具有核心节点的氢网络集成及其可操作性调控

以炼化企业氢网络的优化集成为研究对象，针对实际氢网络的复杂功能与结构将其划分为质量交换网络、流体输送网络和氢气分配网络三个相互耦合的子系统。在此基础上，引入氢气中间储罐作为网络的核心节点以实现氢网络系统结构的差异化，构建既能丰富结构可能性又能降低模型复杂性的状态空间超结构优化模型，阐明核心节点的设置方式对系统整体模型规模与性能的影响规律，研究混合整数非线性规划问题求解中的初值产生方法和迭代算法组合策略，揭示系统可操作性随不确定扰动的变化特征，探索基于核心节点的可操作性调控方法，建立具有核心节点的氢网络系统集成理论。目标在于集成既优化资源和能源消耗又具有较高可操作性的炼化企业氢网络，为工艺系统的集约化设计提供新思路。

经过三年的努力工作，目前已完成项目任务书所列的各项研究计划，达到了预期效果。本项目将“经济最优”与“操作可行”相结合，对炼油厂氢气网络结构进行优化，在降低氢气公用工程的消耗量，提高经济效益的同时考虑了氢气网络的可操作性，提高抵御流股流量波动能力。在此基础上对不同场景的氢网络结构进行优化，提高其应对市场环境变化的能力。具体成果包括：采用夹点滑动法对氢气网络进行研究，从而获得系统所需的最小公用工程用量。分别考虑了基于表观的提纯装置模型和基于机理的提纯装置模型来优化氢气网络，该方法同时对提纯装置的入口流量进行优化。采用热力学方法分析混合过程的不可逆性，提出了虚拟浓度的概念来表征混合过程的不可逆性。基于最小化混合过程的热力学不可逆性可获得氢网络的最小公用工程用量原理来设计多杂质氢网络。通过对混合过程源流股流量对混合后流股浓度的影响的分析，提出了混合势的概念来设计具有较强抵御波动能力的网络结构。采用图形化设计方法或代数设计方法均可获得抵御流股波动能力较强的网络结构。这些成果部分已在中石化下属分公司应用，并取得了可观的经济效益。