换热器结垢与换热网络裕量设计方法研究进展

常润秀，孙琳，罗雄麟（中国石油大学(北京)自动化系，北京 102249）



换热器结垢与换热网络裕量设计方法研究进展

常润秀，孙琳，罗雄麟
（中国石油大学(北京)自动化系，北京 102249）

摘要：从结垢现象影响换热系统正常运行的角度出发，介绍了近几年换热网络裕量设计以及针对结垢问题不同学者研究出的换热网络优化设计。总结了在换热网络设计中对换热器清洗时序、清洗周期优化或者增加换热网络的裕量设计的不同换热网络设计最优方法，但这些方法都是在换热网络设计之初，考虑换热器结垢最严重的情况即换热网络在“最差”工况下进行的优化，因此优化得到的换热网络难以保证换热网络全运行周期的持续节能优化。本文结合现有换热网络设计方法的利弊，针对结垢过程的慢时变、持续特点，提出一种基于长周期持续节能的换热网络设计优化方法，在换热网络设计之初，定量分析结垢对网络结构的影响，以换热网络全周期累积总费用为目标函数，实现换热网络的最优综合。

关键词：换热网络；结垢；裕量设计

第一作者：常润秀（1989—），女，硕士研究生，主要从事换热网络优化设计。联系人：孙琳，博士，讲师，主要从事化工过程的动态建模与优化控制。E-mail sunlin@cup.edu.cn。

换热器作为传热设备在化工、炼油等许多过程工业中得到广泛应用，是满足过程工艺条件、实现回收余热和节约能源的重要环节。通过优化的方法实现换热网络综合，在有效利用资源能量方面起到了显著效果。换热网络综合即是合理规划物流间的换热，确定物流间匹配换热的结构以及相应的换热负荷分配。在保证各过程流股通过设计网络后达到指定温度的情况下，确定具有较小或最小的设备投资费用和操作费用的换热网络结构方案，使得利益最大化。本文着重介绍换热网络综合中考虑裕量设计的全周期优化设计策略。

1 换热网络裕量设计

在常规换热网络设计中，在设计最初只考虑额定工况，不考虑在实际生产中工况变化对换热网络的影响，所以在操作条件发生变化时，在换热网络中引入裕量设计保证变工况条件下的高效运行。裕量设计目前已经向定量、动态优化方向发展，在换热网络综合时通过考虑更多实际影响因素，实现换热网络设计最优化。

1.1 换热网络弹性、柔性设计

在系统实际工况运行时，物流流量或进出口温度等因素会有一定的波动，换热网络弹性设计保证了系统的正常运行。弹性换热网络的概念最先由MARSELLE等[1]系统阐述，并且提出弹性换热网络合成的启发式算法，但该算法计算比较复杂，很难应用到实际生产中。KOTJABASAKIS和LINHOFF[2]提出建立灵敏度表的方法对换热网络柔性进行分析，可以定量分析扰动对换热网络的影响，但该方法对实际大型系统难以实现，灵敏度表过于复杂，同时调整网络柔性只能通过增设换热器旁路来实现。UZTURK和AKMAN[3]对旁路优化改造问题，提出一种针对简单网络同时考虑柔性、弹性和可控性的设计方法，但是该方法需要逐一对比计算结果，很难应用于复杂换热网络中，且对于旁路数目未知的换热网络无法得到应用。汪旭和冯霄[4]在启发式算法的基础上提出可以根据物流特性来合成弹性换热网络。倪锦等[5]提出换热网络的旁路调节方法，引入灵敏度理论，建立了基于灵敏度评价指标的柔性识别方法，在公用工程费用不变的基础上减少了公用工程的数目。

SABOO等[6]在1985年提出弹性指数来定量分析换热网络的弹性设计。随后，SWANEY和GROSSMANN等[7]提出换热网络的柔性指数及其数学模型。GROSSMANN等[8]分析了弹性和柔性的区别，前者是使换热网络具有在最大干扰下能够恢复或调整的能力，而后者是直接考虑换热网络的各种干扰因素，来适应实际工况中遇到的干扰。而后，GROSSMANN等通过两个过程示例对换热网络柔性设计问题总结出数学公式和解决方法。针对GROSSMANN等提出的数学规划法，对于解决非线性问题具有模型结构复杂、计算难度大等问题，胡山鹰等[9]提出一种探视调优式的柔性换热网络综合方法，此后，对在不确定参数下柔性不满足要求的热回收网络，胡山鹰等[10]提出通过寻找不确定参数范围内的最坏操作点，对于关键变量为热负荷和温差两类不同量时，分别提出热负荷转移法、分流法和减少热负荷法等改进策略。肖丰和姚平经[11]进一步提出了柔性换热网络综合与清洗时序优化的两步求解策略，通过同步优化柔性综合与网络综合，换热网络年度总费用得到进一步降低，同时提高了网络柔性。

换热网络柔性综合不同于标准工况操作条件下进行的网络综合，除了要满足正常操作工况点要求外，还需要克服不确定参数扰动，是保证换热网络在“最坏”操作点、运行情况最差的情况下达到的总费用最小的系统综合。

1.2 换热网络面积裕量设计

由前文对换热网络弹性、柔性设计的研究可以看出，裕量设计考虑换热网络实际生产和操作中的不确定因素，在满足生产条件的基础上保证换热网络设计最优[12]。目前工业上换热网络运行周期长，大多36年，操作条件时常发生变化，为满足生产要求，通常根据经验留出一定的面积裕量。

近年来有研究者提出通过旁路优化控制的方法实时在线控制换热网络的能量交换，研究了大量换热网络的旁路优化设计以及换热器旁路的可控性优化问题。MATHISEN等[13-14]先后提出了换热网络旁路数目可以通过分析自由度的方法来加以确定；KONUKMAN等[15]求解换热网络旁路开度和换热器有效面积时，将可控性设计转化为优化问题；罗雄麟等[16]运用夹点设计原理发现在夹点处设置旁路能实现换热网络的优化操作；侯本权等[17]基于结构可控性分析，优化设置最少旁路以实现换热网络的结构可控；孙琳等[18]以单个换热器为研究对象，指出旁路设置必须配合裕量设计才能更好地实现节能优化。夏车奎等[19]在上述学者的基础上，考虑了换热网络全周期节能，提出了一种基于有旁路换热网络全周期节能优化的裕量优化设计方法，通过调节旁路，进一步达到控制面积裕量释放的目的，对旁路可控能力的研究做了进一步补充。

换热网络的综合是针对给定操作条件以总费用最小为目标的优化设计。当操作条件发生变化时，换热网络的控制以满足生产要求为目标，此时公用工程的大小随操作条件的不同而变化，尤其是当换热网络中各换热器结垢热阻不断增大时，其公用工程将不断升高[19]，而在此讨论的裕量设计，侧重于考虑换热网络在结垢最严重、运行情况最差的前提下能够保证操作正常运行，并未涉及换热网络整个运行周期的累积费用优化，因此有必要研究满足操作条件并在换热网络运行全周期内实现持续节能的换热网络优化设计。

2 换热网络的周期性优化

2.1 换热器清洗

减少结垢对传热效果的影响，可通过改变物料流速、在换热器中插入翅片或者延长结垢生成周期，此外定期清洁是恢复换热器传热性能的有效手段[20-22]。

对换热器进行清洗安排，影响生产进度，但更严重的可能会导致换热网络结构发生变化，各换热器之间相互关联，可能危害整个网络的换热效果，导致能耗增加及产品质量下降[23]，SIKOS和KLEMES[24]指出结垢对于设备维护有着显著影响，并且分析了污垢的存在会引起换热网络结构的变化。ISHIYAMA等[25]和POGIATZIS等[26]考虑了沉积和老化现象相结合的结垢积聚，引入了一个两层结垢热阻模型，并用一个简化的换热器模型来确定最佳清洗周期，结论得出对单个换热器可能会采用化学和物理两种清洗方式，以此来减小换热器的结垢率。

在大型换热网络设计中，通常采用“0-1”变量表示换热器是否处于清洗状态，因此在求解模型过程中，存在整型变量较多而难以求解的问题。樊婕等[27]针对这一问题提出以换热器清洗的最大允许污垢热阻为优化变量，取代表示换热器是否清洗的二进制变量，将混合整数非线性问题转化成非线性规划问题。

换热器清洗研究通常假设污垢的沉积率是一定的，没有考虑到影响污垢形成的操作条件，换热器定期清洁在前期往往会造成过度清洗的问题，因此需要对清洗时序进行优化。同时，换热器清洗只是在当前换热网络运行条件最差时进行优化，不能保证换热网络的全周期效益最高。

2.2 换热网络中换热器清洗时序优化

目前对单个换热器的清洗时序的研究比较成熟，但是对于换热网络而言，由于各流股之间的相互关联，何时对哪台换热器清洗是一个复杂的时序优化问题。SMAILI等[28]对制糖厂换热网络清洗时序进行了研究，在换热网络运行周期内分段，每一段内考虑换热器是否清洗，通过增加蒸汽来维持换热网络的正常运行，但此方法没有考虑换热网络设计的总费用，仅以蒸汽使用量最小为目标来进行优化。之后，SMAILI等[29]在换热网络清洗时序优化的研究中考虑了压降，以公用工程以及清洗费用等费用最小为目标函数优化清洗时序。JIN等[30]以换热网络单元操作最小费用为目标函数，考虑换热器结垢是一个线性函数，研究何时对换热网络哪台换热器清洁取得的经济效益最好。CAPUTO等[31]提出了最大允许结垢值方法，这是针对单个换热器设计以及换热器涉及到的清洗时序优化问题，对过度综合的换热网络，提出可同时优化换热器换热面积和清洗最大允许结垢阻值，实现换热器面积与清洗时序的同步优化。换热网络清洗是最常用的去除污垢的方法，但是这是一种被动去污方法，设备在清洗之后污垢会再次形成，无法从根本上消除结垢给换热网络造成的影响。针对这一问题，RODRIGUEZ 和SMITH[32]提出了一种新的清洗优化方法，同样采取与清洗时序同时优化的策略，但考虑的是影响结垢的操作条件，比如流体流速、温度等，以求从根本上解决污垢生成的问题。

换热器清洗时序的优化考虑了影响结垢的操作条件，但是没有考虑结垢的形成是一个缓慢、持续的过程，前期结垢形成率明显低于后期，对换热网络中换热器清洗时序优化需要考虑换热网络全周期的持续节能。

2.3 换热网络清洗周期优化

目前，对换热设备清洗周期进行优化的研究很少，由于各换热器结垢的不同，同时优化整个换热网络的清洗周期存在很多难点。MARKOWSKI和URBANIEC[33]研究了污垢对换热网络影响的数学模型，研究了换热网络最佳清洗周期，但对部分换热器同样存在过度清洗的问题。王大成和赵晶英[34]提出求解最佳主动清洗开始时间，利用积分函数建立了换热设备在生命周期内的总成本模型。AZAD 等[20]分析了结垢对换热网络的影响，提出一种新的图解方法来确定换热网络留固污垢夹点，减少网络运行周期内设备的清洗次数，以此延长换热网络的清洗周期，降低过程能耗。

对清洗周期的研究有利于保证换热网络正常且高效的运行，但是可能会产生清洗过度或者清洗不及时的问题，考虑最佳清洗周期仅仅是保证换热网络保持正常工况，实际存在很大的不确定性，设计清洗周期只是被动保证换热网络的正常运行，换热网络设计以总费用最小的目标函数，是针对当前时刻换热网络在操作点最差的情况下的总费用最小，并不能保证在换热网络整个运行周期内总费用最小，即完成不了换热网络在运行周期内持续节能的目标，且相比于裕量设计就增加了后期的维护费用，换热网络结构也可能不是最优的。

3 换热器结垢与换热网络裕量优化

换热网络全周期运行期间，换热器结垢积聚、设备老化等因素，公用工程用量不断升高，有必要考虑换热网络在运行全周期内的持续换热。

对以往复杂换热网络优化研究出现的问题，很多学者提出了相应的改进措施。ESCOBAR等[35]提出一种分解方法来解决多周期换热网络综合问题。每周期对应操作条件的变化，例如入口温度和热容流率。但物流数量以及周期数量造成问题规模激增，为了简化问题，提出一种依赖于拉格朗日分解概念的特定启发式算法。NEMET等[36]提出了针对换热网络全周期的优化方法，在换热网络设计之初考虑能源价格的波动对换热网络经济效益的影响。

这些研究均为基于给定操作条件，在不考虑换热器结垢情况下得出的换热器网络最优综合方法。但结垢是传热设备中无法避免的问题，对单一换热器或者换热网络综合设计时，都必须考虑如何减少结垢对换热效率的影响。

对换热网络综合方法进行优化，可以有效利用系统能源，并实现换热网络实际生产的利益最大化。换热网络优化不仅需要优化方法的改进，同时也需要考虑实际工况中影响换热效率的各种操作条件的变化，其中结垢对换热网络造成的影响不容忽视。夏车奎等[19]通过调节旁路，逐步释放面积裕量来达到动态控制结垢对换热网络影响。COLETTI等[37]通过一个简单且具有代表性的工业实例定量说明污垢对于网络的动态影响，强调了在换热器设计和改造时考虑污垢的动态影响的必要性，对换热网络清洗时序问题的研究起到了一定的指导作用。

在给定条件下，考虑结垢热阻随时间的变化。由图1可以看出，系统运行时间越长，结垢热阻的阻值会越大，总传热系数K会随之变小，从而影响到了换热器的换热量，换热量达不到要求，换热网络后期就需要公用工程来弥补换热效果。

如图1所示，在换热网络运行周期内，结垢热阻阻值逐渐增大。

图1 结垢热阻与公用工程用量之间的关系

case1：在t1时刻公用工程用量开始增加，即面积裕量被完全消耗，公用工程的大小随操作条件的变化而发生变化，因此换热网络总费用增加。

case2：考虑结垢最严重时，为了保证操作正常运行采取全周期内裕量设计，正常工况下结垢热阻的变化对换热网络总费用几乎没有影响。

case3：考虑换热网络整个运行周期内累积费用最优的前提下，满足操作要求并保证运行周期内换热网络的持续节能优化。

由图1也可以看到，考虑换热网络全周期运行时间内，由累积总费用最小求得的面积裕量才是最合理的面积裕量。

参考李绍军等文中的示例，包括2股冷物流、2股热物流，物流数据见表1所示。换热器设备投资费用表示为Ce= (30800 + 750A0.81)，式中A为设备运行周期为3年。热公用工程成本为110$/(kW·a)，冷公用工程成本为10$/(kW·a)。[38]

基于超结构模型，当初始条件结垢热阻阻值为0时，优化换热网络结构，得到如图2所示。

考虑结垢热阻动态变化的影响，在换热网络运行周期内取7个不同时间点，分别求得各换热器最优面积，对比换热网络运行全周期内的累积费用。

由表2中结果可以看出，在换热网络综合设计之初的总费用最小并不能保证换热网络运行3年后，换热网络的累积总费用最小，所以在换热网络综合之初考虑结垢影响，保证换热网络在运行全周期内的持续节能。

表1 基本物流数据

图2 换热网络结构图

表2 计算结果对比

4 结 语

基于长周期节能的换热网络最优综合是对前几个方法的进一步改进，不同于在换热网络改造时考虑换热网络节能的问题，是在换热网络的设计中考虑持续节能。换热网络综合因为结垢的影响，可能会导致网络结构的改变，进而改变换热网络运行周期内的总费用。但是，这些方法虽然是在全周期内对换热网络综合，却没有在换热网络综合之初考虑结垢对其整个运行过程中的能量消耗影响。

基于以上对国内外换热网络综合发展现状的了解，本文提出在换热网络设计之初，定量分析结垢对网络结构的影响，由于结垢的慢时变特点，为保证换热网络的持续节能降耗，以累积总运行费用为优化目标，研究新的换热网络最优综合方法。

参 考 文 献

[1] MARSELLE D F，MORARI M，RUDD D F. Design of resilient processing plants-II：design and control of energy management systems[J]. Chemical Engineering Science，1982，37（2）：259-270.

[2] KOTJABASAKIS E，LINNHOFF B. Sensitivity tables for the design of flexible processes (1)—How much contingency in heat exchanger networks is costeffective[J]. Chemical Engineering Research and Design，1986，64（3）：197-211.

[3] UZTURK D，AKMAN U. Centralized and decentralized control of retrofit heat exchanger network[J]. Computer Chemical Engineering，1997，21：373-378.

[4] 汪旭，冯霄. 基于启发式方法的弹性换热网络的合成[J]. 计算机与应用化学，2010，27（10）：1349-1352.

[5] 倪锦，崔国民，姜慧，等. 换热网络的柔性识别及基于旁路调节的运行优化[J]. 化工进展，2010，29（1）：17-24.

[6] SABOO A K，MORARI M，WOODCOCK D C. Design of resilient processing plants–Ⅷ，a resilience index for heat exchanger networks[J]. Chemical Engineering Science，1985，40（8）：1553-1565.

[7] SWANEY R E，GROSSMANN I E. An index for operational flexibility in chemical process design Part I：Formulation and theory[J]. AIChE J. ，1985，31：621.

[8] GROSSMANN I E，CALFA B A，GARCIAHERREROS P. Evolution of concepts and models for quantifying resiliency and flexibility of chemical process[J]. Computers and Chemical Engineering，2014，70：22-34.

[9] 胡山鹰，陈丙珍，沈静珠. 柔性换热网络综合方法研究[J]. 计算机与应用化学，1991，8（4）：296-301.

[10] 胡山鹰，陈丙珍，沈静珠. 热回收网络结构柔性的改进方法研究[J].化工学报，1993，44（6）：700-707.

[11] 肖丰，姚平经. 多周期换热网络柔性综合与维护同步优化[J]. 华东理工大学学报，2009，35（5）：783-787.

[12] ZHENG K，LOU H H，WANG J，et al. A method for flexible heat exchanger network design under severe operation uncertainty[J]. Chemical Engineering and Technology，2013，36（5）：757-765.

[13] MATHISEN K W，SKOGESTAD S，WOLF E A. Controllability of heat exchanger networks[C]//LA，USA：AIChE Annual Meeting，1991，152.

[14] MATHISEN K W，SKOGESTAD S，WOLF E A. Bypass selection for control of heat exchanger networks[J]. Computers and Chemical Engineering，1992，5：263-272.

[15] KONUKMAN A E S，AKMAN U，CAMURDAN M C. Optimal design of controllable heatexchanger networks under multidirectional resiliencytarget constraints[J]. Computers and Chemical Engineering，1995，19（1）：149-154.

[16] 罗雄麟，孙琳，王传芳，等. 换热网络操作夹点分析与旁路优化控制[J]. 化工学报，2008，59（5）：1200-1206.

[17] 侯本权，孙琳，罗雄麟. 基于结构可控性分析的换热网络旁路优化设计[J]. 化工学报，2011，62（5）：1326-1338.

[18] 孙琳，迟进浩，罗雄麟. 换热器裕量设计与旁路设计分析[J]. 计算机与应用化学，2008，25（11）：1369-1373.

[19] 夏车奎，罗雄麟，孙琳. 基于全周期节能的有旁路换热网络裕量优化设计[J]. 化工学报，2012，63（5）：1449-1458.

[20] AZAD A V，G.HAEBI H，AMIDPOUR M. Novel graphical approach as fouling pinch for increasing fouling formation period in heat exchanger network (HEN) state of the art[J]. Energy Conversion and Management，2011，52：117-124.

[21] SHILLING R L. Fouling and uncertainty margins in tubular heat exchanger design：an alternative[J]. Heat Transfer Engineering，2012，33（13）：1094-1104.

[22] PAN M，BULATOV I，SMITH R. Exploiting tube inserts to intensify heat transfer for the retrofit of heat exchanger networks considering fouling mitigation[J]. Industrial and Engineering Chemistry Research，2013，52（8）：2925-2943.

[23] 陈鹏鹏. 基于污垢生长的换热网络综合与清洗时序优化[D]. 大连：大连理工大学，2013.

[24] SIKOS L，KLEMES J. Reliability availability and maintenance optimisation of heat exchanger networks[J]. Applied Thermal Engineering，2010，30（1）：63-69.

[25] ISHIYAMA E M，PATERSON W R，WILSON D I. Optimum cleaning cycles for heat transfer equipment undergoing fouling and ageing[J]. Chemical Engineering Science，2011，66：604-612.

[26] POGIATZIS T，ISHIYAMA E M，PATERSON W R，et al. Identifying optimal cleaning cycles for heat exchangers subject to fouling and ageing[J]. Applied Energy，2012，89：60-66.

[27] 樊婕，李继龙，刘琳琳，等. 换热器网络设备面积与清洗时序同步优化[J]. 化工学报，2014，65（11）：4484-4489.

[28] SMAILI F，ANGADI D K，HATCH C M，et al. Optimization of scheduling of cleaning in heat exchanger networks subject to fouling：sugar industry case study[J]. Food and Bioproducts Process，1999，77（2）：159-164.

[29] SMAILI F，VASSILIADIS V S，WILSON D I. Mitigation of fouling in refinery heat exchanger networks by optimal management of cleaning[J]. Energy and Fuels，2001，15：1038-1056.

[30] JIN Z，CHEN X，DONG Q. Planning the optimum cleaning schedule based on simulation of heat exchangers under fouling[J]. Heat Transfer Asian Research，2012，41（1）：33-42.

[31] CAPUTO A C，PELAGAGGE P M，SALINI P. Joint economic optimization of heat exchanger design and maintenance policy[J]. Applied Thermal Engineering，2011，31（8）：1381-1392.

[32] RODRIGUEZ C，SMITH R. Optimization of operating conditions for mitigating fouling in heat exchanger networks[J]. Chemical Engineering Research and Design，2007，85（A6）：839-851.

[33] MARKOWSKI M，URBANIEC K. Optimal cleaning schedule for heat exchangers in a heat exchanger network[J]. Applied Thermal Engineering，2005，25：1019-1032.

[34] 王大成，赵晶英. 石化行业换热设备清洗周期优化建模及求解[J].化工机械，2014，41（4）：496-500.

[35] ESCOBAR M，TRIERWERLER J O，GROSSMANN I E. A heuristic Lagrangean approach for the synthesis of multiperiod heat exchanger networks[J]. Applied Thermal Engineering，2014，63：177-191.

[36] NEMET A，KLEMES J J，KRAVANJA Z. Optimising entire lifetime economy of heat exchanger networks[J]. Energy，2013，57：222-235.

[37] COLETTI F，MACCHIETTOA S，POLLEY G T. Effects of fouling on performance of retrofitted heat exchanger networks：a thermo-hydraulic based analysis[J]. Computers and Chemical Engineering，2011，35：907-917.

[38] 李绍军，姚平经. 最小年度化费用换热网络综合的匹配规则研究[J]. 高校化学工程学报，2000，14（1）：59-64.

﹒产品信息﹒

浙江力普精棉粉碎成套生产线的研究及产业化列入科技计划

2015年嵊州市科技计划立项项目名单发布时，国家高新技术企业、中国粉碎技术领航者——浙江力普粉碎设备有限公司研发的“精棉粉碎成套生产线的研究及产业化”项目榜上有名。这是该产品获得国家专利（专利号ZL. 201320555760.X）之后的又一荣誉。

被誉为“特种工业味精”的精制棉是制造醚类纤维素、硝化纤维素和醋酸纤维素的主要材料，广泛用于食品、医药、日化、塑料、电子、造纸、冶金、航空航天等众多领域。但目前国内用于粉碎精制棉的流程一般都存在效率低、人工要求高、粉尘污染等问题。

作为中国纤维素行业协会会员单位，浙江力普专注、持续在这一领域进行了系列创新开发并获成功。精棉粉碎生产线集打散、检测、粉碎、集料、除尘于一体，实现了精制棉制备纤维素的规模化生产并有效的集尘；该生产线对塑料薄膜、胶片、纤维性物料和热敏性物料均能进行超细粉碎，特别适合于绒状、絮状棉纤维及纤维素醚类产品（如精制棉、棉麻、光纤、泡沫、橡胶等）的超细粉碎，广泛适用于化工、塑料、橡胶、造纸等行业。经山东、浙江、江苏、上海、河南等地企业使用证实，比同类产品产量可提高40%，耗能降低20%左右。产量达200～350kg/h，粉碎刀片采用高强度、抗冲击、耐磨性好的进口特种耐磨材料，并可重磨使用，使用维护成本低、稳定性好。目前，该生产线与纤维素成品粉碎机、湿粉碎机三项产品已经在纤维素行业中广泛应用，客户涵盖国内规模前十位的纤维素醚生产企业并获得高度认可。

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综述与专论

Research advances in heat exchanger fouling and heat exchanger network(HEN) overdesign method

CHANG Runxiu，SUN Lin，LUO Xionglin
（Department of Automation，China University of Petroleum-Beijing，Beijing 102249，China）

Abstract：Fouling resistance affects normal operation of heat exchanger network（HEN）. The present paper introduced the HEN margin designs and the HEN optimal design by considering fouling resistance. Some methods on cleaning time or optimal cleaning cycles for heat exchangers or synthesis of heat exchanger networks with flexibility and controllability were summarized. However，these HEN designs were obtained when HEN was in the worst conditions，so it is generally not optimal. This paper proposes the synthesis of multi-pass heat exchanger network based on life cycle saving by considered the existing HEN design methods and the slow time-varying and continuous features of fouling. Finally，the optimal HEN results of accumulative total cost were obtained.

Key words：heat exchanger network；fouling；overdesign

基金项目：国家重点基础研究发展计划项目（2012CB720500）。

收稿日期：2015-08-24；修改稿日期：2015-09-28。

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.02.003

中图分类号：TQ 021.8

文献标志码：A

文章编号：1000–6613（2016）02–0358–06