CN104680247A - 一种工业循环水系统的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业循环水系统的优化方法，包括以下步骤，一、以循环水用量最小为目标，根据各装置循环水子系统的用水特点，建立各装置循环水子系统的水量优化模型，确定各装置循环水子系统的水量优化方案；二、在对各装置循环水子系统进行水量优化的基础上，根据各装置循环水子系统的压力特点，建立循环水系统全流程模型，对循环水系统中的所有设备和管网的压力进行核算，并根据核算结果确定循环水系统的压力优化方案；三、在水量优化与压力优化的基础上，根据循环水系统的运行要求，确定循环水系统的节电优化方案。本发明更加切合企业实际的循环水系统，节水节能效果更为显著。

Description

一种工业循环水系统的优化方法

技术领域

本发明涉及工业公用工程系统，尤其是涉及一种应用于冶金、石油、化工等领域的循环水系统。

背景技术

循环水系统是电力、冶金、石化等行业的重要公用工程。循环水系统运行质量的高低直接影响着企业的产能，关系着生产装置和设备的运行安全、产品的产率和质量。据行业统计显示，循环水系统的循环用水量占工业用水量的80％左右，是工业制造尤其是石油化工领域用水量最大的系统，且随着工业化进程的推进，循环水系统的循环用水量所占比例还将有所增大。同时，在循环水系统运行过程中，循环水的输送和冷却处理消耗大量的电能，在石化企业正常运营的情况下，循环水系统的电耗约占全厂电耗的10-15％，是石化行业的耗电大户。目前，循环水系统普遍存在计量不全、运行能耗大、自动化程度低等缺陷，其节能降耗空间巨大。据科学推算，工业循环水系统的节能空间可达20％以上。

目前，针对循环水系统优化的研究工作主要集中在三方面：第一是针对循环水泵、冷却塔等单体设备的性能优化；第二是针对装置端循环水子系统的循环水用量优化；第三是针对包括冷却塔、装置用水单元在内的循环水系统的集成优化。这三方面的优化虽然在一定程度上改善了系统设备的性能，降低了装置的循环水用量。但目前的循环水系统优化主要集中在循环水系统的局部方面，并未充分考虑各用水设备所需的压头、装置内循环水管网的压力、现场用水设备的实际约束条件、循环水主管网的运行压力等因素，没有针对循环水系统进行全流程优化，效果不甚理想，存在优化方案与现场实际应用相脱节的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业循环水系统的优化方法，该方法综合考虑了水流量平衡、热量平衡、水冷器、循环水泵、冷却塔风机、循环水管网、现场实际条件等因素，优化方案更加切合企业实际，节水节能效果更为显著。

为解决现有技术中存在问题，本发明包括以下步骤：

一、以循环水用量最小为目标，根据各装置循环水子系统的用水特点，，建立各装置循环水子系统的水量优化模型，确定各装置循环水子系统的水量优化方案；

二、在对各装置循环水子系统进行水量优化的基础上，根据各装置循环水系统的压力特点，建立循环水系统的全流程模型，对循环水系统中的所有设备和管网的压力进行核算，并根据核算结果确定循环水系统的压力优化方案；

三、在各装置循环水子系统水量优化和循环水系统压力优化的基础上，根据循环水系统的运行要求，确定循环水系统的节电优化方案。进一步地，在所述步骤一中包括以下步骤，

(一)以各装置循环水子系统的循环水用量最小为目标函数，采用超结构方法建立各装置循环水子系统的超结构优化模型；

(二)对各装置循环水子系统的超结构优化模型进行求解，并根据求解结果优化各装置循环水子系统的用水网络；

(三)对优化后的各装置循环水子系统的用水网络进行验证，并根据优化结果对各装置循环水子系统的用水网络进行适应性调整或改造。进一步地，在所述步骤(一)中，各装置循环水子系统的超结构优化模型满足以下条件，

①以各装置循环水子系统的循环水用量最小为目标函数

Min F_t＝∑F_t,j  (1)

②各装置循环水子系统的水流量平衡约束为

$f_{t,j}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{k,j}=F_{j,t}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{j,k},\∀j,k\∈J---\left(2\right)$

③各装置循环水子系统中水冷器进口的热量平衡约束为

$F_{t,j}\·T_{t,\mathrm{out}}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{k,j}\·T_{k,\mathrm{out}}=(F_{t,j}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{k,j})\·T_{j,\mathrm{in}},\∀j,k\∈J---\left(3\right)$

④各装置循环水子系统中水冷器进出口的热量平衡约束为

$(F_{t,j}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{k,j})\·C_w\·T_{j,\mathrm{in}}+Q_j=(F_{j,t}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{j,k})\·C_w\·T_{j,\mathrm{out}},\∀j,k\∈J---\left(4\right)$

⑤各装置循环水子系统中水冷器进出口的温度约束为

$T_{j,\mathrm{in}}\≤T_{j,\mathrm{in}}^{\max },\∀j\∈J---\left(5\right)$

$T_{j,\mathrm{out}}\≤T_{j,\mathrm{out}}^{\max },\∀j\∈J---\left(6\right)$

⑥各装置循环水子系统中水冷器的温差约束为

${\mathrm{\ΔT}}_j\≤\mathrm{\Δ}{T}_j^{\max },\∀j\∈J---\left(7\right)$

⑦整数变量约束为

$F_{t,j}\≤X_{t,j}{U}_j,\∀j\∈J---\left(8\right)$

$F_{j,k}\≤X_{j,k}{U}_k,\∀j,k\∈J---\left(9\right)$

$F_{j,t}\≤X_{j,t}{U}_j,\∀j\∈J---\left(10\right)$

⑧各装置循环水子系统的现场条件约束为

夏季工况下进水阀门全开时仍不能满足换热负荷的水冷器只消耗来自冷却塔的循环水

$X_{t,j}=1,\∀j,k\∈J---\left(11\right)$

$X_{j,k}=0,\∀j,k\∈J---\left(12\right)$

距离较远的水冷器之间不相互供水

$X_{j,k}=0,\∀j,k\∈J---\left(13\right)$

间歇水冷器不能向其他水冷器供给循环水

$X_{j,k}=0,\∀j,k\∈J---\left(14\right)$

间歇水冷器的循环水直接排至冷却塔

$X_{j,t}=1,\∀j,k\∈J---\left(15\right)$

为了获得用水量少且结构简单的循环水用水网络，水冷器的循环水来源数目须小于水冷器的最大连接数

$\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{X}_{j,k}\≤N_k^{\max },\∀k\∈J---\left(16\right)$

在(1)至(16)的公式中，J代表各装置循环水子系统的水冷器集合，j，k表示水冷器集合中的任意两个不同水冷器，C_w为水的比热容，F_t为来自冷却塔的冷却水流量，F_t,j为水冷器j消耗的来自冷却塔的冷却水流量，F_k,j为水冷器j消耗的来自水冷器k的冷却水流量，F_j,k为水冷器k消耗的来自水冷器j的冷却水流量，F_j,t为水冷器j排向冷却塔的冷却水流量，为水冷器的最大连接数，Q_j为水冷器j的热负荷，△T_j为水冷器j的温差，为水冷器j的最大温差，T_t,out为冷却塔的出口温度，T_j,out为水冷器j的出口温度，T_k,out为水冷器k的出口温度，T_j,in为水冷器j的进口温度，为水冷器j的极限进口温度，为水冷器j的极限出口温度，U_j为水冷器j的最大冷却水流量，U_k为水冷器k的最大冷却水流量，X_t,j为0、1变量，表示水冷器j是否使用来自于冷却塔的冷却水，X_j,k为0、1变量，表示水冷器k是否使用来自于水冷器j的冷却水，X_j,t为0、1变量，表示水冷器j是否向冷却塔排水。

进一步地，在所述步骤二中包括以下步骤，

(一)根据对各装置循环水子系统进行水量优化的结果，建立包括循环水泵、循环水管网、各装置、冷却塔在内的循环水系统的全流程模型；

(二)根据循环水系统的全流程模型，分别对各装置循环水子系统所需的压头与循环水泵所供的压头、各装置循环水子系统的出口压头与循环水场冷却塔所需的压头进行对比核算，并对各装置循环水子系统所需的管网压力按等级进行分类；

(三)根据各装置循环水子系统所需的管网压力等级分布情况，将循环水系统主管网分为高压区和低压区，并对循环水系统主管网进行适应性调整或改造，实行高压高供、低压低供，对循环水进行梯级利用。

进一步地，在所述步骤三中包括以下步骤，

(一)在各装置循环水子系统水量优化和循环水系统压力优化的基础上，再次搭建包括循环水给水系统、各用水装置循环水子系统、循环水回水系统在内的循环水系统全流程模型；

(二)根据再次搭建的循环水系统全流程模型，对循环水系统主管网所需的压力和循环水量与循环水泵的实际压头和流量进行对比核算，同时对循环水系统的循环水量与冷却塔的实际处理量进行对比核算；

(三)根据上一步的核算结果，对循环水系统中的用电设备进行适应性调整或改造，以满足循环水系统的运行需求。本发明与现有技术相比具有以下优点：1)本发明综合考虑了水流量平衡、热量平衡、水冷器、循环水泵、冷却塔风机、循环水管网、压力、现场实际条件等多项因素，采用“先装置、后系统，先水量、后压力”的优化方法，搭建循环水系统的全流程模型，针对循环水系统进行整体优化，优化方案更加切合企业实际的循环水系统；2)基于本发明获得的循环水系统优化方案能够在保证循环水系统安全运行的前提下，最大限度地减少循环水用量，降低循环水系统的运行压力，节省循环水系统的电力消耗，节水节能效果显著，能有效降低循环水系统的运行成本，为企业带来良好的经济效益和节能效果。

下面结合附图所示具体案例对本发明作进一步详细说明：

附图说明

图1为某炼油企业循环水系统的工艺流程图；

图2为某炼油企业循环水系统的主管网示意图；

图3为本发明一种工业循环水系统优化方法的流程图；

图4为某炼油企业循环水系统优化后的主管网示意图。

具体实施方式

图1为某炼油企业循环水系统的工艺流程图，该循环水系统为12套装置的换热设备提供循环冷却水，循环水系统配有5台循环水泵和4座风机冷却塔。图2为该炼油企业循环水系统优化前的主管网示意图。

本发明一种工业循环水系统优化方法的流程如图3所示，具体实施方式包括以下步骤：

第一步，针对循环水系统的用水量进行优化，确定各装置循环水子系统的水量优化方案。

在该步骤中，以满足生产需要为前提，以12套装置循环水子系统的循环水用量最小为目标，综合考虑每套装置的用水特点、换热负荷、换热温差等因素，建立各套装置循环水子系统的水量优化模型，在尽量不改动原有循环水系统的前提下，对装置循环水子系统的用水网络进行改造，以最少的改造成本获得循环水系统用水量最小、结构相对简单的装置循环水子系统的用水网络。

具体地说就是：

(一)以这12套装置循环水子系统的循环水用量最小为目标函数，采用超结构方法建立每套装置循环水子系统的超结构优化模型，该超结构优化模型满足以下条件：

①以各装置循环水子系统的循环水用量最小为目标函数

Min F_t＝∑F_t,j  (1)

②各装置循环水子系统的水流量平衡约束为

$f_{t,j}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{k,j}=F_{j,t}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{j,k},\∀j,k\∈J---\left(2\right)$

③各装置循环水子系统中水冷器进口的热量平衡约束为

$F_{t,j}\·T_{t,\mathrm{out}}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{k,j}\·T_{k,\mathrm{out}}=(F_{t,j}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{k,j})\·T_{j,\mathrm{in}},\∀j,k\∈J---\left(3\right)$

④各装置循环水子系统中水冷器进出口的热量平衡约束为

$(F_{t,j}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{k,j})\·C_w\·T_{j,\mathrm{in}}+Q_j=(F_{j,t}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{j,k})\·C_w\·T_{j,\mathrm{out}},\∀j,k\∈J---\left(4\right)$

⑤各装置循环水子系统中水冷器进出口的温度约束为

$T_{j,\mathrm{in}}\≤T_{j,\mathrm{in}}^{\max },\∀j\∈J---\left(5\right)$

$T_{j,\mathrm{out}}\≤T_{j,\mathrm{out}}^{\max },\∀j\∈J---\left(6\right)$

⑥各装置循环水子系统中水冷器的温差约束为

${\mathrm{\ΔT}}_j\≤\mathrm{\Δ}{T}_j^{\max },\∀j\∈J---\left(7\right)$

⑦整数变量约束为

$F_{t,j}\≤X_{t,j}{U}_j,\∀j\∈J---\left(8\right)$

$F_{j,k}\≤X_{j,k}{U}_k,\∀j,k\∈J---\left(9\right)$

$F_{j,t}\≤X_{j,t}{U}_j,\∀j\∈J---\left(10\right)$

⑧各装置循环水子系统的现场条件约束为

夏季工况下进水阀门全开时仍不能满足换热负荷的水冷器只消耗来自冷却塔的循环水

$X_{t,j}=1,\∀j,k\∈J---\left(11\right)$

$X_{j,k}=0,\∀j,k\∈J---\left(12\right)$

距离较远的水冷器之间不相互供水

$X_{j,k}=0,\∀j,k\∈J---\left(13\right)$

间歇水冷器不能向其他水冷器供给循环水

$X_{j,k}=0,\∀j,k\∈J---\left(14\right)$

间歇水冷器的循环水直接排至冷却塔

$X_{j,t}=1,\∀j,k\∈J---\left(15\right)$

为了获得用水量少且结构简单的循环水用水网络，水冷器的循环水来源数目须小于水冷器的最大连接数

$\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{X}_{j,k}\≤N_k^{\max },\∀k\∈J---\left(16\right)$

在(1)至(16)的公式中，J代表各装置循环水子系统的水冷器集合，j，k表示水冷器集合中的任意两个不同水冷器，C_w为水的比热容，F_t为来自冷却塔的冷却水流量，F_t,j为水冷器j消耗的来自冷却塔的冷却水流量，F_k,j为水冷器j消耗的来自水冷器k的冷却水流量，F_j,k为水冷器k消耗的来自水冷器j的冷却水流量，F_j,t为水冷器j排向冷却塔的冷却水流量，为水冷器的最大连接数，Q_j为水冷器j的热负荷，△T_j为水冷器j的温差，为水冷器j的最大温差，T_t,out为冷却塔的出口温度，T_j,out为水冷器j的出口温度，T_k,out为水冷器k的出口温度，T_j,in为水冷器j的进口温度，为水冷器j的极限进口温度，为水冷器j的极限出口温度，U_j为水冷器j的最大冷却水流量，U_k为水冷器k的最大冷却水流量，X_t,j为0、1变量，表示水冷器j是否使用来自于冷却塔的冷却水，X_j,k为0、1变量，表示水冷器k是否使用来自于水冷器j的冷却水，X_j,t为0、1变量，表示水冷器j是否向冷却塔排水。

(二)对各装置循环水子系统的超结构优化模型进行求解，并根据求解结果优化各装置循环水子系统的用水网络。

(三)对优化后12套装置循环水子系统的用水网络进行验证，并根据优化结果对这12套装置循环水子系统的用水网络进行适应性调整或改造。

通过对循环水系统的用水量进行优化，大幅降低了装置的循环水用量。由于各装置循环水子系统的管网结构复杂多样，附图中没有标示，在此也不详叙。优化后，每套装置的循环水节水量如表1所示，需要指出的是，在该具体案例中，装置3、装置4、装置10、装置11、装置12中各水冷器的进回水温差较大，无水量优化空间。表1的统计数据显示，对该炼油企业的循环水系统进行水量优化后，每小时可节约循环水2110.84吨，节水率达16％。

表1 各装置循环水节水量统计

用水装置	节水量(t/h)
		装置1	432
装置2	120.2
		装置3	-
装置4	-
		装置5	1029.02
装置6	160.21
		装置7	175.4
装置8	156.86
		装置9	37.16
装置10	-
		装置11	-
装置12	-
		总计	2110.84

通过对循环水系统的用水量进行优化后，不但能有效减少新鲜水的补水量和相应的药剂费用；同时，循环水用量的减少相应地也降低了循环水泵和冷却塔风机的电耗。通过对该炼油企业循环水系统水量优化后的运营数据进行统计，结果表明，优化后的循环水系统年节约新鲜水为18.41万吨，年节约新鲜水补水及药剂费用达150.2万元；循环水泵与冷却塔风机年节电433.74万kWh，节约电费248.1万元。

第二步，在对循环水系统进行水量优化的基础上，根据这12套装置循环水子系统的压力特点，建立循环水系统的全流程模型，对循环水系统中的所有设备与管网的压力进行核算，并根据核算结果确定循环水系统的压力优化方案。

具体地说就是：

(一)根据这12套装置循环水子系统水量优化的结果，建立包括5台循环水泵、循环水系统主管网、12套装置循环水子系统、4座冷却塔在内的循环水系统全流程模型。

(二)根据搭建的循环水系统全流程模型，分别对12套装置循环水子系统所需的压头与5台循环水泵所供的压头、12套装置循环水子系统出口的压头与4座冷却塔所需的压头进行对比核算，核算过程中，在确保各循环水子系统出口至冷却塔的最小循环水回水压力的情况下，选取各装置循环水子系统回水压力值中的最大值作为各装置中循环水子系统出口的最小回水压力，并在保证各装置循环水子系统出口最小回水压力的基础上，确定各装置进口的最小给水压力。同时，根据这12套装置循环水子系统所需供水压力的大小，对各装置循环水子系统的管网压力进行等级分类。

(三)根据这12套装置循环水子系统的管网压力等级分布情况，通过设置阀门将循环水系统主管网分为高压区和低压区，并对循环水系统主管网进行适应性调整或改造，实行高压高供、低压低供，从整体上降低循环水系统的供水压力，实现循环水梯级利用。

图4为某炼油企业循环水系统优化后的主管网示意图，通过对循环水系统的压力进行优化，利用阀门将循环水系统给水主管网分隔为高压供水管网与低压供水管网，在满足这12套装置循环水子系统所需压力的要求下，循环水系统主管网高压区的供水压力保持原来的0.5Mpa不变，循环水系统主管网低压区的供水压力由原来的0.5MPa减小为0.4Mpa；12套装置循环水子系统出口的回水压力由原来的0.22MPa降低到0.15Mpa，可满足冷却塔的运行需求。优化后的循环水系统充分利用了原有的循环水系统管线，在尽量不改动原有循环水系统管网的基础上，通过新增两个阀门将循环水给水系统分隔为循环水高压给水部分(以虚线表示)和循环水低压给水部分(实线表示)，并通过新增两条高压输水管线和一条低压输水管线以保证循环水系统高压区与低压区循环水的正常供应。

第三步，在对该循环水系统进行水量优化与压力优化的基础上，根据循环水系统的运行要求，确定循环水系统的节电优化方案。

具体地说就是：

(一)根据这12套装置循环水子系统水量优化与循环水系统压力优化的结果，再次搭建循环水系统全流程模型。

(二)根据再次搭建的循环水系统全流程模型，对循环水系统主管网所需的压力和循环水量与循环水泵的实际压头和流量进行对比核算，并对循环水系统的循环水量与冷却塔的实际处理量进行对比核算。

(三)根据上一步的核算结果，对循环水系统中的用电设备进行适应性调整或改造，以满足循环水系统的运行需求。

通过对循环水系统进行节电优化，利用原有的一台循环水泵向高压管网供水，同时对两台循环水泵进行叶轮切削改造，将这两台循环水泵的工作压力由0.5MPa降为0.4MPa，并由这两台循环水泵向低压管网供水，这将大大降低循环水泵的电耗，节约循环水系统的电力成本。剩下的两台循环水泵作为备用，非正常工况下当系统循环水出现严重不足的情况下，可利用备用循环水泵对循环水系统进行补水，以保证整个循环水系统的正常运行。通过对该炼油企业循环水系统节电优化后的运营数据进行统计，结果显示，每年可节电216.24万kWh，节约电费123.69万元。

以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行的限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种工业循环水系统的优化方法，其特征在于：包括以下步骤，

一、以循环水用量最小为目标，根据各装置循环水子系统的用水特点，建立各装置循环水子系统的水量优化模型，确定各装置循环水子系统的水量优化方案；

二、在对各装置循环水子系统进行水量优化的基础上，根据各装置循环水子系统的压力特点，建立循环水系统的全流程模型，对循环水系统中的所有设备和管网的压力进行核算，并根据核算结果确定循环水系统的压力优化方案；

三、在各装置循环水子系统水量优化和循环水系统压力优化的基础上，根据循环水系统的运行要求，确定循环水系统的节电优化方案。

2.按照权利要求1所述的一种工业循环水系统的优化方法，其特征在于：在所述步骤一中包括以下步骤，

(一)以各装置循环水子系统的循环水用量最小为目标函数，采用超结构方法建立各装置循环水子系统的超结构优化模型；

(二)对各装置循环水子系统的超结构优化模型进行求解，并根据求解结果优化各装置循环水子系统的用水网络；

(三)对优化后的各装置循环水子系统的用水网络进行验证，并根据优化结果对各装置循环水子系统的用水网络进行适应性调整或改造。

3.按照权利要求2所述的一种工业循环水系统的优化方法，其特征在于：在所述步骤(一)中，各装置循环水子系统的超结构优化模型满足以下条件，

①以各装置循环水子系统的循环水用量最小为目标函数

Min F_t＝∑F_t,j                 (1)

②各装置循环水子系统的水流量平衡约束为

$\begin{array}{cc}{F}_{t,j}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{k,j}=F_{j,t}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{j,k}& \∀j,k\∈J---\left(2\right)\end{array}$

③各装置循环水子系统中水冷器进口的热量平衡约束为

$\begin{array}{cc}{F}_{t,j}\·T_{t,\mathrm{out}}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{k,j}\·T_{k,\mathrm{out}}=(F_{t,j}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{k,j})\·T_{j,\mathrm{in}}& \∀j,k\∈J---\left(3\right)\end{array}$

④各装置循环水子系统中水冷器进出口的热量平衡约束为

$\begin{array}{cc}(F_{t,j}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{k,j})\·C_w\·T_{j,\mathrm{in}}+Q_j=(F_{j,t}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{F}_{j,k})\·C_w\·T_{j,\mathrm{out}}& \∀j,k\∈J---\left(4\right)\end{array}$

⑤各装置循环水子系统中水冷器进出口的温度约束为

$\begin{array}{cc}{T}_{j,\mathrm{in}}\≤T_{j,\mathrm{in}}^{\max }& \∀j\∈J---\left(5\right)\end{array}$

$\begin{array}{cc}{T}_{j,\mathrm{out}}\≤T_{j,\mathrm{out}}^{\max }& \∀j\∈J---\left(6\right)\end{array}$

⑥各装置循环水子系统中水冷器的温差约束为

$\begin{array}{cc}\mathrm{\Δ}{T}_j\≤{\mathrm{\ΔT}}_j^{\max }& \∀j\∈J---\left(7\right)\end{array}$

⑦整数变量约束为

$\begin{array}{cc}{F}_{t,j}\≤X_{t,j}{U}_j& \∀j\∈J---\left(8\right)\end{array}$

$\begin{array}{cc}{F}_{j,k}\≤X_{j,k}{U}_k& \∀j,k\∈J---\left(9\right)\end{array}$

$\begin{array}{cc}{F}_{j,t}\≤X_{j,t}{U}_j& \∀j\∈J---\left(10\right)\end{array}$

⑧各装置循环水子系统的现场条件约束为

夏季工况下进水阀门全开时仍不能满足换热负荷的水冷器只消耗来自冷却塔的循环水

$\begin{array}{cc}{X}_{t,j}=1& \∀j,k\∈J---\left(11\right)\end{array}$

$\begin{array}{cc}{X}_{j,k}=0& \∀j,k\∈J---\left(12\right)\end{array}$

距离较远的水冷器之间不相互供水

$\begin{array}{cc}{X}_{j,k}=0& \∀j,k\∈J---\left(13\right)\end{array}$

间歇水冷器不能向其他水冷器供给循环水

$\begin{array}{cc}{X}_{j,k}=0& \∀j,k\∈J---\left(14\right)\end{array}$

间歇水冷器的循环水直接排至冷却塔

$\begin{array}{cc}{X}_{j,t}=1& \∀j,k\∈J---\left(15\right)\end{array}$

为了获得用水量少且结构简单的循环水用水网络，水冷器的循环水来源数目须小于水冷器的最大连接数

$\begin{array}{cc}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{X}_{j,k}\≤N_k^{\max }& \∀k\∈J---\left(16\right)\end{array}$

在(1)至(16)的公式中，J代表各装置循环水子系统的水冷器集合，j，k表示水冷器集合中的任意两个不同水冷器，C_w为水的比热容，F_t为来自冷却塔的冷却水流量，F_t,j为水冷器j消耗的来自冷却塔的冷却水流量，F_k,j为水冷器j消耗的来自水冷器k的冷却水流量，F_j,k为水冷器k消耗的来自水冷器j的冷却水流量，F_j,t为水冷器j排向冷却塔的冷却水流量，为水冷器的最大连接数，Q_j为水冷器j的热负荷，ΔT_j为水冷器j的温差，为水冷器j的最大温差，T_t,out为冷却塔的出口温度，T_j,out为水冷器j的出口温度，T_k,out为水冷器k的出口温度，T_j,in为水冷器j的进口温度，为水冷器j的极限进口温度，为水冷器j的极限出口温度，U_j为水冷器j的最大冷却水流量，U_k为水冷器k的最大冷却水流量，X_t,j为0、1变量，表示水冷器j是否使用来自于冷却塔的冷却水，X_j,k为0、1变量，表示水冷器k是否使用来自于水冷器j的冷却水，X_j,t为0、1变量，表示水冷器j是否向冷却塔排水。

4.按照权利要求1所述的一种工业循环水系统的优化方法，其特征在于：在所述步骤二中包括以下步骤，

(一)根据对各装置循环水子系统进行水量优化的结果，建立包括循环水泵、循环水管网、各装置、冷却塔在内的循环水系统的全流程模型；

(二)根据循环水系统的全流程模型，分别对各装置循环水子系统所需的压头与循环水泵所供的压头、各装置循环水子系统的出口压头与循环水场冷却塔所需的压头进行对比核算，并对各装置循环水子系统所需的管网压力按等级进行分类；

(三)根据各装置循环水子系统所需的管网压力等级分布情况，将循环水系统主管网分为高压区和低压区，并对循环水系统主管网进行适应性调整或改造，实行高压高供、低压低供，对循环水进行梯级利用。

5.按照权利要求1所述的一种工业循环水系统的优化方法，其特征在于：在所述步骤三中包括以下步骤，

(一)在各装置循环水子系统水量优化和循环水系统压力优化的基础上，再次搭建包括循环水给水系统、各用水装置循环水子系统、循环水回水系统在内的循环水系统全流程模型；

(二)根据再次搭建的循环水系统全流程模型，对循环水系统主管网所需的压力和循环水量与循环水泵的实际压头和流量进行对比核算，同时对循环水系统的循环水量与冷却塔的实际处理量进行对比核算；

(三)根据上一步的核算结果，对循环水系统中的用电设备进行适应性调整或改造，以满足循环水系统的运行需求。