱)過程流匹配，將所述多個冷過程流之一與所述多個冷過程流中的一個或多個其他的冷過程流匹配以實現(xiàn)一個或多個公用工程優(yōu)化目標，以及將所述多個熱過程流之一與所述多個熱流中的一個或多個其他的熱過程流匹配以實現(xiàn)一個或多個公用工程優(yōu)化目標。本發(fā)明的各個實施例也包括合成用于依照多個公用工程目標冷卻多個熱過程流并且加熱多個冷過程流的基層熱交換器網(wǎng)絡的方法。依照本發(fā)明實施例的方法可以包括步驟接收用于多個熱和冷過程流中的每一個的多個操作屬性，接收用于所述多個熱過程流(例如全局的、特定于離散流的、特定于間隔流的、雙流的，等等)中的每一個的至少一個最小溫差值的標記，接收一個或多個非熱力學流匹配約束的標記，和/或接收流初始類型的標記。所述步驟也可以包括匹配所述多個熱過程流和所述多個冷過程流以便達到所述多個公用工程能耗目標，以及響應于該匹配而提供熱交換器網(wǎng)絡設計。依照該方法的一個實施例，所述匹配步驟可以包括包含以下步驟中的一個或多個的匹配方案采用同類匹配以說明(克服)一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求，以及采用流指定切換以便說明(克服)所述一個或多個非熱力學流匹配約束。依照該方法的一個示例性配置，所述采用同類匹配的步驟可以包括將所述多個熱過程流的配對的流類型配對從異類且具有單匹配能力轉(zhuǎn)換成同類且具有雙匹配能力，和/或?qū)⑺龆鄠€冷過程流的配對的流類型配對從異類且具有單匹配能力轉(zhuǎn)換成同類且具有雙匹配能力。依照另一個配置，所述采用同類匹配的步驟包括響應于與所述多個熱過程流之一的禁止匹配約束，將標識為具有該禁止匹配約束的所述多個冷過程流之一與(和)所述多個冷過程流中的一個或多個其他冷過程流匹配，從而間接地將所述多個熱過程流中的對應熱過程流與遭受禁止匹配約束的所述多個冷過程流中的對應冷過程流匹配；和/或響應于與所述多個冷過程流之一的禁止匹配約束，將標識為具有該禁止匹配約束的所述多個熱過程流之一與(和)所述多個熱過程流中的一個或多個其他熱過程流匹配，從而間接地將所 述多個熱過程流中的對應熱過程流與遭受禁止匹配約束的所述多個冷過程流中的對應冷過程流匹配。依照該方法的一個示例性配置，所述采用流指定切換的步驟可以包括以下步驟將選擇的過程流之一的流屬性從希望的值切換到可替換的值例如以便向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于過程-過程熱交換處理的加熱或冷卻能力，以及例如通過將對應流作為具有相反的指定來對待而將流屬性返回到希望的值。對于選擇的具有希望的目標溫度的特定熱過程流而言，該步驟可以包括指定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換冷卻到低于希望的目標溫度，以及指定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換加熱回到希望的目標溫度，例如如先前關于程序產(chǎn)品的實施例所描述的。對于選擇的具有希望的目標溫度的特定冷過程流而言，該步驟可以包括指定選擇的特定冷過程流通過過程-過程熱交換加熱到高于其希望的目標溫度，以及指定選擇的特定冷過程流通過過程-過程熱交換冷卻回到希望的目標溫度，例如如先前關于程序產(chǎn)品的實施例所描述的。依照該方法的另一個示例性配置，對于選擇的具有初始供應溫度的熱流而言，所述步驟可以包括指定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換加熱到高于初始供應溫度，以及指定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換冷卻回到至少初始供應溫度。對于選擇的具有初始溫度的特定冷過程流而言，所述步驟可以包括指定選擇的特定冷過程流通過過程-過程熱交換冷卻到低于初始供應溫度，以及指定選擇的冷過程流通過過程-過程熱交換加熱回到至少希望的初始供應溫度。依照該方法的另一個實施例，采用流指定切換的步驟可以包括將選擇的過程流的流目標溫度從希望的目標溫度值切換到可替換的目標溫度值以便向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于處理的加熱或冷卻能力以實現(xiàn)直接通過應用至少部分地抵消由所述一個或多個非熱力學流匹配約束所引起的低效率的可替換目標溫度值而影響的一個或多個公用工程優(yōu)化目標，以及將選擇的過程流的溫度值返回到希望的目標溫度值；和/或?qū)⑦x擇的過程流的流供應溫度從實際的供應溫度值切換到可替換的供應溫度值以便向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于處理的加熱或冷卻能力以實現(xiàn)直接通過應用至少部分地抵消由所述一個或多個非熱力學流匹配約束所引起的低效率的可替換供應溫度值而影響的一個或多個公用工程優(yōu)化目標，以及將選擇的過程流的溫度值返回到實際的供應溫度值。盡管采用同類匹配和/或流指定切換以在成本有效的資金成本下通常充分地降低一個或多個公用工程消耗要求的方式有利地說明了所述一個或多個非熱力學流匹配約束，但是仍然存在其中使用緩沖器以說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束可能成本有效的情形。照此，依照該方法的一個實施例，所述匹配方案也可以包括分析通過在一個或多個過程流配對之間采用一個或多個緩沖器引起的一個或多個公用工程消耗要求的潛在降低，所述緩沖器被放置以說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而確定所述一個或多個緩沖器的采用是否將相對于同類匹配和/或流指定切換(高級消耗降低方法)的采用提供了改進。因此，該方法也可以相應地包括響應于確定所述一個或多個緩沖器的采用相對于所述一個或多個高級消耗降低方法提供的消耗降低提供了一個或多個成本有效的公用工程消耗降低，而在過程流中的所述一個或多個之間采用所述一個或多個緩沖器。依照所述方法的各個可替換實施例，所述匹配方案可以進一步包括以下步驟的一個或多個組合在匹配具有較冷起始溫度的每個其他的熱流之前匹配具有較高起始溫度的 每個熱流，當存在時將每個熱流與具有基本上類似于對應熱流的加熱要求的冷流(例如，彼此抵消或者以最小的質(zhì)量退化抵消它們之一的流)匹配，當存在時將每個熱流與和對應熱流具有最大重置的冷流匹配，當存在時將每個熱流與具有基本上和對應熱流相等的熱容量流率FCp的冷流匹配，將具有高(或低)熱容量流率FCp和高(或低)總體熱傳遞系數(shù)Us的每個熱流與具有低(或高)熱容量流率FCp和低(或高)總體熱傳遞系數(shù)Us的冷流匹配，將所述多個冷流之一與所述多個冷流中的一個或多個其他的冷流匹配以實現(xiàn)一個或多個公用工程優(yōu)化目標，以及將所述多個熱流之一與所述多個熱流中的一個或多個其他的熱流匹配以實現(xiàn)一個或多個公用工程優(yōu)化目標。所述步驟也可以包括將所述多個熱過程流之一分裂成用于對應熱過程流的多個熱過程子流并且將所述多個熱過程子流之一與冷過程流或子流匹配以便增強要匹配的流之間的熱傳遞，和/或?qū)⑺龆鄠€冷過程流之一分裂成用于對應冷過程流的多個冷過程子流并且將所述多個冷過程子流之一與熱過程流或子流匹配以便增強要匹配的流之間的熱傳遞。依照該方法的一個實施例，所述確定熱交換器網(wǎng)絡設計的步驟可以包括以下步驟響應于匹配所述多個熱過程流和所述多個冷過程流的步驟而確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計，當這樣存在時響應于確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計的步驟而從初始設計中移除任何冗余的過程-過程熱交換器，當兩個或更多相同流公用工程熱交換器存在時響應于確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計的步驟而合并相同流公用工程熱交換器，以及響應于以下步驟中的一個或多個提供最終的熱交換器網(wǎng)絡設計確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計，當這樣存在時從初始設計中移除任何冗余的過程-過程熱交換器，以及當這樣存在時合并兩個或更多相同流公用工程熱交換器。所述步驟可以同樣地或者可替換地包括以下步驟標識一個或多個公用工程能耗目標；以及標識過程內(nèi)使用的資源流的操作屬性，這些操作屬性影響過程中使用的熱交換器單元的數(shù)量。所述步驟可以同樣地或者可替換地進一步包括標識適合代替高質(zhì)量公用工程上的負載的至少一部分從而最小化總體公用工程成本的低質(zhì)量公用工程，以及響應于標識低質(zhì)量公用工程的步驟而增加所需熱交換器的數(shù)量。有利的是，本發(fā)明的各個實施例包括規(guī)定在用于近夾點或多個夾點情況的熱交換器網(wǎng)絡合成的所有預期的情況下呈現(xiàn)比使用最新技術水平的采用夾點設計方法的軟件而可能的更少數(shù)量的熱交換單元。本發(fā)明的各個實施例可以有利地處理不能使用夾點設計方法系統(tǒng)地處理的情況，諸如例如用于采用特定于流的溫差的配置的熱交換器網(wǎng)絡合成。再者，依照本發(fā)明的各個實施例并且與轉(zhuǎn)運模型形成對照的是，無需公用工程的數(shù)量、類型和供應溫度以便啟動優(yōu)化過程。這樣的拓撲結(jié)構(gòu)可以有利地在匹配任務期間選擇，該匹配任務不僅限定過程-過程匹配，而且使用具有所需量的不同公用工程類型和水平/供應溫度以及對應的用戶希望的公用工程-過程最小溫差(最小溫差值)限定過程-公用工程匹配。本發(fā)明的各個實施例也通過流類型的最佳操縱/利用而系統(tǒng)地引入了用于熱交換器網(wǎng)絡約束問題的高級解決方案，所述流類型可以對受約束熱集成問題使用用于高級廢熱回收的新的流切換算法而在某個范圍內(nèi)從“異類”且具有單匹配能力轉(zhuǎn)換成同類且具有雙匹配能力。依照本發(fā)明的各個實施例，流身份可以用作非熱力學約束問題中的優(yōu)化變量，由此可以在特定溫度水平下將熱流切換成要加熱的冷流(冷流身份)?？梢栽谄浞祷氐狡渥鳛闊崃鞯脑忌矸葜埃勒掌渥鳛槔淞鞯男律矸輰⒃摿髋c包括也具有不同身份的那些流的一個或多個流匹配。這種方法可以用于要加熱的冷流，其可以被分配為充當特定溫度范圍的冷流；然后切換其身份以變成要冷卻的熱流以便與一個或多個冷流或者冷流分支匹 配，使得該流在其返回到其作為冷流的原始身份之前可以充當另一特定溫度范圍的熱流，從而允許其達到其原始希望的目標溫度。有利的是，考慮到易于實現(xiàn)的未來改型，本發(fā)明的各個實施例引入了用于基層非熱力學約束和熱力學約束的熱交換器網(wǎng)絡合成的系統(tǒng)方法。本發(fā)明的這樣的實施例可以有利地為設計者提供對網(wǎng)絡合成的控制，而不強迫他/她使用如當前大多數(shù)基于數(shù)學規(guī)劃的軟件中采用的這樣的假設，這些假設由于使用非結(jié)論性超結(jié)構(gòu)計算而將合成的網(wǎng)絡局限于特定的次等結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的各個實施例可以有利地提供用于處理工業(yè)應用中通常面臨的工業(yè)規(guī)模問題的必要工具以及用于允許設計者測試他/她的用于遭受影響能耗的受約束情形的網(wǎng)絡合成的新穎解決方案的工具，從而找到用于廢熱回收的高級解決方案以及在一些情況下大量的資金成本降低。有利的是，本發(fā)明的各個實施例相對于夾點設計方法表現(xiàn)出能力方面的大量改進，同時仍然保持過程工程師處于設計他/她的熱交換器網(wǎng)絡的環(huán)路中。本發(fā)明的各個實施例也在概念水平上相對于夾點設計方法呈現(xiàn)若干改進。例如，雖然夾點設計方法不能說明或采用(I)特定于流的最小溫差，(2)其中熱流與另一個熱流匹配和/或冷流與另一個冷流匹配的情形，以及(3)其中熱流部分地轉(zhuǎn)換成冷流和/或冷流部分地轉(zhuǎn)換成熱流的情形，但是本發(fā)明的各個實施例確實可以系統(tǒng)地管理這樣的約束/配置簡檔，以便合成相對于使用現(xiàn)有方法而可能的改進的熱交換器網(wǎng)絡設計。此外，通過將問題作為單個問題來解決而不是像在各種夾點設計方法中所做的那樣將問題分解成高于夾點問題、低于夾點問題以及夾點處或附近問題，本發(fā)明的各個實施例與使用夾點設計方法合成的網(wǎng)絡相比可以針對相同的能量目標呈現(xiàn)至少更少數(shù)量的熱交換單元，以及呈現(xiàn)促進易于實現(xiàn)的未來改型的網(wǎng)絡配置。對于表現(xiàn)出多個夾點的問題而言、對于具有近夾點應用的夾點問題而言以及對于閾值問題而言，情況尤其如此。更進一步，這樣的高級系統(tǒng)方法/技術有利地可以有益于無約束的、熱力學約束的和非熱力學約束的新工廠設計及其在能量可用性和價格的動態(tài)顯著變化世界中的未來改型的熱交換器網(wǎng)絡合成和廢熱回收應用。


為了可以更詳細地理解其中本發(fā)明的特征和優(yōu)點以及將變得清楚明白的其他特征和優(yōu)點的方式，可以參照其實施例進行上面簡要概述的本發(fā)明的更具體描述，這些實施例在形成本說明書一部分的附圖中進行了圖解說明。然而，要注意的是，附圖僅僅圖解說明了本發(fā)明的各個實施例并且因此不要被認為限制本發(fā)明的范圍，因為本發(fā)明的范圍也可以包括其他的有效實施例。圖I為依照本發(fā)明實施例的合成用于冷卻多個熱過程流并且加熱多個冷過程流的基層熱交換器網(wǎng)絡的系統(tǒng)的示意性框 圖2為圖解說明依照本發(fā)明實施例的目標確定和公用工程選擇中使用的溫度階距(step interval)的生成的示 圖3為圖解說明依照本發(fā)明實施例的圖2的每個溫度階距下的焓變化的圖表； 圖4A為圖解說明依照本發(fā)明實施例的焓變化與溫度的函數(shù)關系的圖表；
圖4B為圖解說明依照本發(fā)明實施例的焓變化與溫度的函數(shù)關系的圖表；
圖5為依照本發(fā)明實施例的用于簡單問題的熱交換器網(wǎng)絡合成實現(xiàn)的結(jié)果的示意圖；圖6為圖解說明依照本發(fā)明實施例的包括關于目標確定和公用工程選擇中使用的溫度階距所示的過程流的工業(yè)過程的示 圖7-9為依照夾點設計方法的用于圖6中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡合成實現(xiàn)的結(jié)果的不意 圖10為依照本發(fā)明實施例的用于圖6中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡合成實現(xiàn)的結(jié)果的不意 圖11為依照本發(fā)明實施例的包括低質(zhì)量公用工程應用的圖10中所示的結(jié)果的示意
圖12為圖解說明依照本發(fā)明實施例的包括關于目標確定和公用工程選擇中使用的溫度階距所示的過程流的工業(yè)過程的示 圖13為依照夾點設計方法的用于圖12中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡合成實現(xiàn)的結(jié)果的不意 圖14為依照本發(fā)明實施例的用于圖12中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡合成實現(xiàn)的結(jié)果的不意 圖15為圖解說明依照本發(fā)明實施例的包括關于目標確定和公用工程選擇中使用的溫度階距所示的過程流的工業(yè)過程的示 圖16為依照夾點設計方法的用于圖15中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡合成實現(xiàn)的結(jié)果的不意 圖17為依照本發(fā)明實施例的用于圖15中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡合成實現(xiàn)的結(jié)果的不意 圖18為圖解說明依照本發(fā)明實施例的包括關于目標確定和公用工程選擇中使用的溫度階距所示的過程流的工業(yè)過程的示 圖19為依照夾點設計方法的用于圖18中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡合成實現(xiàn)的結(jié)果的不意圖；圖20為依照本發(fā)明實施例的用于圖18中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡合成實現(xiàn)的結(jié)果的不意 圖21為圖解說明依照本發(fā)明實施例的包括關于目標確定和公用工程選擇中使用的溫度階距所示的過程流的工業(yè)過程的示 圖22為依照夾點設計方法的用于圖21中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡合成實現(xiàn)的結(jié)果的不意 圖23-24為圖解說明依照本發(fā)明實施例應用流分裂以便合成用于圖21中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡的示意 圖25為圖解說明依照本發(fā)明實施例的包括關于目標確定和公用工程選擇中使用的溫度階距所示的過程流的工業(yè)過程的示 圖26為依照夾點設計方法的用于圖25中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡合成實現(xiàn)的 結(jié)果的不意 圖27為圖解說明依照本發(fā)明實施例應用流分裂以便合成用于圖25中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡的示意 圖28為圖解說明依照本發(fā)明實施例的包括關于目標確定和公用工程選擇中使用的溫度階距所示的過程流的非熱力學約束工業(yè)過程的示 圖29-30為圖解說明依照本發(fā)明實施例應用同類冷-冷流匹配以便增強用于圖28中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡的合成的示意 圖31為圖解說明依照本發(fā)明實施例的包括關于目標確定和公用工程選擇中使用的溫度階距所示的過程流的非熱力學約束工業(yè)過程的示 圖32為圖解說明依照本發(fā)明實施例應用同類熱-熱流匹配以便增強用于圖31中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡的合成的示意 圖33為圖解說明依照本發(fā)明實施例的包括關于目標確定和公用工程選擇中使用的溫度階距所示的過程流的非熱力學約束工業(yè)過程的示 圖34為圖解說明依照本發(fā)明實施例應用熱-冷流切換以便增強用于圖33中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡的合成的示意 圖35為圖解說明依照本發(fā)明實施例的包括關于目標確定和公用工程選擇中使用的溫度階距所示的過程流的非熱力學約束工業(yè)過程的示 圖36為圖解說明依照本發(fā)明實施例應用冷-熱流切換以便增強用于圖35中所示的工業(yè)過程的熱交換器網(wǎng)絡的合成的示意 圖37為依照本發(fā)明實施例的在應用冷-熱流切換之前由圖35中所示的工業(yè)過程所造成的熱交換器網(wǎng)絡的示意 圖38為依照本發(fā)明實施例的在應用圖36中所示的冷-熱流切換之后由圖35中所示的工業(yè)過程所造成的熱交換器網(wǎng)絡的示意 圖39-43為圖解說明依照本發(fā)明實施例將連續(xù)降低的最小溫差值應用到相同的工業(yè)過程以便產(chǎn)生一系列熱交換器網(wǎng)絡的示意圖，每個熱交換器網(wǎng)絡具有共同的過程-過程熱交換器網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
現(xiàn)在將在下文中參照附圖更加全面地描述本發(fā)明，附解說明了本發(fā)明的實施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實施，并且不應當被視為限于本文闡述的圖解說明的實施例。相反地，這些實施例被提供，使得本公開將是徹底而完整的并且完全將本發(fā)明的范圍傳達給本領域技術人員。相似的附圖標記始終表示相似的元件。撇符號(如果使用的話)表示可替換實施例中的相似元件。如先前所指出的，可以例如通過特定材料流相對于彼此的仔細放置和配置并且通過應用熱交換器網(wǎng)絡(ffiN)以便允許廢熱回收而將由超結(jié)構(gòu)的過程采用或消耗的總能量優(yōu)化為全局最小水平。然而，在基層工廠設計中以及在相應頻繁的未來改型要求中，由于正在發(fā)生的資金成本與能量成本之間的折衷的變化，熱交換器網(wǎng)絡合成可能是一項主 要的任務?？梢詫⒕哂幸呀?jīng)存在的需要移除的熱能的流以及需要添加熱量的流彼此關聯(lián)以便優(yōu)化過程的能耗。此外，在優(yōu)化時仔細選擇熱流與冷流之間的最小溫度差異也可能導致能耗的巨大節(jié)省。然而，這些節(jié)省并不完全可實現(xiàn)，只要存在一些可能防止一些流與其他一些流匹配的約束。因此，為了最大化優(yōu)化，需要考慮這樣的約束。就是說，為了最大化優(yōu)化，應當在設計之前的能量目標確定階段期間或者可替換地在工廠或裝備的重新配置或改裝期間考慮到可能與例如腐蝕、環(huán)境原因、結(jié)垢(scaling)、泄漏問題、流相距甚遠或者流處于不同的危險區(qū)和/或可操作性原因有關的非熱力學約束。同樣地，將高度優(yōu)選的是在實際工廠和裝備的實際設計、重新設計、構(gòu)造或修改之前利用建模系統(tǒng)考慮這些優(yōu)化問題。如上面所指出的，商業(yè)軟件和/或研究論文中的最新技術水平的方法描述了兩種熱交換器網(wǎng)絡設計方法帶有其修改的夾點設計方法；以及基于數(shù)學規(guī)劃/優(yōu)化的方法，其將兩個主要超結(jié)構(gòu)模板用于自動化合成或者其采用優(yōu)化以便僅僅優(yōu)化已經(jīng)使用與優(yōu)化分支和熱交換器負荷有關的夾點設計方法給定的(初始)結(jié)構(gòu)。通過過程集成聯(lián)合會產(chǎn)生的工業(yè)中最廣泛使用的軟件稱為“Sprint”，其包括應用夾點設計方法接著是優(yōu)化能力，該優(yōu)化能力通過致力于熱交換器的分支和負荷而優(yōu)化(由夾點設計方法創(chuàng)建的)初始設計以便實現(xiàn)“最佳的”總成本網(wǎng)絡。該方法由于其非黑盒方法而在工業(yè)社會中被接受，由此過程工程師處于熱交換器網(wǎng)絡的初始設計的“環(huán)路內(nèi)”——即該處理工程師可以做出可以隨著設計的進展而改變的設計決策。然而，在概念水平上，依照本發(fā)明一個或多個實施例的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品的各個實施例相對于夾點設計方法有利地表現(xiàn)出高級能力，同時仍然保持過程工程師處于設計他/她的熱交換器網(wǎng)絡的“環(huán)路內(nèi)”。例如，在夾點設計方法不能系統(tǒng)地處理可能導致從能量和/或資金的觀點來看可以呈現(xiàn)更好經(jīng)濟的一些可能的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的各種情況的場合下，本方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品的各個實施例正好提供了這樣的能力。這樣的情況可以包括流匹配的特定組合以說明非熱力學約束應用情形、其中熱流與熱流匹配和/或冷流與冷流匹配的特定于流的最小溫差情形、以及其中熱流部分地轉(zhuǎn)換成冷流和/或冷流部分地轉(zhuǎn)換成熱流的部分流轉(zhuǎn)換情形、等等。此外，在細節(jié)水平上，一種方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品的各個實施例可以有利地產(chǎn)生如下的熱交換器網(wǎng)絡由于夾點設計方法的導致依照夾點和近夾點的數(shù)量分解問題的概念方法(局限)，該熱交換器網(wǎng)絡對于閾值和近夾點問題而言具有比夾點設計方法更少數(shù)量的熱交換器單元。對于所有其他而言，一種方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品的各個實施例可以產(chǎn)生如下的熱交換器網(wǎng)絡由于夾點分解理念在每個夾點處造成的低效率以及依照夾點設計方法在夾點處執(zhí)行流分裂以便滿足夾點設計匹配準則(甚至在其中這樣的流分裂將另外沒有必要的情況下)的相應要求，對于夾點問題而言所述熱交換器網(wǎng)絡與夾點設計方法相比具有更少或者相等數(shù)量的熱交換器單元。類似地，依照本發(fā)明一個或多個實施例的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品的各個實施例相對于基于數(shù)學規(guī)劃/優(yōu)化的方法表現(xiàn)出高級能力，同時仍然保持過程工程師處于設計他/她的熱交換器網(wǎng)絡的“環(huán)路內(nèi)”。如先前所指出的，基于數(shù)學規(guī)劃/優(yōu)化的方法自八十年代末以來就存在于學術界中，但是出于若干原因仍然通常沒有用在大規(guī)模的工業(yè)應用上。例如尤其是對于大的問題而言，這樣的方法的計算要求可能是大量的，并且解通常不能一致地提供全局性并且頻繁地僅僅呈現(xiàn)局部平凡解，這歸因于例如方法的黑盒性質(zhì)、關于問題經(jīng)濟學的假設、網(wǎng)絡中使用的熱交換器的類型、需要事先知道的公用工程類型和溫度、用于流匹配的轉(zhuǎn)運模型的非包容性以及產(chǎn)生每個熱交換器網(wǎng)絡的超結(jié)構(gòu)。此外，一種方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品的各個實施例可以產(chǎn)生這樣的熱交換器網(wǎng)絡設計，這些熱交換器網(wǎng)絡設計相對于使用最新技術水平的軟件產(chǎn)生的熱交換器網(wǎng)絡設計具有 更廉價的生命周期成本，這歸因于在設計階段期間系統(tǒng)地考慮了網(wǎng)絡可改型性，這在使用夾點設計方法或者基于數(shù)學規(guī)劃/優(yōu)化的方法時將不可獲得。關于夾點設計方法，由于這樣的方法例如沒有用于選擇最佳特定于流的最小溫度集合的系統(tǒng)過程并且由于其夾點設計理念在選擇最佳網(wǎng)絡全局最小溫差之后甚至通過使用全局最小溫差重復當前的順序理念而開始網(wǎng)絡的設計，因而得到的新網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)將不被期望在類別上始終類似于先前的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。因而，與本發(fā)明的各個實施例所提供的開銷相比，這樣的采用將導致在網(wǎng)絡調(diào)解努力中需要大量的開銷。關于基于數(shù)學規(guī)劃/優(yōu)化的方法，由于這樣的方法例如沒有包括用于針對能量成本的未來變化解決使用任何現(xiàn)有超結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的設計的“可改型性”的模型(比如夾點設計方法)，因而基于數(shù)學規(guī)劃/優(yōu)化的方法也缺乏設計表現(xiàn)出最小生命周期成本的系統(tǒng)的概念，這將需要被發(fā)展以便解決熱交換器網(wǎng)絡“可改型性”概念?；鶎釉O計改進
圖I圖解說明了合成用于依照一個或多個公用工程目標冷卻至少一個、但是更典型地大量熱過程流并且加熱至少一個、但是更典型地大量冷過程流的基層熱交換器網(wǎng)絡的示例性系統(tǒng)30。系統(tǒng)30可以包括熱交換器網(wǎng)絡合成計算機31，具有處理器33、耦合到處理器33以便在其中存儲軟件和數(shù)據(jù)庫記錄的存儲器35 ;以及用戶接口 37，可以包括用于顯示圖形圖像的圖形顯示器39以及本領域技術人員已知的提供用戶訪問以便操縱軟件和數(shù)據(jù)庫記錄的用戶輸入設備41。注意，計算機31可以處于個人計算機的形式或者處于服務多個用戶接口 37的一個服務器或者多個服務器的形式。因此，用戶接口 37可以直接地或者通過本領域技術人員已知的網(wǎng)絡38連接到計算機31。如本領域技術人員將理解的，系統(tǒng)30也可以包括存儲在(內(nèi)部或外部)存儲器中的一個或多個表格和/或數(shù)據(jù)庫43，所述存儲器操作耦合到熱交換器網(wǎng)絡合成計算機31。所述一個或多個數(shù)據(jù)庫43可以包括用于熱過程流中的每一個的各個操作屬性的一個或多個離散值或值集合/范圍以及用于冷過程流中的每一個的各個操作屬性的一個或多個離散值或值集合/范圍。這樣的操作屬性可以包括例如用于熱過程流中的每一個和冷過程流中的每一個的離散供應溫度(Ts)和/或供應溫度的上下邊界值、用于熱過程流中的每一個和冷過程流中的每一個的離散目標溫度(Tt)和/或目標溫度的上下邊界值、以及用于熱過程流中的每一個和冷過程流中的每一個的離散熱容量流率(FCp)和/或熱容量流率的上下邊界值、以及相應的離散焓值或者相應的最小和最大焓值，如果對于其他操作屬性中的一個或多個提供/接收了任何范圍或集合數(shù)據(jù)的話。如本領域普通技術人員將理解的，所述一個或多個表格和/或數(shù)據(jù)庫43也可以包括約束流列表或表格，包括由于非熱力學約束而被約束匹配至少一個其他過程流的任何非熱力學約束過程流的標識，諸如例如禁止特定過程的熱流#1與冷流#2匹配的指示、等等。所述一個或多個表格和/或數(shù)據(jù)庫43也可以包括針對所述多個熱過程流和/或冷流中的每個單獨的熱程流和/或冷流所確定或分配的特定于流的最小溫差值(A TniiniX針對熱過程流中的每個單獨的熱過程流所確定或分配的雙特定于流的最小溫差值(AT.1)，和/或針對熱過程流中的每個單獨的熱過程流所確定或分配的特定于流的最小溫差值范圍集合({ AT.1 })，例如最小值或最大值或者范圍區(qū)間。
注意，依照本發(fā)明的一個實施例，雙流特定于流的最小溫差概念是其中熱流可以具有出于在不考慮熱交換器區(qū)域或固定成本的情況下允許節(jié)省的總能量的量與保持的特定于流的能量的量之間的折衷而提供的兩個特定于流的最小溫差值的情況，這依照夾點設計方法對用戶是不可獲得的。雙流特定于流的最小溫差概念不應當與文獻中描述的雙溫差設計方法混淆，所述雙溫差設計方法描述了兩個溫差用于網(wǎng)絡熱回收的全局最小溫差值以及用于用來在特定情況下出于節(jié)省資金而不是為了保持流質(zhì)量(溫度)而違反全局最小溫差的特定熱交換器的另一個溫差。系統(tǒng)30也可以包括熱交換器網(wǎng)絡合成程序產(chǎn)品51，該程序產(chǎn)品存儲在熱交換器網(wǎng)絡合成計算機31的存儲器35中并且適于合成這樣的熱交換器網(wǎng)絡，該熱交換器網(wǎng)絡在特定情形下系統(tǒng)地使用高級匹配解決方案在其限定的界限內(nèi)大大滿足或者至少基本上滿足公用工程希望的消耗，與使用夾點設計方法產(chǎn)生的熱交換器單元數(shù)量相比具有至少相同的、但是更加典型地更少數(shù)量的熱交換器單元；并且該熱交換器網(wǎng)絡在其他情形下將實現(xiàn)更少數(shù)量的單元和更少的公用工程消耗，以及產(chǎn)生在未來容易改型的網(wǎng)絡以便對于要依照其對應熱容量流率、供應和目標溫度、特定于流的最小溫差和/或雙特定于流的最小溫差并且依照需要通過有界限的目標而滿足或者基本上滿足的任何公用工程目標進行冷卻或加熱的給定過程流列表以及對于給定流匹配約束列表適應能量價格的變化。特別地，依照本發(fā)明的一個或多個實施例，程序產(chǎn)品51可以用來合成用于過程或過程集群的熱交換器網(wǎng)絡(優(yōu)選地，具有在未來容易改型的拓撲結(jié)構(gòu)的熱交換器網(wǎng)絡)，該熱交換器網(wǎng)絡響應于接收到過程或過程集群使用的主要資源流的過程和/或公用工程系統(tǒng)屬性值集合，接收到過程流之間的至少一個特定于流的最小溫差集合，接收到流初始類型列表或表格，接收到流匹配約束列表或表格，以及接收到根據(jù)流條件確定的一個或多個公用工程消耗值而實現(xiàn)確切地滿足特定加熱和冷卻公用工程負載的至少一個公用工程目標；使用更少數(shù)量的熱交換器單元的至少一個目標；在有界限的范圍內(nèi)滿足特定加熱和冷卻公用工程的至少一個目標；使用加熱或冷卻公用工程的至少一個目標；使用更少的熱公用工程消耗的至少一個目標；使用更少的冷公用工程消耗的至少一個目標；使用更少數(shù)量的熱公用工程類型的至少一個目標；使用更少數(shù)量的冷公用工程類型的至少一個目標；在過程源區(qū)中具有更少退化的至少一個目標；和/或具有過程匯區(qū)的更好利用的至少一個目標。此外，依照本發(fā)明的一個或多個實施例，程序產(chǎn)品51可以提供適于執(zhí)行以下附加的初步步驟的系統(tǒng)技術標識熱交換器網(wǎng)絡中的過程內(nèi)使用的過程流的操作屬性，這些操作屬性影響過程的所述多個公用工程消耗或者過程中使用的熱交換器單元的數(shù)量或者二者和/或上面描述的目標中的任何其他目標；指示來自用戶提供的一個或多個范圍的一個或多個特定屬性值(在開始時或者甚至在過程的實現(xiàn)期間決定)，所述特定屬性值導致一個或多個計算的新公用工程消耗值并且可以提供對其響應而合成熱交換器網(wǎng)絡以便實現(xiàn)上面標識的關聯(lián)目標中的一個或多個。注意，如本領域技術人員已知和理解的，熱交換器網(wǎng)絡合成程序產(chǎn)品51可以處于微代碼、程序、例程和符號語言的形式，其提供控制硬件發(fā)揮作用并且引導其操作的一個或多個特定有序操作集合。還注意，依照本發(fā)明的一個或多個實施例，熱交換器網(wǎng)絡合成程序產(chǎn)品51不必全部駐留在易失性存儲器中，而是可以在必要時依照本領域技術人員已知和理解的各種方法選擇性地加載。
下面的表格提供了依照本發(fā)明實施例的一個實例的熱交換器網(wǎng)絡合成算法的高度概括
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步驟I :步驟I包括接收例如由用戶輸入的或者存儲在數(shù)據(jù)庫43中的輸入數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可以例如包括用于熱過程流中的每一個和冷過程流中的每一個的離散供應溫度(Ts)和/或供應溫度區(qū)間(Ts[L:U])的上下邊界值、用于熱過程流中的每一個和冷過程流中的每一個的離散目標溫度(Tt)和/或目標溫度區(qū)間(Tt[L:U])的上下邊界值，以及用于熱過程流中的每一個和冷過程流中的每一個的離散熱容量流率(FCp)和/或熱容量流率區(qū)間(FCp[L:U])的上下邊界值，以及相應的離散焓值或者相應的最小和最大焓值，如果對于其他操作屬性中的一個或多個提供了任何范圍或集合數(shù)據(jù)的話。依照本發(fā)明的實施例的一個實例，對于冷流而言，供應溫度(Ts)和目標溫度(Tt)可以處于實際供應和目標溫度的形式，而對于熱流而言，供應溫度(Ts)和目標溫度(Tt)可以為實際值減去用戶選擇的最小值。數(shù)據(jù)也可以包括用于每一個熱過程流的離散的和/或雙特定于流的最小溫差值(ATminiX以及由于非熱力學約束(例如禁止匹配列表)而被約束匹配至少一個其他資源流的一個或多個約束過程流的列表。步驟2 :步驟2包括產(chǎn)生溫度區(qū)間100 (參見例如圖2)并且將特定的最小溫差值(AU)應用到熱流中的每一個。圖2提供了圖解說明依照本發(fā)明實施例的覆蓋在為其產(chǎn)生的連續(xù)溫度區(qū)間100上的工業(yè)過程的簡單實例的圖表的實例，其包括四個單獨的、不同的過程流HI、H2、Cl、C2。過程流Hl和H2為熱流，而流Cl和C2為冷流。在該實例中，對 用于每個過程流的單獨的操作屬性進行建模。這些操作屬性包括在每個過程流箭頭101、103、105、107的尾部所示的每個流的供應溫度(Ts)，在每個過程流箭頭101、103、105、107的頭部所示的其目標溫度(Tt)，以及用于每個過程流的熱容量流率(FCp)。注意，為了簡單起見，在圖2所示的示例性圖示中，僅僅使用了供應溫度、目標溫度和熱容量流率的離散值，并且將不同的特定于流的最小溫差值(A T.i)嵌入到熱流Hl和H2中。在該圖示中，為了產(chǎn)生溫度階距100，首先至少在概念上使用其實際數(shù)據(jù)從其起始溫度到其目標溫度繪制或者以其他方式表述冷流Cl和C2，并且然后每個熱流Hl和H2按照其對應的特定于流的最小溫差值(A T.i)(例如單獨的特定于流的最小溫差或者雙特定于流的最小溫差)向下移位以便將單獨的AT.1值嵌入到熱流Hl和H2中。至少在概念上在每個流的起始和結(jié)束處繪制或者以其他方式表述線以便限定過程流箭頭101、103、105、107。溫度區(qū)間100如圖2中所示限定，并且如下文中更詳細地描述的，與(一個或多個)過程分叉溫度一起計算能量目標Qh、Qc以便促進熱交換器網(wǎng)絡合成任務。例如111處所示的過程分叉溫度(PBT)是過程從作為熱匯變換到變成熱源所在的點。注意，措詞“在概念上”在本段落中用來表示當在計算機上執(zhí)行(一個或多個)步驟時，用于每個流的參數(shù)被計算，但是不一定用圖形顯不。步驟3和4 :步驟3包括對于所有類型的問題自頂至底(最高至最低)移動地在每個溫度區(qū)間101處匹配流，并且步驟4包括確定目標為公用工程作為引導并且在通過溫度區(qū)間向下步進期間平衡使用公用工程的負載。圖3-4B提供了用于執(zhí)行公用工程消耗計算的背景框架。特別地，圖3圖解說明了溫度階距中的每一個處的焓變化。圖4A-4B圖解說明了被修改為提供各種視覺增強的修改的大復合曲線。就是說，圖4A例如使用了實際溫度標度而不是如文獻中所描述的移位溫度標度。圖4B圖解說明了圖4A中所示的曲線，但是對于溫度階距中的每一個而言，每個加熱負荷(Qh)按照“用戶選擇的/希望的”熱公用工程-過程最小溫差值(Thu)移位。這些圖也有利地在水平標度上繪出了溫度并且在豎直標度上繪出了焓。讓溫度處于水平“X”軸上而不是如文獻中所描述的處于豎直軸上，實現(xiàn)對由于變化的過程條件和/或公用工程的選擇而引起的“曲線下的面積”的增加或降低的圖形估計，其與過程所需的功的量和可以從過程提取的功的量以及在給定條件下可能被過程丟失的功的量成正比。如圖4A中所示，理論的丟失的功(W_lost)可以依照下式進行計算W_lost = Q(1_T0/T)，其中Q為加熱或冷卻負荷，TO為外界溫度，并且T為結(jié)束溫度。圖5示出了用于簡單問題的熱交換器網(wǎng)絡合成實現(xiàn)的結(jié)果的示意圖。盡管上面的實例涉及簡單的工業(yè)過程“問題”，但是本發(fā)明的各個實施例同樣可應用于需要加熱和冷卻公用工程的問題(夾點問題或者具有夾點和近夾點以及多個夾點的問題)以及僅僅需要冷卻公用工程或者僅僅需要加熱公用工程的問題(稱為閾值問題)。在步驟3中引入自頂至底(最高至最低)執(zhí)行匹配，由此例如熱流可以與冷流、冷公用工程和/或另一個熱流匹配，這可以依照各種熱流連接，例如包括并行的、串行的、并串行的、串并行的以及(任何匹配的一個或多個單元的)旁路連接。依照本發(fā)明的各個實施例，在最高溫度區(qū)間100處開始，匹配在熱流與具有冷流的公用工程之間執(zhí)行，并且從該頂部至底部進行。該自頂至底匹配方法與常規(guī)的夾點設計方法形成鮮明的對比，由此匹配在夾點(典型地位于溫度標度上的中間位置處)處執(zhí)行并且然后在溫度標度上向上移動到夾 點上方以便完成高于夾點子問題，并且然后再次在夾點處開始且沿著溫度標度向下移動到夾點下方以便完成低于夾點子問題。自頂至底方法有利地促進在其中熱流與冷流之間的溫差處于最小值并且其中熱的供應與冷的需求之間的平衡/差異可以由具有最低可能供應溫度的公用工程補償?shù)南嗤瑴囟葏^(qū)間處匹配流。這種方法可以基本上最小化熱過程流和/或熱公用工程中的能量“質(zhì)量”損失或能量質(zhì)量退化。所述匹配步驟也可以包括匹配可以彼此抵消或者在與其他流匹配時向它們之一提供最小質(zhì)量退化的流；匹配具有最大重疊或者具有相等或接近相等的熱容量流率(FCp)的流；將具有高FCp和高總體熱傳遞系數(shù)(Us)的流與具有低FCp和低熱傳遞系數(shù)的流匹配；和/或采用流切換/部分轉(zhuǎn)換、同類匹配或者包括緩沖器(如果可行的話)以便克服非熱力學約束。圖6-27提供了六個簡單比較實例，其圖解說明了在可能預期在工業(yè)中遇到的情況下與使用例如夾點設計方法、接著是優(yōu)化選項而產(chǎn)生的熱交換器單元數(shù)量相比，使用高級匹配解決方案可以如何得到更少數(shù)量的熱交換器單元131。圖6提供了圖解說明要在比較分析中使用的覆蓋在為其產(chǎn)生的連續(xù)溫度區(qū)間100上的工業(yè)過程的簡單實例的圖表。圖解說明的工業(yè)過程結(jié)合了三個單獨且不同的過程流HU Cl、C2，其僅僅具有用于供應溫度、目標溫度和熱容量流率的離散值并且具有嵌入到熱流Hl中的10°F的最小溫差值(ATmin)以便促進以下之間的比較應用夾點設計方法的結(jié)果，得到具有9個熱交換器的網(wǎng)絡設計(參見圖7);應用夾點設計方法、接著是軟件優(yōu)化選項的結(jié)果，得到具有6個熱交換器的網(wǎng)絡設計，其中圖8中所示的熱交換器#2、#5和#9從圖7中所示的初始設計(使用夾點設計方法而獲得)中移除以便形成軟件優(yōu)化的最終設計(參見圖9);以及依照本發(fā)明實施例產(chǎn)生的結(jié)果，得到具有僅僅4個熱交換器的網(wǎng)絡設計(參見圖10)。如步驟0中所指出的，本發(fā)明的各個實施例可以在沒有分解的情況下將問題作為單個問題對待，這可以導致比使用夾點設計方法而可能的情況更少數(shù)量的熱交換器單元131，所述夾點設計方法將問題分解成兩個問題或者有時在多過程夾點的情況下或者如在其中我們具有近夾點情形的圖6中那樣的近夾點情形中分解成超過兩個問題。為了使用夾點設計方法解決問題，夾點設計方法要求將問題劃分成3個子問題一個介于夾點與近夾點溫度之間(150-200度)，一個高于200度，并且一個低于150度。為了在子問題中限定最少數(shù)量的熱交換器單元131，具有軟件優(yōu)化的夾點設計方法規(guī)定最小數(shù)量(或者U_min)等于流(包括公用工程流)的總數(shù)量之和減去I。因此，包含兩個過程流和一個公用工程流的夾點與近夾點之間(150-200度)的子問題要求至少兩個熱交換器單元131。包含三個過程流和一個公用工程流的高于200度的子問題要求至少三個熱交換器單元131。包含一個過程流和一個公用工程流的低于200度的子問題要求至少一個熱交換器單元131。就是說，使用夾點設計方法規(guī)則，所需熱交換器單元131的最小總數(shù)量將為至少六個熱交換器單元131。照此，即使在其中夾點與近夾點之間的區(qū)域不要求使用公用工程流的情形中，能夠由應用到問題的這種類型的網(wǎng)絡設計方法產(chǎn)生的最佳設計(諸如例如圖6中所示的設計)將總是呈現(xiàn)比依照本發(fā)明示例性實施例提供的熱交換器單元數(shù)量(參見例如圖9)更大數(shù)量的熱交換器單元131。如先前所指出的，在夾點處分解問題并且在夾點處開始匹配過程導致以僅僅滿足在夾點處匹配的準則的原因分裂的流，引起由不必要分裂的流解決的人為 約束，并且因而產(chǎn)生具有比將在別的情況下必要的數(shù)量更大數(shù)量的熱交換器單元131的網(wǎng)絡。此外，如先前所指出的，夾點設計方法將沒有夾點/約束的閾值問題(僅僅需要冷卻公用工程或者僅僅需要加熱公用工程的問題)作為夾點問題對待以便推廣夾點設計方法以用于處理所有類型的問題。然而，這樣做不利地產(chǎn)生人為約束的情形，這使得在搗亂夾點處分裂流成為必要以便依照夾點設計方法規(guī)則滿足夾點處的匹配準則。有益的是，本發(fā)明的各個實施例沒有這樣的局限，并且因而在這樣的情況下應當總是呈現(xiàn)比依照夾點設計方法提供的熱交換器單元數(shù)量更小數(shù)量的熱交換器單元131。如圖10中所示，作為依照本發(fā)明的該示例性實施例的網(wǎng)絡合成的一部分，在最高溫度區(qū)間處將具有I mmBTU/h/°F的熱容量流率FCp的熱流Hl與也具有I mmBTU/h/°F的熱容量流率FCp的C2匹配，這提供了最大的重疊并且這作為結(jié)果而完全抵消C2。圖11提供了依照本發(fā)明實施例的圖10所示的設計的修改。如圖所示，冷流Cl事實上被分裂以形成Cll和C12，并且低質(zhì)量公用工程在152處結(jié)合151處利用的高質(zhì)量公用工程而被利用以便加熱冷流C12，從而最小化了總體公用工程成本，但是以多一個熱交換器為代價。然而，熱交換器的總數(shù)(5個)仍然比接著是軟件優(yōu)化選項的夾點設計方法(6個)少一個熱交換器。圖12圖解說明了要用在比較分析中的覆蓋在為其產(chǎn)生的連續(xù)溫度區(qū)間100上的工業(yè)過程的另一個簡單實例。圖解說明的工業(yè)過程結(jié)合了四個單獨且不同的過程流H1、H2、Cl、C2，其僅僅具有用于供應溫度、目標溫度和熱容量流率的離散值并且具有嵌入到熱流H1、H2的每一個中的10°C的最小溫差值(AL』)以便促進以下之間的比較應用夾點設計方法、接著是軟件優(yōu)化選項的結(jié)果，得到具有8個熱交換器的網(wǎng)絡設計(參見圖13);以及依照本發(fā)明實施例產(chǎn)生的結(jié)果，得到具有僅僅5個熱交換器的網(wǎng)絡設計(參見圖14)。如圖14中所示，作為依照本發(fā)明的該示例性實施例的網(wǎng)絡合成的一部分，熱流Hl在最高溫度區(qū)間處與Cl匹配，并且Hl和H2被匹配以便提供與Cl的最大重疊，這對于相同的總加熱和冷卻負荷而言共同地導致更少數(shù)量的所需熱交換器單元。
圖15圖解說明了覆蓋在為其產(chǎn)生的連續(xù)溫度區(qū)間100上的工業(yè)過程的另一個簡單實例，其提供了閾值問題(僅僅冷卻)的一個實例。圖解說明的工業(yè)過程結(jié)合了四個單獨且不同的過程流H1、H2、C1、C2，其僅僅具有用于供應溫度、目標溫度和熱容量流率的離散值并且具有嵌入到熱流Hl、H2的每一個中的10°K的最小溫差值(AT.1)以便促進以下之間的比較應用夾點設計方法、接著是軟件優(yōu)化選項的結(jié)果，得到具有4個熱交換器的網(wǎng)絡設計(參見圖16);以及依照本發(fā)明實施例產(chǎn)生的結(jié)果，得到具有僅僅3個熱交換器的網(wǎng)絡設計(圖17)。如圖17中所示，作為依照本發(fā)明的該示例性實施例的網(wǎng)絡合成的一部分，熱流Hl在最高溫度區(qū)間處與具有相同熱容量流率的C2匹配且完全抵消C2，并且H2在最高溫度區(qū)間處與Cl匹配以便提供與Cl的最大重疊且完全抵消Cl，這對于相同的總冷卻負荷而言導致更少數(shù)量的所需熱交換器單元。圖18圖解說明了覆蓋在為其產(chǎn)生的連續(xù)溫度區(qū)間100上的工業(yè)過程的另一個簡單實例，其提供了閾值問題(僅僅加熱)的一個實例。圖解說明的工業(yè)過程結(jié)合了四個單獨且不同的過程流H1、H2、C1、C2，其僅僅具有用于供應溫度、目標溫度和熱容量流率的離散值并且具有嵌入到熱流Hl、H2的每一個中的10°K的最小溫差值(AT.1)以便促進以下之間 的比較應用夾點設計方法、接著是軟件優(yōu)化選項的結(jié)果，得到具有6個熱交換器的網(wǎng)絡設計(參見圖19);以及依照本發(fā)明實施例產(chǎn)生的結(jié)果，得到具有僅僅5個熱交換器的網(wǎng)絡設計(圖20)。如圖20中所示，作為依照本發(fā)明的該示例性實施例的網(wǎng)絡合成的一部分，熱流Hl與具有相同熱容量流率和完全重疊的Cl匹配，導致Hl的完全抵消，并且H2在最高溫度區(qū)間處與C2匹配以便提供與C2的最大重疊并且在最低溫度區(qū)間處與Cl匹配以便最大化熱交換(增強利用)，這對于相同的總加熱負載/負荷而言導致更少數(shù)量的所需熱交換器單
J Li o步驟5 :步驟5包括必要時分裂流以達到希望的公用工程負載和/或質(zhì)量。流分裂可以例如在用戶請求/選擇時進行以便例如降低由于在過程匯區(qū)將特定溫度區(qū)間處的熱流與較低溫度區(qū)間處的冷流匹配而引起的能量質(zhì)量退化。該技術與夾點設計方法形成對t匕，由此分裂僅僅在夾點處進行以便滿足問題可行性問題，即夾點處或者高于夾點區(qū)和低于夾點區(qū)的匹配準則，這是產(chǎn)生具有過量熱交換器的網(wǎng)絡設計的主要原因。圖21-24和圖25-27提供了兩個單獨的問題和比較網(wǎng)絡合成以便包括依照本發(fā)明實施例的流分裂的圖解說明。如圖21中所示的第一流分裂實例提供了覆蓋在為其產(chǎn)生的連續(xù)溫度區(qū)間100上的簡單工業(yè)過程，其包括四個單獨且不同的過程流H1、H2、Cl、C2，僅僅具有用于供應溫度、目標溫度和熱容量流率的離散值并且具有嵌入到熱流Hl、H2的每一個中的10° K的最小溫差值(AT.1)以便促進以下之間的比較應用夾點設計方法、接著是軟件優(yōu)化選項的結(jié)果，得到具有10個熱交換器的網(wǎng)絡設計(參見圖22);以及依照本發(fā)明實施例產(chǎn)生的結(jié)果，得到具有僅僅7個熱交換器的網(wǎng)絡設計(圖23-24)。作為依照本發(fā)明的示例性實施例的網(wǎng)絡合成的一部分且如圖23中也許最佳地示出的，將具有7 kff/°K的熱容量流率FCp的熱流H2 (圖22)分裂成具有3 kW/°K、2 kff/°K和2 kW/°K的熱容量流率的三個單獨的熱流H21、H22、H23，并且將具有17 kW/°K的熱容量流率FCp的冷流C2 (圖22)分裂成具有2 kW/°K和15 kff/°K的熱容量流率的兩個單獨的冷流C21、C22。有益的是，流分裂允許將Hl與具有相等熱容量流率的流C22匹配，H22與C21之間的完全抵消以及H23與Cl之間具有相等熱容量流率的最大重疊(參見圖24)。如圖25中所示的第二流分裂實例提供了覆蓋在為其產(chǎn)生的連續(xù)溫度區(qū)間100上的另一個簡單工業(yè)過程，其包括四個單獨且不同的過程流H1、H2、C1、C2，僅僅具有用于供應溫度、目標溫度和熱容量流率的離散值，并且具有嵌入到熱流HI、H2的每一個中的10°K的最小溫差值(al』)以便促進以下之間的比較應用夾點設計方法、接著是軟件優(yōu)化選項的結(jié)果，得到具有7個熱交換器的網(wǎng)絡設計(參見圖26);以及依照本發(fā)明實施例產(chǎn)生的結(jié)果，得到具有僅僅5個熱交換器的網(wǎng)絡設計(圖27)。作為依照本發(fā)明的示例性實施例的網(wǎng)絡合成的一部分，且如圖27中也許最佳地示出的，將具有3 kff/°K的熱容量流率FCp的熱流Hl (圖25)分裂成具有I. 846 kW/°K和I. 154 kW/°K的熱容量流率的兩個單獨的熱流H11、H12。有益的是，流分裂允許將C2與最高溫度區(qū)間處的流Hll匹配，該流Hll可以完全抵消C2 ;以及將Cl與最高溫度區(qū)間處的流H12匹配，該流H12具有接近相等的熱容量流率并且可以基本上抵消Cl。
工業(yè)約束問題
在工業(yè)應用中，由于腐蝕、安全、環(huán)境、相距甚遠、維護、可控性、啟動、污垢等等，在流匹配中可能存在許多物理的非熱力學約束。此外，可能存在各種與偏好有關的非熱力學約束，諸如例如不希望(一個或多個)流分裂或者要求更少數(shù)量的熱交換器。這樣的情形通常導致更多的公用工程消耗和增加的資金成本。如先前所指出的，從公用工程消耗和熱交換器單元數(shù)量的觀點來看，匹配中流條件的最佳利用及其類型的操縱尤其是在遇到非熱力學約束時可能對于熱交換器網(wǎng)絡合成而言非常有益。程序產(chǎn)品51的各個實施例包括例如依照以下過程將流從具有單匹配能力轉(zhuǎn)換成具有雙匹配能力的流，這可以在具有禁止匹配情況時觸發(fā)。圖28-38提供了兩個采用同類(熱-熱、冷-冷)匹配的說明性實例以及兩個采用流指定切換(例如，改變或者以其他方式指定要從特定希望的值改變或者以其他方式重新分配為另一個值的熱/冷過程流的(一個或多個)特定流屬性，將熱/冷過程流的部分的指定改變或者以其他方式分配為冷/熱流的指定，以及例如將流屬性值改回至最初希望的值以便實現(xiàn)目標值之一)的說明性實例以克服特定過程約束。圖28-30例如引入了提供第一冷流Cl由第二冷流C2加熱的機會以便回收熱公用工程的方案，因為Cl被約束與Hl匹配。具體而言，圖28圖解說明了覆蓋在為其產(chǎn)生的連續(xù)溫度區(qū)間100上的簡單非熱力學約束工業(yè)過程。該圖解說明的工業(yè)過程結(jié)合了三個單獨且不同的過程流H1、C1、C2，其僅僅具有用于供應溫度、目標溫度和熱容量流率的離散值，并且具有嵌入到熱流Hl中的10°K的最小溫差值(ATminX該工業(yè)過程具有非熱力學約束，由此Hl被禁止與Cl匹配。在不應用依照本發(fā)明一個實施例的同類“冷-冷”匹配解決方案的情況下，熱公用工程負荷將為600 kff,并且冷公用工程負荷將為50 kff,因為熱流Hl將僅僅與冷流C2匹配。如圖29中160處也許最佳地示出的，作為依照本發(fā)明的該示例性實施例的網(wǎng)絡合成的一部分，可以首先將具有比Cl更高的供應溫度的冷流C2冷卻到其間的中間點，并且于是然后將其加熱到希望的目標溫度。特別地，如圖30中也許最佳地示出的，在采用冷流Cl與冷流C2之間的同類匹配時，使用10°K的冷-冷最小溫差值(A Tmin)通過在該實例中將為205°K的Cl以最大可能的程度將冷流C2冷卻到低于250°K供應溫度。這導致這樣的要求，由此冷流C2將需要比依照其原始情形將所需的更多加熱公用工程以達到其目標溫度。為了降低這樣的要求，過分冷卻的冷流(這里為冷流C2)于是可以與熱流Hl異類匹配。注意，同類和異類匹配步驟期間使用的A Tmin將對結(jié)果具有影響。就是說，在同類匹配步驟中，將冷流C2冷卻到205°K的溫度，其為高于Cl供應溫度的A Tmin希望值，從而產(chǎn)生低于原始情況的新C2供應溫度。在異類匹配步驟中，這樣的新供應溫度將是在C2與Hl匹配中使用的溫度以便降低熱公用工程需求。如進一步圖解說明的，可以采用多個高級匹配解決方案。例如，在該特定情況下，可以分裂C2以形成C21和C22，每個具有205°K的起始溫度，并且每個具有I kW/°K的熱容量流率。有益的是，流分裂允許將C21與最高溫度區(qū)間處的具有相等熱容量流率的流Hl匹配，并且可以基本上抵消Hl (即只有低于205°K線的部分仍然需要通過公用工程冷卻)。該配置將熱公用工程要求從600 kW降低至555 kW并且將冷公用工程要求從50 kW降低至5kW。圖31圖解說明了覆蓋在為其產(chǎn)生的連續(xù)溫度區(qū)間100上的另一個簡單非熱力學約束工業(yè)過程。該圖解說明的工業(yè)過程結(jié)合了三個單獨且不同的過程流H1、H2、C1，每個過 程流僅僅具有用于供應溫度、目標溫度和熱容量流率的離散值，并且具有分別嵌入到熱流H1、H2中的20°K和10°K的不同的最小溫差值(A TminiX該工業(yè)過程具有非熱力學約束，由此Hl被禁止與Cl匹配。在不應用依照本發(fā)明一個實施例的同類“熱-熱”匹配解決方案的情況下，熱公用工程負荷將為300 kW，并且冷公用工程負荷將為490 kW，因為只有具有最小重疊的熱流H2將與冷流Cl匹配。如圖32中所示，作為依照本發(fā)明的該示例性實施例的網(wǎng)絡合成的一部分，可以首先將具有比Hl更低的供應溫度的熱流H2加熱到其間的中間點，并且于是然后將其冷卻到希望的目標溫度。特別地，使用10°K的熱-熱ATmin (等于A Tmin111與A Tmin112之差)通過在該實例中將為425°K的Hl以最大可能的程度將熱流H2加熱到高于300°K供應溫度。如進一步圖解說明的，具有2 kff/°K的熱容量流率并且現(xiàn)在具有425° K的起始溫度的H2與也具有2 kff/0K的熱容量流率并且現(xiàn)在具有與H2的大量重疊的Cl匹配。該配置使用相同總數(shù)的熱交換器將熱公用工程要求從300 kW降低至50 kW并且將冷公用工程要求從490 kW降低至240 kffo圖33圖解說明了覆蓋在為其產(chǎn)生的連續(xù)溫度區(qū)間100上的另一個簡單非熱力學約束工業(yè)過程。該圖解說明的工業(yè)過程結(jié)合了三個單獨且不同的過程流H1、H2、C1，每個過程流僅僅具有用于供應溫度、目標溫度和熱容量流率的離散值，并且具有分別嵌入到熱流H1、H2中的不同的最小溫差值(ATminiX該工業(yè)過程具有非熱力學約束，由此H2被禁止與Cl匹配。在不應用依照本發(fā)明一個實施例的“熱-冷”流切換匹配解決方案的情況下，熱公用工程負荷將為150 kff,并且冷公用工程負荷將為500 kff,因為只有熱流Hl將與冷流Cl匹配。如圖34中所示，作為依照本發(fā)明的該示例性實施例的網(wǎng)絡合成的一部分，可以首先將具有比H2更高的目標溫度的熱流Hl冷卻到低于其目標溫度的點，并且于是然后將其加熱到希望的目標溫度。特別地，如171處所示，通過在該實例中將為150°K的Cl以最大可能的程度將熱流Hl冷卻到低于300°K目標溫度。如進一步圖解說明的，172處所示的起著具有160°K起始溫度的冷流的作用(使用10°K的熱-熱A Tmin)的Hl的低于目標部分(Hl_conv)與H2匹配。該配置使用額外150 kff的能量以便完全抵消Cl并且然后從H2重新獲得能量，從而使用相同數(shù)量的熱交換器將熱公用工程要求從150 kW降低至0 kW并且將冷公用工程要求從500 kW降低至350 kW。圖35圖解說明了覆蓋在為其產(chǎn)生的連續(xù)溫度區(qū)間100上的另一個簡單非熱力學約束工業(yè)過程。該圖解說明的工業(yè)過程結(jié)合了三個單獨且不同的過程流H1、C1、C2，每個僅僅具有用于供應溫度、目標溫度和熱容量流率的離散值，并且具有嵌入到熱流Hl中的10°C的最小溫差值(A TminX該工業(yè)過程具有非熱力學約束，由此Hl被禁止與C2匹配。在不應用依照本發(fā)明一個實施例的“冷-熱”流切換匹配解決方案的情況下，熱公用工程負荷將為700 kff,并且冷公用工程負荷將為200 kff,因為熱流Hl將僅僅與冷流Cl匹配。圖37提供了圖解說明在應用“冷-熱”流切換匹配解決方案之前由圖35中所示的配置產(chǎn)生的簡單熱交換器網(wǎng)絡的繪圖。如圖36中也許最佳地示出的，作為依照本發(fā)明的該示例性實施例的網(wǎng)絡合成的一部分，可以首先將具有比C2更低的目標溫度的冷流Cl加熱到高于其目標溫度的點，并且于是然后將其冷卻到希望的目標溫度。特別地，通過如181處所示的在該實例中將為550°C 的Hl以最大可能的程度將冷流Cl加熱到高于350°C目標溫度。如進一步圖解說明的，起著182處所示的具有540°C起始溫度的熱流的作用(使用10°C的冷-冷ATmin)的Cl的高于目標部分(Cl_conv)與C2匹配。該配置使用額外200 kW的能量以便完全抵消Hl并且然后將該過剩的能量傳遞到C2，因而使用相同總數(shù)的熱交換器將熱公用工程要求從700 kff降低至500 kW并且將冷公用工程要求從200 kW降低至0 kW。圖38提供了圖解說明由圖36中所示的配置產(chǎn)生的簡單熱交換器網(wǎng)絡的繪圖。依照本發(fā)明的各個實施例，運行可行性測試形式的子例程(未示出)以便確定是同類匹配、流切換還是其組合得到更好的結(jié)果。例如，可以看出，圖33中所示的簡單非熱力學約束工業(yè)過程的熱流Hl與H2之間的熱-熱同類匹配將不是所希望的解決方案，因為和唯一冷流Cl具有非熱力學約束的熱流H2具有比熱流Hl更低的供應溫度。類似地，可以看出，圖35中所示的簡單非熱力學約束工業(yè)過程的冷流Cl與C2之間的冷-冷同類匹配將不是所希望的解決方案，因為和唯一熱流Hl具有非熱力學約束的冷流C2具有和冷流Cl相同的供應溫度。注意，依照本發(fā)明的各個實施例，可以單獨地或者同時地采用多個高級匹配解決方案。注意，通過引用全部合并的2009年10月8日提交的題為“System, Method, andProgram Product for Targeting and Identification of Optimal Process Variablesin Constrained Energy Recovery Systems”的美國專利申請No. 12/575，743提供了關于對非熱力學約束廢熱回收過程的能耗建模以便最大化過程和公用工程利用效率的進一步討論。還注意，依照本發(fā)明的各個實施例，同類匹配和流切換作為相對于使用本領域技術人員理解的置于約束過程流之間的緩沖流的改進而被提供。然而，取決于其可用性以及其關聯(lián)的部件的資金成本影響，包括緩沖流(如果可行的話)以克服非熱力學約束仍然處于本發(fā)明的各個實施例的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的各個實施例也可以包括步驟分析采用緩沖流的可行性以及與采用緩沖流有關的資金成本，從而確定克服非熱力學約束的各種方法的總體效能。然而，在大多數(shù)情況下，應用同類匹配和流類型切換沿著資源保護和資金投資之間的折衷的統(tǒng)一體提供了最為成本有效的方法。然而，緩沖流的采用并不像依照本發(fā)明各個實施例的通常只需添加新的熱交換器的在特定范圍內(nèi)進行同類匹配和/或切換流類型中的情況那樣機械上簡單或者廉價。相反地，緩沖流的采用有必要構(gòu)建和維護新的系統(tǒng)基礎結(jié)構(gòu)(水、熱油、蒸汽等等)。有益的是，使用上面描述的同類匹配和/或流類型切換技術在其應用呈現(xiàn)充分的熱回收的情況下提供了大量的資金成本節(jié)省。值得注意的是，即使做出采用緩沖流而不是同類匹配或流類型切換的決定，采用僅僅一個緩沖系統(tǒng)可能不足以完成所需目標。通常，可能需要多個緩沖系統(tǒng)。例如，在由此存在非常熱的流和非常冷的流禁止匹配的方案中，網(wǎng)絡設計師可能需要構(gòu)建蒸汽生成系統(tǒng)(廢熱鍋爐及其關聯(lián)部件)和冷凍水系統(tǒng)二者。因而，除非可以使用一個或多個緩沖系統(tǒng)為加熱容量和/或冷卻容量提取以便克服禁止匹配情形的附加廢熱回收的量足以證明系統(tǒng)資金成本是正當?shù)?；或者除非?gòu)建緩沖流的所需材料已經(jīng)到位，上面描述的依照本發(fā)明各個實施例的同類匹配和/或流類型切換技術通常將向這種類型的流禁止匹配情形提供最為成本有效的解決方案。步驟6 :步驟6包括完成或者繼續(xù)處理和/或用圖形向決策者顯示例如作為流匹 配和流分裂步驟的結(jié)果而提供的初始熱交換器網(wǎng)絡設計。依照本發(fā)明的一個實施例，可以在諸如圖形用戶接口 39之類的圖形用戶接口上或者在與網(wǎng)絡38 (參見圖I)通信的單獨的遠程計算機/計算機顯示器(未示出)上顯示初始熱交換器網(wǎng)絡和/或其他統(tǒng)計量。步驟7 :步驟7包括移除(合并)任何冗余的過程-過程熱交換器單元。就是說，在相同的兩個過程流之間延伸的任何熱交換器單元都可以被整合成單個熱交換器(如果可行的話)以便降低熱交換器要求。步驟8 :類似于步驟7，步驟8包括將在相同的過程和公用工程流之間延伸的任何熱交換器單元合并成單個熱交換器(如果可行的話)以便降低熱交換器要求。步驟9 :最后，步驟9包括基于初始設計并且基于整合/合并過程確定最終的熱交換器網(wǎng)絡設計。用于未來改型的最佳拓撲結(jié)構(gòu)的基層設計
本發(fā)明的各個實施例提供了合成用于包括要冷卻的多個熱過程流和要加熱的多個冷過程流以及各個熱和/或冷公用工程的工業(yè)過程的例如基層熱交換器網(wǎng)絡以便補充廢熱回收系統(tǒng)的系統(tǒng)、程序產(chǎn)品和方法。下面的表格提供了產(chǎn)生依照本發(fā)明實施例的特別地被配置用于未來改型的熱交換器網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的熱交換器網(wǎng)絡合成算法的高度概括
權利要求
1.一種合成用于依照多個公用工程目標冷卻多個熱過程流(HI. . Hn)并且加熱多個冷過程流(Cl.. Cn)的基層熱交換器網(wǎng)絡的系統(tǒng)(30)，該系統(tǒng)(30)包括熱交換網(wǎng)絡合成計算機(31)，具有處理器(33)以及與處理器(33)通信以便在其中存儲軟件和數(shù)據(jù)庫記錄的存儲器(35);以及存儲在存儲器(35)中的、能量建模計算機(31)可訪問的至少一個數(shù)據(jù)庫(43)，包括每個單獨地限定用于多個熱資源流(HI.. Hn)中的每一個的相應多個操作屬性(Ts, Tt, FCp)的潛在值范圍的多個值集合、以及每個單獨地限定用于多個冷資源流(Cl..Cn)中的每一個的相應多個操作屬性(Ts，Tt, FCp)的潛在值范圍的多個值集合，熱交換網(wǎng)絡合成程序產(chǎn)品(51)，存儲在交換網(wǎng)絡合成計算機(31)的存儲器(35)中以便合成用于冷卻所述多個熱過程流(HI. . Hn)并且加熱所述多個冷過程流(Cl. . Cn)的基層熱交換器網(wǎng)絡以達到一個或多個公用工程能耗目標，該程序產(chǎn)品(51)包括指令，這些指令在由熱交換網(wǎng)絡合成計算機(31)執(zhí)行時使得計算機(31)執(zhí)行各種操作，這些操作包括接收包括用于所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的每一個和用于所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的每一個的熱容量流率、供應溫度和希望的目標溫度的多個操作屬性(Ts，Tt, FCp)以及接收包括用于所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的每一個和用于所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的每一個的熱容量流率、供應溫度和希望的目標溫度的多個操作屬性(Ts，Tt, FCp)，該系統(tǒng)(30)進一步的特征在于 所述至少一個數(shù)據(jù)庫(43)進一步包括用于多個熱過程流(HI.. Hn)中的每一個和用于多個冷過程流(Cl. . Cn)中的每一個的流初始類型的標記，以及每個被約束匹配所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的至少一個以便限定一個或多個禁止匹配的所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的一個或多個非熱力學約束熱過程流(HI. . Hn)的標記； 程序產(chǎn)品(51)進一步包括在由熱交換網(wǎng)絡合成計算機(31)執(zhí)行時使得計算機(31)執(zhí)行各種操作的指令，這些操作進一步的特征在于 接收用于所述多個熱過程流(HI. .Hn)中的每一個的至少一個最小溫差值(ALJ)的標記，用于所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的每一個的所述至少一個最小溫差值(AT^i)的標記包括以下中的一個或多個的標記 每個單獨地分配給所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的不同熱過程流的多個離散的特定于流的最小溫差值，分配給所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的相應至少一個熱過程流的特定于流的最小溫差值中的至少一個最小溫差值不同于分配給所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的相應至少一個其他熱過程流的所述多個特定于流的最小溫差值中的至少一個其他最小溫差值， 限定特定于流的最小溫差值范圍的多個具有至少兩個特定于流的最小溫差值的集合，所述多個具有至少兩個特定于流的最小溫差值的集合中的每一個集合單獨地分配給所述多個熱過程流(HI.. Hn)中的不同熱過程流，以及 每個單獨地分配給所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的不同熱過程流的多個雙流最小溫差值集合， 接收一個或多個非熱力學流匹配約束的標記， 依照包括一個或多個以下操作的匹配方案，匹配所述多個熱過程流(HI.. Hn)和所述多個冷過程流(Cl.. Cn) 采用同類匹配以說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求，以及 采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求， 響應于匹配所述多個熱過程流(HI. . Hn)和所述多個冷過程流(Cl. . Cn)的操作而確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計， 當這樣存在時響應于確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計的操作而從初始設計中移除任何冗余的過程-過程熱交換器， 當兩個或更多相同流公用工程熱交換器存在時響應于確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計的操作而合并相同流公用工程熱交換器，以及 響應于一個或多個以下操作提供最終的熱交換器網(wǎng)絡設計確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計，當這樣存在時從初始設計中移除任何冗余的過程-過程熱交換器，以及當這樣存在時合并所述兩個或更多相同流公用工程熱交換器。
2.如權利要求I所述的系統(tǒng)(30)，其中程序產(chǎn)品(51)進一步包括這樣的指令，這些指令在由熱交換網(wǎng)絡合成計算機(31)執(zhí)行時使得計算機(31)進一步執(zhí)行這樣的操作，這些操作的特征在于 接收用于所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的每一個和所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的每一個的流初始類型的標記； 其中所述匹配方案包括操作采用同類匹配以說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且 其中采用同類匹配的操作包括執(zhí)行以下操作中的一個或多個 將所述多個熱過程流(HI. . Hn)的配對的流類型配對從異類且具有單匹配能力轉(zhuǎn)換成同類且具有雙匹配能力，以及 將所述多個冷過程流(Cl. . Cn)的配對的流類型配對從異類且具有單匹配能力轉(zhuǎn)換成同類且具有雙匹配能力。
3.如權利要求I或2中任何一項所述的系統(tǒng)(30)， 其中所述匹配方案包括操作采用同類匹配以說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且其中采用同類匹配的操作包括以下操作 響應于與所述多個熱過程流(HI. . Hn)之一的禁止匹配約束，將標識為具有該禁止匹配約束的所述多個冷過程流(Cl. . Cn)之一與所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的一個或多個其他冷過程流匹配，從而間接地將所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的對應熱過程流與遭受禁止匹配約束的所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的對應冷過程流匹配。
4.如權利要求1-3中任何一項所述的系統(tǒng)(30)， 其中所述匹配方案包括操作采用同類匹配以說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且其中采用同類匹配的操作包括以下操作 響應于與所述多個冷過程流(Cl. . Cn)之一的禁止匹配約束，將標識為具有該禁止匹配約束的所述多個熱過程流(HI. . Hn)之一與所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的一個或多個其他熱過程流匹配，從而間接地將所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的對應熱過程流與遭受禁止匹配約束的所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的對應冷過程流匹配。
5.如權利要求1-4中任何一項所述的系統(tǒng)(30)， 其中所述匹配方案包括操作采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且其中采用流指定切換的操作包括以下操作 將選擇的過程流之一的流屬性從希望的值切換到可替換的值以便向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于處理的加熱或冷卻能力，以及通過將對應流作為具有相反的指定來對待而將流屬性返回到希望的值，從而說明一個或多個非熱力學流匹配約束。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)(30)，其中所述選擇的過程流之一是選擇的所述多個熱過程流(HI. . Hn)中具有希望的目標溫度的特定熱過程流，并且其中切換選擇的過程流之一的流屬性以及將流屬性返回到希望的值的操作包括以下操作 指定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換冷卻到低于希望的目標溫度；以及指定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換加熱回到希望的目標溫度，包括以下操作 響應于指定特定熱過程流冷卻到低于希望的目標溫度，標識特定熱過程流的至少一部分用作冷過程流，以及 響應于標識操作而將特定熱過程流的所述至少一部分與選擇的至少一個要冷卻的過程流匹配，從而冷卻選擇的至少一個要冷卻的過程流并且從而將選擇的特定熱過程流加熱回到希望的目標溫度。
7.如權利要求5或6中任何一項所述的系統(tǒng)(30)，其中所述選擇的過程流之一是選擇的所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中具有希望的目標溫度的特定冷過程流，并且其中切換選擇的過程流之一的流屬性以及將流屬性返回到希望的值的操作包括以下操作 指定選擇的特定冷過程流通過過程-過程熱交換加熱到高于希望的目標溫度；以及指定選擇的特定冷過程流通過過程-過程熱交換冷卻回到希望的目標溫度，包括以下操作 響應于指定特定冷過程流加熱到高于希望的目標溫度，標識特定冷過程流的至少一部分用作熱過程流，以及 響應于標識操作而將特定冷過程流的所述至少一部分與選擇的至少一個要加熱的過程流匹配，從而加熱選擇的至少一個要加熱的過程流并且從而將選擇的特定冷過程流冷卻回到希望的目標溫度。
8.如權利要求1-7中任何一項所述的系統(tǒng)(30)， 其中所述匹配方案包括操作采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且其中采用流指定切換的操作包括以下操作 接收用于所述多個熱過程流(HI.. Hn)中的每一個以及用于所述多個冷過程流(Cl..Cn)中的每一個的流初始類型的標記， 將要通過過程-過程熱交換冷卻到希望的目標溫度的特定流指定為所述多個熱過程流(HI.. Hn)之一，以及 將指定為所述多個熱過程流(HI. . Hn)之一的要通過過程-過程熱交換冷卻的特定流的一部分標識為要通過過程-過程熱交換加熱的冷過程流，以便與所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的另一個熱過程流匹配，從而說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束。
9.如權利要求1-8中任何一項所述的系統(tǒng)(30)， 其中所述匹配方案包括操作采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且 其中采用流指定切換的操作包括以下操作 接收用于所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的每一個以及所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的每一個的流初始類型的標記， 將要通過過程-過程熱交換加熱到希望的目標溫度的特定流指定為所述多個冷過程流(Cl.. Cn)之一，以及將指定為所述多個冷過程流(Cl. . Cn)之一的要通過過程-過程熱交換加熱的特定流的一部分標識為要通過過程-過程熱交換冷卻的熱過程流，以便與所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的另一個冷過程流匹配，從而說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束。
10.如權利要求1-9中任何一項所述的系統(tǒng)(30)， 其中所述匹配方案包括操作采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且 其中采用流指定切換的操作包括以下操作中的一個或多個 將選擇的過程流的流目標溫度從希望的目標溫度值切換到可替換的目標溫度值以便向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于處理的加熱或冷卻能力以實現(xiàn)直接通過應用至少部分地抵消由所述一個或多個非熱力學流匹配約束所引起的低效率的可替換目標溫度值而影響的一個或多個公用工程優(yōu)化目標，以及將選擇的過程流的溫度值返回到希望的目標溫度值，以及 將選擇的過程流的流供應溫度從實際的供應溫度值切換到可替換的供應溫度值以便向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于處理的加熱或冷卻能力以實現(xiàn)直接通過應用至少部分地抵消由所述一個或多個非熱力學流匹配約束所引起的低效率的可替換供應溫度值而影響的一個或多個公用工程優(yōu)化目標，以及將選擇的過程流的溫度值返回到實際的供應溫度值。
11.合成用于冷卻多個熱過程流(HI..Hn)并且加熱多個冷過程流(Cl.. Cn)的基層熱交換器網(wǎng)絡的熱交換網(wǎng)絡合成程序產(chǎn)品(51)，該程序產(chǎn)品(51)包括存儲在有形計算機(31)可讀介質(zhì)上的指令集，這些指令在由計算機(31)執(zhí)行時使得計算機(31)執(zhí)行各種操作，這些操作包括匹配所述多個熱過程流(HI. . Hn)和所述多個冷過程流(Cl. . Cn)以便達到一個或多個公用工程能耗目標的操作，這些操作進一步的特征在于 依照包括一個或多個以下操作的匹配方案，匹配所述多個熱過程流(HI.. Hn)和所述多個冷過程流(Cl.. Cn) 采用同類匹配以說明一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求，以及 采用流屬性指定以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且 響應于匹配所述多個熱過程流(HI. . Hn)和所述多個冷過程流(Cl. . Cn)的步驟而確定熱交換器網(wǎng)絡設計。
12.如權利要求11所述的程序產(chǎn)品(51)，所述操作進一步的特征在于 接收用于所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的每一個和所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的每一個的流初始類型的標記； 其中所述匹配方案包括操作采用同類匹配以說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且 其中采用同類匹配的操作包括執(zhí)行以下操作中的一個或多個 將所述多個熱過程流(HI. . Hn)的配對的流類型配對從異類且具有單匹配能力轉(zhuǎn)換成同類且具有雙匹配能力，以及 將所述多個冷過程流(Cl. . Cn)的配對的流類型配對從異類且具有單匹配能力轉(zhuǎn)換成同類且具有雙匹配能力。
13.如權利要求11-12中任何一項所述的程序產(chǎn)品(51)， 其中所述匹配方案包括操作采用同類匹配以說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且其中采用同類匹配的操作包括以下操作 響應于與所述多個熱過程流(HI. . Hn)之一的禁止匹配約束，將標識為具有該禁止匹配約束的所述多個冷過程流(Cl. . Cn)之一與所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的一個或多個其他冷過程流匹配，從而間接地將所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的對應熱過程流與遭受禁止匹配約束的所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的對應冷過程流匹配。
14.如權利要求11-13中任何一項所述的程序產(chǎn)品(51)， 其中所述匹配方案包括操作采用同類匹配以說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且其中采用同類匹配的操作包括以下操作 響應于與所述多個冷過程流(Cl. . Cn)之一的禁止匹配約束，將標識為具有該禁止匹配約束的所述多個熱過程流(HI. . Hn)之一與所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的一個或多個其他熱過程流匹配，從而間接地將所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的對應熱過程流與遭受禁止匹配約束的所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的對應冷過程流匹配。
15.如權利要求11-14中任何一項所述的程序產(chǎn)品(51)， 其中所述匹配方案包括操作采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且其中采用流指定切換的操作包括以下操作 將選擇的過程流之一的流屬性從希望的值切換到可替換的值以便向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于過程-過程熱交換處理的加熱或冷卻能力，以及通過將對應流作為具有相反的指定來對待而將流屬性返回到希望的值，從而說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束。
16.如權利要求15所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述選擇的過程流之一是選擇的所述多個熱過程流(HI. . Hn)中具有希望的目標溫度的特定熱過程流，并且其中切換選擇的過程流之一的流屬性以及將流屬性返回到希望的值的操作包括以下操作 指定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換冷卻到低于希望的目標溫度；以及指定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換加熱回到希望的目標溫度，包括以下操作響應于指定特定熱過程流冷卻到低于希望的目標溫度，標識特定熱過程流的至少一部分用作冷過程流，以及 響應于標識操作而將特定熱過程流的所述至少一部分與選擇的至少一個要冷卻的過程流匹配，從而冷卻選擇的至少一個要冷卻的過程流并且從而將選擇的特定熱過程流加熱回到希望的目標溫度。
17.如權利要求15或16中任何一項所述的程序產(chǎn)品(51)，其中所述選擇的過程流之一是選擇的所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中具有希望的目標溫度的特定冷過程流，并且其中切換選擇的過程流之一的流屬性以及將流屬性返回到希望的值的操作包括以下操作 指定選擇的特定冷過程流通過過程-過程熱交換加熱到高于希望的目標溫度；以及指定選擇的特定冷過程流通過過程-過程熱交換冷卻回到希望的目標溫度，包括以下操作 響應于指定特定冷過程流加熱到高于希望的目標溫度，標識特定冷過程流的至少一部分用作熱過程流，以及 響應于標識操作而將特定冷過程流的所述至少一部分與選擇的至少一個要加熱的過程流匹配，從而加熱選擇的至少一個要加熱的過程流并且從而將選擇的特定冷過程流冷卻回到希望的目標溫度。
18.如權利要求11-17中任何一項所述的程序產(chǎn)品(51)， 其中所述匹配方案包括操作采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且其中采用流指定切換的操作包括以下操作 接收用于所述多個熱過程流(HI.. Hn)中的每一個以及用于所述多個冷過程流(Cl..Cn)中的每一個的流初始類型的標記， 將要通過過程-過程熱交換冷卻到希望的目標溫度的特定流指定為所述多個熱過程流(HI.. Hn)之一，以及 將指定為所述多個熱過程流(HI. . Hn)之一的要通過過程-過程熱交換冷卻的特定流的一部分標識為要通過過程-過程熱交換加熱的冷過程流，以便與所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的另一個熱過程流匹配，從而說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束。
19.如權利要求11-18中任何一項所述的程序產(chǎn)品(51)， 其中所述匹配方案包括操作采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且其中采用流指定切換的操作包括以下操作 接收用于所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的每一個以及所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的每一個的流初始類型的標記， 將要通過過程-過程熱交換加熱到希望的目標溫度的特定流指定為所述多個冷過程流(Cl.. Cn)之一，以及 將指定為所述多個冷過程流(Cl. . Cn)之一的要通過過程-過程熱交換加熱的特定流的一部分標識為要通過過程-過程熱交換冷卻的熱過程流，以便與所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的另一個冷過程流匹配進行冷卻，從而說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束。
20.如權利要求11-19中任何一項所述的程序產(chǎn)品(51)， 其中所述匹配方案包括操作采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且 其中采用流指定切換的操作包括以下操作中的一個或多個 將選擇的過程流的流目標溫度從希望的目標溫度值切換到可替換的目標溫度值以便向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于處理的加熱或冷卻能力以實現(xiàn)直接通過應用至少部分地抵消由所述一個或多個非熱力學流匹配約束所引起的低效率的可替換目標溫度值而影響的一個或多個公用工程優(yōu)化目標，以及將選擇的過程流的溫度值返回到希望的目標溫度值，以及 將選擇的過程流的流供應溫度從實際的供應溫度值切換到可替換的供應溫度值以便 向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于處理的加熱或冷卻能力以實現(xiàn)直接通過應用至少部分地抵消由所述一個或多個非熱力學流匹配約束所引起的低效率的可替換供應溫度值而影響的一個或多個公用工程優(yōu)化目標，以及將選擇的過程流的溫度值返回到實際的供應溫度值。
21.—種合成用于依照多個公用工程目標冷卻多個熱過程流(HI.. Hn)并且加熱多個冷過程流(Cl. . Cn)的基層熱交換器網(wǎng)絡的方法，該方法包括步驟接收包括用于多個熱過程流(Hl..Hn)中的每一個和用于多個冷過程流(Cl.. Cn)中的每一個的熱容量流率、供應溫度和希望的目標溫度的多個操作屬性(Ts，Tt, FCp);接收一個或多個非熱力學流匹配約束的標記；以及匹配所述多個熱過程流(HI.. Hn)和所述多個冷過程流(Cl.. Cn)以便達到一個或多個公用工程能耗目標，該方法進一步以下列步驟為特征 依照包括一個或多個以下步驟的匹配方案，匹配所述多個熱過程流(HI.. Hn)和所述多個冷過程流(Cl.. Cn) 采用同類匹配以說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求，以及 采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；以及 響應于匹配所述多個熱過程流(HI. . Hn)和所述多個冷過程流(Cl. . Cn)的步驟而確定熱交換器網(wǎng)絡設計。
22.如權利要求21所述的方法，進一步以下列步驟為特征 接收用于所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的每一個和所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的每一個的流初始類型的標記； 其中所述匹配方案包括步驟采用同類匹配以說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且 其中采用同類匹配的步驟包括執(zhí)行以下步驟中的一個或多個 將所述多個熱過程流(HI. . Hn)的配對的流類型配對從異類且具有單匹配能力轉(zhuǎn)換成同類且具有雙匹配能力，以及 將所述多個冷過程流(Cl. . Cn)的配對的流類型配對從異類且具有單匹配能力轉(zhuǎn)換成同類且具有雙匹配能力。
23.如權利要求21或22中任何一項所述的方法， 其中所述匹配方案包括步驟采用同類匹配以說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且 其中采用同類匹配的步驟包括以下步驟 響應于與所述多個熱過程流(HI. . Hn)之一的禁止匹配約束，將標識為具有該禁止匹配約束的所述多個冷過程流(Cl. . Cn)之一與所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的一個或多個其他冷過程流匹配，從而間接地將所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的對應熱過程流與遭受禁止匹配約束的所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的對應冷過程流匹配。
24.如權利要求21-23中任何一項所述的方法， 其中所述匹配方案包括步驟采用同類匹配以說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且 其中采用同類匹配的步驟包括以下步驟 響應于與所述多個冷過程流(Cl. . Cn)之一的禁止匹配約束，將標識為具有該禁止匹配約束的所述多個熱過程流(HI. . Hn)之一與所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的一個或多個其他熱過程流匹配，從而間接地將所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的對應熱過程流與遭受禁止匹配約束的所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的對應冷過程流匹配。
25.如權利要求21-24中任何一項所述的方法， 其中所述匹配方案包括步驟采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且 其中采用流指定切換的步驟包括以下步驟 將選擇的過程流之一的流屬性從希望的值切換到可替換的值以便向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于過程-過程熱交換處理的加熱或冷卻能力，以及通過將對應流作為具有相反的指定來對待而將流屬性返回到希望的值，從而說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束。
26.如權利要求25所述的方法，其中所述選擇的過程流之一是選擇的所述多個熱過程流(HI.. Hn)中具有希望的目標溫度的特定熱過程流，并且其中切換選擇的過程流之一的流屬性以及將流屬性返回到希望的值的步驟包括以下步驟 指定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換冷卻到低于希望的目標溫度；以及 指定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換加熱回到希望的目標溫度，包括以下步驟 響應于指定特定熱過程流冷卻到低于希望的目標溫度，標識特定熱過程流的至少一部分用作冷過程流，以及 響應于標識步驟而將特定熱過程流的所述至少一部分與選擇的至少一個要冷卻的過程流匹配，從而冷卻選擇的至少一個要冷卻的過程流并且從而將選擇的特定熱過程流加熱回到希望的目標溫度。
27.如權利要求25或26中任何一項所述的方法，其中所述選擇的過程流之一是選擇的所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中具有希望的目標溫度的特定冷過程流，并且其中切換選擇的過程流之一的流屬性以及將流屬性返回到希望的值的步驟包括以下步驟 指定選擇的特定冷過程流通過過程-過程熱交換加熱到高于希望的目標溫度；以及 指定選擇的特定冷過程流通過過程-過程熱交換冷卻回到希望的目標溫度，包括以下步驟 響應于指定特定冷過程流加熱到高于希望的目標溫度，標識特定冷過程流的至少一部分用作熱過程流，以及 響應于標識步驟而將特定冷過程流的所述至少一部分與選擇的至少一個要加熱的過程流匹配，從而加熱選擇的至少一個要加熱的過程流并且從而將選擇的特定冷過程流冷卻回到希望的目標溫度。
28.如權利要求25-27中任何一項所述的方法，其中所述選擇的過程流之一是選擇的所述多個熱過程流(HI. . Hn)中具有初始供應溫度的特定熱過程流，并且其中切換選擇的過程流之一的流屬性以及將流屬性返回到希望的值的步驟包括以下步驟 指定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換加熱到高于初始供應溫度；以及 指定選擇的特定熱過程流通過過程-過程熱交換冷卻回到至少初始供應溫度。
29.如權利要求25-28中任何一項所述的方法，其中所述選擇的過程流之一是選擇的所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中具有初始供應溫度的特定冷過程流，并且其中切換選擇的過程流之一的流屬性以及將流屬性返回到希望的值的步驟包括以下步驟 指定選擇的特定冷過程流通過過程-過程熱交換冷卻到低于初始供應溫度；以及 指定選擇的冷過程流通過過程-過程熱交換加熱回到至少希望的初始供應溫度。
30.如權利要求21-29中任何一項所述的方法， 其中所述匹配方案包括步驟采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且其中采用流指定切換的步驟包括以下步驟 接收用于所述多個熱過程流(HI.. Hn)中的每一個以及用于所述多個冷過程流(Cl..Cn)中的每一個的流初始類型的標記， 將要通過過程-過程熱交換冷卻到希望的目標溫度的特定流指定為所述多個熱過程流(HI. .Hn)之一，以及 將指定為所述多個熱過程流(HI. . Hn)之一的要通過過程-過程熱交換冷卻的特定流的一部分標識為要通過過程-過程熱交換加熱的冷過程流，以便與所述多個熱過程流(Hl..Hn)中的另一個熱過程流匹配，從而說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束。
31.如權利要求21-30中任何一項所述的方法， 其中所述匹配方案包括步驟采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且其中采用流指定切換的步驟包括以下步驟 接收用于所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的每一個以及所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的每一個的流初始類型的標記， 將要通過過程-過程熱交換加熱到希望的目標溫度的特定流指定為所述多個冷過程流(Cl.. Cn)之一，以及 將指定為所述多個冷過程流(Cl. . Cn)之一的要通過過程-過程熱交換加熱的特定流的一部分標識為要通過過程-過程熱交換冷卻的熱過程流，以便與所述多個冷過程流(Cl. . Cn)中的另一個冷過程流匹配，從而說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束。
32.如權利要求21-31中任何一項所述的方法， 其中所述匹配方案包括步驟采用流指定切換以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而降低一個或多個公用工程消耗要求；并且其中采用流指定切換的步驟包括以下步驟中的一個或多個 將選擇的過程流的流目標溫度從希望的目標溫度值切換到可替換的目標溫度值以便向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于處理的加熱或冷卻能力以實現(xiàn)直接通過應用至少部分地抵消由所述一個或多個非熱力學流匹配約束所引起的低效率的可替換目標溫度值而影響的一個或多個公用工程優(yōu)化目標，以及將選擇的過程流的溫度值返回到希望的目標溫度值，以及 將選擇的過程流的流供應溫度從實際的供應溫度值切換到可替換的供應溫度值以便向?qū)魈峁┨砑拥姆謩e用于處理的加熱或冷卻能力以實現(xiàn)直接通過應用至少部分地抵消由所述一個或多個非熱力學流匹配約束所引起的低效率的可替換供應溫度值而影響的一個或多個公用工程優(yōu)化目標，以及將選擇的過程流的溫度值返回到實際的供應溫度值。
33.如權利要求21-32中任何一項所述的方法，其中所述匹配方案包括步驟 分析與在一個或多個過程流配對之間采用一個或多個緩沖器有關的一個或多個公用 工程消耗要求的潛在降低、采用可行性和資金成本，以便說明所述一個或多個非熱力學流匹配約束，從而確定所述一個或多個緩沖器的采用是否將相對于以下匹配方案中的一個或多個的采用提供了改進限定一個或多個高級消耗降低方法的同類匹配和流指定切換；以及 響應于確定所述一個或多個緩沖器的采用相對于所述一個或多個高級消耗降低方法提供的消耗降低提供了一個或多個公用工程消耗降低而在過程流中的所述一個或多個之間采用一個或多個緩沖器。
34.如權利要求21-33中任何一項所述的方法，進一步的特征在于以下步驟接收用于所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的每一個的至少一個最小溫差值(AT.1)的標記， 其中用于所述多個熱過程流(HI. .Hn)中的每一個的至少一個最小溫差值(ALJ)的標記包括以下中的一個或多個的標記 每個單獨地分配給所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的不同熱過程流的多個離散的特定于流的最小溫差值，分配給所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的相應至少一個熱過程流的特定于流的最小溫差值中的至少一個最小溫差值不同于分配給所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的相應至少一個其他熱過程流的所述多個特定于流的最小溫差值中的至少一個其他最小溫差值， 限定特定于流的最小溫差值范圍的多個具有至少兩個特定于流的最小溫差值的集合，所述多個具有至少兩個特定于流的最小溫差值的集合中的每一個集合單獨地分配給所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的不同熱過程流，以及 每個單獨地分配給所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的不同熱過程流的多個雙流最小溫差值集合， 其中匹配所述多個熱過程流(HI. . Hn)和所述多個冷過程流(Cl. . Cn)的步驟包括說明用于所述多個熱過程流(HI. . Hn)中的每一個的所述至少一個最小溫差值.
35.如權利要求21-35中任何一項所述的方法，其中響應于匹配所述多個熱過程流(HI. . Hn)和所述多個冷過程流(Cl. . Cn)的步驟而確定熱交換器網(wǎng)絡設計的步驟進一步包括以下步驟 響應于匹配所述多個熱過程流(HI. . Hn)和所述多個冷過程流(Cl. . Cn)的步驟而確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計； 當這樣存在時響應于確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計的步驟而從初始設計中移除任何冗余的過程-過程熱交換器； 當兩個或更多相同流公用工程熱交換器存在時響應于確定初始熱交換器網(wǎng)絡設計的步驟而合并相同流公用工程熱交換器；以及 響應于一個或多個以下步驟提供最終的熱交換器網(wǎng)絡設計確定初始熱交換器網(wǎng)絡設 計，當這樣存在時從初始設計中移除任何冗余的過程-過程熱交換器，以及當這樣存在時合并所述兩個或更多相同流公用工程熱交換器。
全文摘要
提供了合成用于依照多個公用工程目標冷卻多個熱過程流(H1..Hn)并且加熱多個冷過程流(C1..Cn)的非熱力學約束問題的基層熱交換器網(wǎng)絡的系統(tǒng)(30)、方法和程序產(chǎn)品(51)。示例性系統(tǒng)(30)包括熱交換網(wǎng)絡合成計算機(31)以及熱交換網(wǎng)絡合成程序產(chǎn)品(51)，其被配置成通過對于非熱力學約束問題應用高級過程-過程匹配方案而在不分解的情況下分析廢熱回收問題以便產(chǎn)生具有最佳數(shù)量的網(wǎng)絡熱交換器單元的結(jié)果。
文檔編號G05B17/00GK102782687SQ201080055790
公開日2012年11月14日 申請日期2010年10月5日 優(yōu)先權日2009年10月8日
發(fā)明者M.B.諾雷爾丁 申請人:沙特阿拉伯石油公司, 阿拉姆科服務公司