Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Методические основы оптимизации теплообменников. Критерии эффективности ⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3 При оптимизирующем расчете определяются конструктивные, технологические (энергетические), экономические и прочие параметры теплообменников, при которых процесс передачи тепла с заданной точностью удовлетворяет условию существования экстремума целевой функции (или показателя оптимальности). По целям оптимизации (по виду показателя оптимальности) можно выделить: · термодинамическую [3, с. 186—204]; · технологическую (например, использование допустимых перепадов давления или экстремализацию скоростей теплоносителей); · конструкторскую; · эксплуатационную (например, проектирование аппаратов с минимальной скоростью образования отложений); · частичную технико-экономическую оптимизацию (например, минимизация капитальных вложений, эксплуатационных расходов либо их составляющих); · полную технико-экономическую оптимизацию [3, с. 207— 214] (расчет теплообменника с наименьшим сроком окупаемости дополнительных капитальных вложений либо с наибольшей рентабельностью, прибылью). По учету значащих факторов (по числу и составу независимых переменных) оптимизирующие расчеты подразделяются на следующие: · расчет оптимальных конструктивных параметров при заданной конструкции и форме теплопередающей поверхности; · расчет оптимальных технологических параметров (определение оптимальных начальных либо конечных температур теплоносителей, их расходов, оптимальных перепадов давления); · расчет оптимальных конструктивных и технологических параметров; · выбор оптимальной схемы тока теплоносителей в аппарате и теплообменнике; · выбор оптимальной конструкции аппарата (определяет комплекс предыдущих задач и решается путем сопоставления оптимумов целевой функции для каждой из сравниваемых конструкций); · выбор оптимального материального оформления аппарата; · выбор сред, если есть возможность перебора сред. Эффективность использования каждой из них определяется при поочередном решении одной из описанных выше задач поиска оптимума с последующим сопоставлением оптимальных значений целевой функции для каждого из наборов сред; · расчет оптимальной системы теплообменников [3, с. 245— 246], ставящий целью распределение температур, расходов теплоносителей, тепловых нагрузок между отдельными теплообменниками системы. Оптимизирующие расчеты можно классифицировать также по содержанию (общности и специфике) алгоритмов, методам поиска экстремума целевой функции и по другим, в том числе комплексному, признакам: по уровню (назначению, приложению) расчетов. Среди существующих и обозримых в ближайшем будущем задач оптимизации теплообменников можно выделить семь уровней расчета: проектная оптимизация; оптимизация аппаратов предельной производительности; оптимальная замена действующих аппаратов; оптимизирующие расчеты и унификации оборудования в масштабе предприятий; отраслевая оптимизация теплообменного оборудования; государственная оптимизация теплообменного оборудования и оптимизация стандартов на теплообменные аппараты. Критерии эффективности оборудования подразделяются по главным признакам [12]: виду (например, натуральный, энергетический, термодинамический, экономический); структуре (абсолютный, удельный, относительный, свернутый); уровню (глобальный, локальный, обобщенный); приложению (относительно этапов «жизненного» цикла); масштабу использования (народное хозяйство, отрасль, промышленное объединение); сроку действия (оперативный, годовой, пятилетний, долгосрочный). Классификацию структуры критериев можно добавить следующими позициями: простой, аддитивной, мультипликативной, комплексной. Такая классификация носит общий характер и, естественно, является укрупненной. Практически очень важно конкретизировать применение критериев на разных этапах ЖЦ. На примере теплообменных аппаратов, одного из самых распространенных в технических системах видов оборудования, (рассмотрим многообразие критериев эффективности элементов систем, пригодных для основных этапов ЖЦ (см. табл. 2). Здесь представлены натуральные, энергетические, термодинамические и эксплуатационные критерии эффективности теплообменников. Таблица 2. Критерии эффективности теплообменников
Эти показатели односторонне характеризуют эффективность оборудования. Поэтому использование в отдельности каждого искажает реальную картину и искусственно гипертрофирует выбранный показатель оборудования в ущерб остальным. С этой точки зрения экономические критерии более объективны, так как они посредством денежных эквивалентов объединяют качественно различные свойства объекта. Однако и среди них есть показатели более общие и более частные. Например, можно в качестве критериев эффективности использовать следующие экономические показатели: себестоимость, эксплуатационные расходы, прибыль, фондоёмкость, рентабельность и ряд других хозрасчетных показателей. Однако это связано с определенными допущениями и возможно в ряде частных ситуаций. Это утверждение относится и к такому важному экономическому показателю, как капитальные вложения. Как показала практика, наиболее реальную картину отражают показатели экономической эффективности. Они характеризуются соотношением результата и затрат, вызвавших данный результат. Такие энергетические и термодинамические показатели, как коэффициент использования тепла, критерий Кирпичева, термодинамический коэффициент Гюи-Стодола также характеризуют эффективность работы теплообменников, но, как указывалось выше, это эффективно с позиции какого-то одного свойства оборудования. Критерии экономической эффективности лишены этого недостатка, а интегральные критерии учитывают особенности любого оборудования с точки зрения всего народного хозяйства и на протяжении всего его «жизненного» цикла. Ниже приведены критерии экономической эффективности, которые рекомендуется к использованию при оптимизации оборудования (элементов) технических систем. 1. Суммарные капитальные вложения в элемент К=Кэ+КИ+КО+КФ+КМК+ККИА® min, (1) где Кэ – цена элемента, его транспорта, монтажа, капитальных ремонтов (может также учитываться приходящаяся на элемент часть стоимости зданий, сооружений, накладных расходов и т.п.), Ки, Ко, Кф, Кмк, Ккиа – аналогичные цены для изоляции, обвязки, фундаментов, металлоконструкций, КИП и автоматики и др. 2. Цена элемента Ц=Си+rL® min, (2) Ц=Си(1+r)® min, (3) Ц=Си+rКоо® min, (4) где Си – себестоимость изготовления элемента, r – отраслевая норма прибавочного продукта, L – суммарные затраты живого труда (зароботная плата), Коо – объём основных и оборотных средств. 3. Цена энергии ЦЕ® min. 4. Цена сред Цср® min. 5. Себестоимость функционирования элемента С=¦(К, ЦЕ, Цср, а, р) ® min, (5) где а,р – отчисления на амортизацию, текущий ремонт и содержание оборудования. 6. Удельные капитальные вложения в элемент Ку=К/G® min, Ку=К/V® min, Ку=К/Q® min, (6) Ку=Кэ/G® min, Ку=Кэ/V® min, Ку=Кэ/Q® min. (7) 7. Приведенные затраты (показатель сравнительной экономической эффективности) Зпр=С+ЕнК® min, (8) где Ен – нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений. 8. Годовой экономический эффект (показатель сравнительной экономической эффективности) Эг= Зпр. б – Зпр. н® max, (9) где Зпр. б, Зпр. н – приведенные затраты, соответственно, базового и нового варианта. В случае Зпр. б = const данный критерий вырождается в предыдущий. 9. Коэффициент общей (абсолютной) народнохозяйственной эффективности Эа=SЭ i /K® max, (10) где SЭ i – сумма положительных эффектов, вызываемых внедрением элемента. 10. Коэффициент хозрасчётной абсолютной эффективности Эах=(Ц–С) /К® max, (11) где С – объём выпуска продукции в денежном выражении. 11. Народнохозяйственный доход Дэ= SЦ1pGp–SЦ1sGs–Зпр® max, (12) Р s где Ц1p– цена продукции р-того вида продукции при использовании элемента, Gp – объём выпуска р-того вида продукции, Ц1s,Gs – аналогичные показатели для сырья. 12. Безразмерный критерий экономической эффективности [14] h=Зпр/Зпр. э® min, (13) где Зпр. э– приведенные затраты эталонного элемента, относительно которого оценивается эффективность исследуемого элемента. 13. Параметр нейтральной эффективности (характеризует эффективность процесса в элементе при единичных затратах) aо = Q /Зпр® max, (14) где Q – количество производимой элементом продукции (например, тепла, мощности, веществ) в натуральном выражении. 14. Интегральные приведенные затраты (затраты за весь «жизненный» цикл элемента как показатель сравнительной эффективности) Зинтпр = (Сt + ЕнКt – аt) bt® min, (15) где tжц – общая продолжительность всех этапов «жизненного» цикла элемента, аt – амортизационные расходы t – го года, bt – коэффициент приведения t – го года к начальному. 15. Интегральный экономический эффект (показатель сравнительной эффективности) Эинт = Ц1рtG рt – Зинтпр ® max, (16) где все составляющие данного критерия приведены выше. В Зинтпр здесь входит также стоимость все видов сырья SЦ1sGs. При формировании критериев эффективности систем главным образом используются принципы аддитивости (суммирования) и мультипликативности (перемножения) критериев элементов. Как пример можно привести следующие наиболее распространённые критерии эффективности систем: 1. Материалоёмкость системы Gc = S G i ® min, Здесь и далее по тексту i изменяется от 1 до n (n – общее число элементов в рассматриваемой системе). 2. Суммарные тепловые потоки в системе Qc = S Q i ® min. 3. Суммарный объём системы Vc = S V i ® min. 4. Суммарные габариты системы Гc = S Г i ® min. 5. Энергоёмкость системы Еc = S Е i ® min. 6. Капиталоёмкость системы Кc = S К i ® min. 7. Суммарная стоимость энергии в системе Цэc = SЦэi ® min. 8. Себестоимость функционирования системы Сc = S С i ® min. 9. Приведенные затраты системы З пр.c = S З пр. i ® min. 10. Годовой экономический эффект системы Эгc = SЭг i ® max. 11. Коэффициент общей (абсолютной) народнохозяйственной эффективности Эаc = Эгc/ Кc® max. 12. Народнохозяйственный приведенный доход Дс= (SЦ1pGp)с – (SЦ1sGs)с – Зпр. с® max. (17) Р s 13. Коэффициент относительной эффективности системы [14] hс= Зпр. с/Зпр. эс ® min. (18) 14. Интегральные приведенные затраты (затраты за весь «жизненный» цикл системы как показатель сравнительной эффективности) Зинтпр. с = (С с t + ЕнК с t – аt) bt ® min. (19) 15. Интегральный экономический эффект (за весь «жизненный» цикл) Эинтс = Зинтпр. бс – Зинтпр. с ® max. (20) 16. Интегральный народнохозяйственный доход Дсинт= S[(SЦ1pG p)ct – (SЦ1sGs)ct] bt –Зинтпр. с ® max. (21) t р s Обоснованный выбор критерия эффективности (его синонимы: показатель оптимальности, критерий оптимальности, целевая функция, функция цели и др.) в существенной степени предопределяет корректность и эффективность технического решения при создании систем. Среди множества проблем математического моделирования и оптимизационного вычислительного эксперимента [7,11] далее кратко рассмотрим некоторые, связанные с формированием и использованием критериев эффективности. Интеграция критериев эффективности «жизненного» цикла. Она достигается учетом в критерии эффективности всех этапов ЖЦ в форме КЭжц = f (КЭи, КЭк, КЭпр, КЭп, КЭэ, КЭл), (22) где КЭи, КЭк, КЗпр, КЭп, КЭэ, КЭл - критерии эффективности объекта на основных шести этапах ЖЦ (см. рис. 1.1). В качестве примеров рассмотрим интеграцию наиболее распространенных критериев эффективности: К, С, 3. Интегральные капитальные вложения Кжц = Киbtи + Ккbtк + Кпрbtпр + Кпbtп + Кэbtэ – Сл, (23) где Ки – капитальные вложения на этапе исследовании, включают стоимость экспериментальных стендов, приборов, доли ЭВМ, зданий, сооружений и т.д., приходящиеся на исследуемый объект; Кк, Кпр – капитальные вложения на этапах конструирования и проектирования объекта, включают стоимость оборудования, доли ЭВМ, зданий, сооружений и т.д., приходящиеся на конструируемый и проектируемый объект; капитальные вложения на этапе производства объекта; Кп– включают цену изготовления объекта, стоимость его транспорта от завода-изготовителя, стоимость монтажа, наладки, пуска, ходовых испытаний, стоимость вспомогательного оборудования, зданий, сооружений и т.д., приходящуюся на рассматриваемый объект; Кэ – капитальные вложения на этапе эксплуатации объекта, включают стоимость капитальных ремонтов и реконструкции объекта, вспомогательного оборудования, зданий, сооружений и т.д., приходящиеся на объект; Сл – ликвидационная стоимость объекта; btи, btк, btпр, btп, btэ –коэффициенты приведения по времени основных этапов ЖЦ к заданному году эксплуатации объекта. Интегральные эксплуатационные расходы (или себестоимость) Сжц = Сиbtи + Скbtк + Спрbtпр + Спbtп + Сэbtэ, (24) где Си, Ск, Спр – эксплуатационные расходы на этапах исследования, конструирования и проектирования объекта; на каждом этапе включают отчисления от капитальных вложений Ки, Кк, Кпр этапа на амортизацию, ремонт и содержание, стоимость материалов, энергии, заработную плату и т.д.; Сп – эксплуатационные расходы на этапе производства объекта; по структуре они аналогичны описанным выше, обычно включаются в капитальные вложения Кп этапа через цены изготовления объекта, стоимости его транспорта, монтажа, наладки и т.п.; в этом случае условно можно принять Сп = 0; Сэ - эксплуатационные расходы на этапе эксплуатации объекта; они включают в себя все текущие расходы энергии, сырья, материалов, амортизационные отчисления, стоимость ремонта и содержания, заработную плату и т.п.; болей подробно составляющие Сэ см. в [7, 8, 11, 12, 14,16]. Интегральные приведенные затраты Зпр.жц=Сжц+ЕнКжц. (25) Описанные выше приемы интеграции критериев относятся как к элементам, так и в целом к системам. Интеграция критериев эффективности по мере усложнения объектов. Этот случай в [14] и [16] подробно рассмотрен на примере оптимизации теплообменного оборудования на следующих уровнях усложнения совокупностей объектов: 1. Выбор оптимального типоразмера аппарата. 2. Оптимизация конструкции аппарата. 3. Оптимизация схемы тока сред между аппаратами в теплообменнике (оптимизация теплообменника). 4. Оптимизация системы теплообменников. 5. Оптимизация совокупности теплообменников предприятия (заводская унификация). 6. Оптимизация совокупности теплообменников из аппаратов одного типа в масштабе отрасли, отраслей (отраслевая унификация). Задачи 1-4 решаются на этапах исследования и проектирования объектов, задачи 5-7 - на этапах конструирования, производства и эксплуатации. В заключение отметим, что, благодаря замене натурного эксперимента вычислительным, с помощью математических моделей: – появляются возможности выявить оптимальные технические решения на уровне схем, режимных и конструктивных параметров элементов и систем; – достигается ускорение процесса перехода от лабораторной установки к промышленному производству; – методически обеспечивается выявление оптимальных режимов эксплуатации производства. Таким образом, вычислительный эксперимент является важным инструментом ресурсосбережения на всех этапах «жизненного» цикла технических систем.
|