بخشی از مقاله
چکیده
برای شبکههای مبدل حراتی که واحد های انتقال حرارت بیشتری از تعداد واحدهای بدست آمده از تئوری گراف دارند ، حذف واحدهای اضافی از شبکه لازم به نظر می رسد. چنین مبدلهایی عضو حلقههایی در شبکه هستند که با شکستن حلقه واحدهای اضافی از شبکه حذف میشوند. تصحیح نقض دمایی در شبکه پس از حذف مبدل لازم می باشد. ملاحظه افت فشار در شکبه، شکستن حلقه را از تقابل دو طرفه هزینه سطح- انرﮊی به تقابل سه طرفه هزینه سطح- انرﮊی-افت فشار تبدیل میسازد.
در این تقابل نقش افت فشار مبدل حذف شده مورد ارزیابی قرار گرفته و در مورد حذف افت فشار مبدل مربوطه یا توزیع افت فشار آن در شبکه تصمیمگیری میشود.هر کدام از حالتهای فوق که منجر به کمترین هزینه سالیانه پس از حذف مبدل در شبکه شود، پذیرفته خواهد شد. شکستن حلقهها مرحله به مرحله بوده و در هر مرحله ملاحظات افت فشار در توابع هزینه و سطح در نظر گرفته می شود. با استفاده از این روش تئوریهای افت فشار در مرحله شکستن حلقهها نیز وارد می شوند.
مقدمه
طراحی شبکه بر اساس روش پینچ منجر با ایجاد واحدهای انتقال حرارت بیشتری نسبت به آنچه که از تئوری گراف١ بدست میآید. در حالت کلی ، تعداد دستگاههای تبادل کننده حرارت تاثیر زیادی بر قیمت شبکه مبدل حرارتی دارد برای بار حرارتی ثابت ، هر چه تعداد دستگاهها کمتر و اندازه آنها بزرگتر باشد، هزینه سرمایهگذاری شبکه کمتر خواهد بود. به همین دلیل همواره باید سعی شود تعداد واحدهای تبادل کننده حرارت حداقل باشد . پس از طراحی شبکه بر اساس تعداد جریانهای عبوری از پینچ، تعداد واحدهای انتقال حرارت بیشتری در شبکه وجود دارد که منجر به ایجاد حلقه در شبکه میشوند و در مرحله بهینهسازی می توان واحدهای اضافی را با هدف کاهش هزینه سرمایهگذاری سالیانه، حذف کرد.
مطالعات کاملی برای شکستن حلقهها بدون ملاحظات افت فشار انجام شده است که در هر کدام روشی برای انتخاب و شکستن حلقه ارائه شده است]٩،٨،٧،٦،٥،٤،٣.[ در کارهای انجام شده اساس حذف مبدل، ملاحظات حرارتی بود که شامل کوچک بودن بار حرارتی مبدل حذف شده]٨[ تا ایجاد کمترین تغییر در بار حرارتی گرم کننده و سردکننده ها]٧[ و استفاده از قوانین الکترونیکی برای کم کردن افزایش بار حرارتی گرم کنندهها و سرد کنندهها]٩[ می باشد.
در مطالعات فوق علاوه بر اینکه اثر حذف مبدل در قیمت سالیانه لحاظ نمیشد، ملاحظات افت فشار نیز در نظر گرفته نمیشود. در این مقاله اثر حذف مبدل در قیمت سالیانه ملاحظه میشود و ملاحظات مربوط به افت فشار نیز در نظر گرفته میشود. بنابر این هدف شکستن حلقه و حذف مبدل است تا کاهش هزینه سرمایهگذاری سالیانه را در پی داشته باشد. از آنجایی که هزینه افت فشار نیز در شبکه لحاظ میشود بنابراین تقابل سه طرفه هزینه سطح-انرﮊی-افت فشار]١١[ مورد ارزیابی قرار میگیرد.
شکستن حلقه
حلقه٢
حلقه مسیر بستهای که از یک مبدل شروع شده و با عبور از خطوط جریان و مبدل، دوباره به مبدل اولیه برسد و هیچ خط مبدلی را بیش از یک مرتبه طی نکند. یک مبدل می تواند در یک یا چند حلقه عضویت داشته باشد که در این صورت تعداد حلقههای موجود بیشتر از مقدار پیشبینی شده توسط مدل گراف خواهد بود که نشان دهنده وجود حلقههای غیر مستقل در شبکه است.
مسیر٣
مسیر ارتباطی است که از یک هیتر شروع و با عبور از مبدل مورد نظر - مبدلی که نقض دمایی بعد از شکستن حلقه در آن اتفاق افتاده است یا هر مبدل دیگر - به کولر ختم شود. میزان انرﮊی اضافه شده به هیتر و کولر در مسیر یکسان است واین افزایش باید به حدی باشد که آرایش دمایی مبدل مورد نظر در شبکه تصحیح شود. از یک مبدل می تواند بیش از چند مسیر عبور کند که اصلاح نقض دمایی در هر مسیر تبعات متفاوتی روی هزینه سرمایهگذاری خواهد داشت.
با یافتن مسیرهای مختلف گذرا از مبدل مورد، آن مسیری که میزان سرمایهگذاری کمتری در پی خواهد داشت ، انتخاب می شود پیدا کردن حلقه و مسیر در شبکه مبدل حرارتی برای این کار از ماتریس جدول "١" که بیانگر ساختار شبکه است ، استفاده می شود. جدول "١" مربوط به واحد آروماتیک - شکل ٢ - می باشد. سطرهای این ماتریس جریانهای گرم و ستونهای آن جریانهای سرد می باشند. هر نقطه از این ماتریس نشانگر وجود یا عدم وجود مبدل بر روی دو جریان مدنظر است. در صورتی که بین جریان گرم و سرد مبدلی باشد در آن صورت در سطر مربوط به جریآن گرم و ستون مربوط به جریان سرد شماره مبدل نوشته خواهد شد.
اگر روی جریان گرم و سرد بیش از یک مبدل وجود داشته باشد در آن صورت یکی از مبدلها در ماتریس نوشته می شوند و بقیه مبدلها به عنوان حلقه با این مبدل شناخته می شوند. پس از پیدا کردن هر حلقه در شبکه، یکی از مبدلهای آن حلقه از ماتریس مربوطه حذف میشود و ماتریس برای وجود حلقهای جدید جستجو میشود. این کار تا جایی ادامه می یابد که دیگر حلقهای در شبکه وجود نداشته باشد.
یافتن حلقه
در ماتریس بالا اگر از یک سطر - ستون - شروع شود و فقط با حرکتهای افقی و عمودی روی مبدلها به همان سطر - ستون - رسیده شود بدون اینکه مبدلی در این حرکتها دو بار تکرار شود یک حلقه را تشکیل می دهند. مبدلهایی اعضای حلقه را تشکیل می دهند که گوشه های حرکت های افقی یا عمودی باشند. در شبکه آروماتیک، با شروع از مبدل ٨، حلقه ٨-١-٦-٧ مشخص میشود. سپس مبدل ١ از ماتریس حذف شده و جستجو برای حلقه جدید ادامه می یابد که حلقه ٨-C1-C3-٧ حلقه دوم می باشد با ادامه روش بالا به دو حلقه زیر نیز خواهیم رسید. حلقه سوم: ٢-C1-C2-٧ و حلقه چهارم که ٧-٦H2-H1- می باشد. همانطور که ملاحظه میشود تعداد حلقههای یافته شده مساوی تعداد حلقه هایی که است که از طریق تئوری گراف پیش بینی میشود.
