Рассмотрены вопросы оптимальной организации системы теплообмена установки первичной перегонки нефти ЭЛОУ АВТ. Для этого с целью выявления экономической целесообразности функционирующей системы теплообмена проведен пинч-анализ. В результате пинч-анализа были построены композитные кривые горячих и холодных потоков и большая составная кривая, позволившие определить предельно возможное количество рекуперируемой энергии технологическими потоками, тип энергоносителей по энергетическому уровню и значение оптимальной движущей силы, при которой обеспечивается минимум критерия оптимальности — суммарных приведенных и капитальных затрат. Результаты пинч-анализа показали наличие около 30 % полезной энергии для рекуперации технологическими потоками установки. Анализ методов синтеза оптимальных систем теплообмена показал, что одним из наиболее эффективных методов решения крупномасштабных задач является декомпозиционный подход, который подразумевает разбиение задачи синтеза на несколько подзадач меньшей размерности: задачи линейного программирования для минимизации энергетических затрат, задачи дискретно-непрерывного линейного программирования для минимизации числа теплообменного оборудования, задачи нелинейного программирования для определения минимальных суммарных приведённых затрат. В результате использования алгоритма декомпозиционного синтеза, были найдены оптимальные структуры системы теплообмена, режимы работы входящих в их состав теплообменников и даны экономические оценки найденным структурам. Результаты синтеза оптимальных систем теплообмена показали возможность для снижения суммарных приведенных затрат на 40 % при реорганизации функционирующей системы теплообмена. Анализ результатов синтеза схем с возможностью регенерации тепловой энергии показал возможность дополнительной экономии до 6377 тыс. у.е./г, что стало возможным вследствие использования излишков энергии для подогрева технологических потоков близлежащих установок.

Решение задач синтеза сложных технологических систем требует решения дискретно-непрерывных задач нелинейного программирования. Для обеспечения работоспособности синтезируемой системы необходимо учесть изменения в условиях функционирования, что приводит к учету жестких или мягких ограничений и интегральному виду функции цели в задаче оптимизации. В работе предлагается подход к решению задачи синтеза оптимальных систем одностадийного теплообмена при учете изменяющихся условий эксплуатации. Предлагаемый подход основан на разбиении области, которая характеризует изменение условий функционирования синтезируемой системы, на подобласти, имеющие меньшие размерности и меньший размера. Решение задачи синтеза одностадийной системы теплообменных аппаратов проводится на основе декомпозиции изначально заданной суперструктуры, которая включает все структуры систем одностадийного теплообмена, возможные для заданного набора горячих и холодных потоков, включенных в процесс теплообмена. Процедура декомпозиции проводится до уровня отдельного теплообменного аппарата и связанной с ним подобласти неопределенности. Это позволит провести декомпозицию исходной задачи на подзадачи проектирования оптимальных работоспособных подсистем теплообмена для двух потоков. Решение таких задач даст оценки эффективности подсистем теплообмена, не зависящие от изменения значений неопределенных параметров. Вычисление значения оценки эффективности проводится решением задачи проектирования подсистемы с учетом связанной с ней подобластью неопределенности. Решение проводится на основе одноэтапной задачи оптимизации с мягкими ограничениями. Определение оптимальной структуры системы проводится решением задачи о назначениях на основе полученных оценок. Это позволит построить гибкую оптимальную систему одностадийного теплообмена путем выбора и объединения подсистем с лучшими характеристиками эффективности.v