江葦，周晶，鄧春，馮霄

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通用煉油廠水系統(tǒng)優(yōu)化模型開發(fā)與應用

江葦1，周晶2，鄧春1，馮霄3

（1中國石油大學（北京）化學工程學院，重質(zhì)油國家重點實驗室，北京 102249；2中國石油大學（北京）新能源研究院，北京 102249；3西安交通大學化學工程與技術(shù)學院，陜西西安 710049）

傳統(tǒng)水系統(tǒng)優(yōu)化往往只考慮了新鮮水用量，而忽視了除鹽水、除氧水、各等級蒸汽、蒸汽冷凝水、循環(huán)冷卻水等類型的水，缺乏對各類型水量關(guān)聯(lián)性的研究。針對這種局限性，提出了包含多種類型水的通用用水過程模型，以及通用煉油廠水系統(tǒng)優(yōu)化的超結(jié)構(gòu)和相應的數(shù)學模型，模型中集成了各裝置及各種類型水之間關(guān)聯(lián)的物料衡算方程。利用商業(yè)軟件GAMS對某煉油廠的水系統(tǒng)進行建模求解，案例分析結(jié)果表明，除鹽水用量有所下降，回用水用量增加，在優(yōu)化前后雨水量保持469.36 t·h-1的情況下，系統(tǒng)的新鮮水用量從489.44 t·h-1減小到283.94 t·h-1，以系統(tǒng)新鮮水量和雨水量之和為基準，節(jié)水率達到21.4%。加工噸原油取水量從0.649 t減小至0.510 t，接近國內(nèi)先進水平。案例研究表明，提出的優(yōu)化模型能夠有效地計算整個煉油廠水系統(tǒng)的新鮮水用量，驗證了該模型的實用性。

多類型；用水過程；設(shè)計；優(yōu)化；模型

引 言

近年來，隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)用水量大，水污染問題日益嚴重。“十三五”規(guī)劃將節(jié)約用水和保護水資源提上日程，其中工業(yè)生產(chǎn)的節(jié)水是重點。對于工業(yè)用水系統(tǒng)而言，水系統(tǒng)集成與優(yōu)化技術(shù)能夠使水資源得到有效的回收利用，是一條重要的節(jié)水途徑[1]。

水系統(tǒng)優(yōu)化的方法主要有夾點法和數(shù)學規(guī)劃法。Wang等[2]首先提出在濃度-負荷圖中構(gòu)造水系統(tǒng)極限復合曲線和確定最優(yōu)供水線，從而確定最小的新鮮水用量，該方法是夾點法的代表。馮霄等對Wang等提出的夾點法作出重大改進，提出再生回用[3-4]和再生循環(huán)[5-6]水系統(tǒng)最優(yōu)供水線的構(gòu)造方法和問題表法。其他代表性的夾點法有水源水阱復合曲線[7]、水剩余圖[8]、物料回收夾點圖[9-10]、水級聯(lián)法[11]、源阱復合曲線[12]、改進極限復合曲線和復合表法[13]，以及改進的問題表法[14-15]和源復合曲線[16]，基于過程的圖示法[17]等確定目標值的方法，以及最大傳質(zhì)推動力法與最小匹配數(shù)法[2]、近鄰算法[12]，和具有中間水道的水系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法[18]。Foo[19]對水系統(tǒng)優(yōu)化的夾點法做了詳盡的綜述。Liao等[20]提出了混合勢的概念及在設(shè)計階段改進水系統(tǒng)抗干擾性能的設(shè)計方法。由于數(shù)學規(guī)劃法能對復雜大規(guī)模水系統(tǒng)進行分析與優(yōu)化，早在20世紀80年代Takama等[21]就提出了水系統(tǒng)優(yōu)化的超結(jié)構(gòu)并建立了非線性規(guī)劃數(shù)學模型。隨后很多學者利用數(shù)學規(guī)劃法優(yōu)化水系統(tǒng)，包括通用的水網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)[22]，總水網(wǎng)絡(luò)[23]，水網(wǎng)絡(luò)全局優(yōu)化[24]，再生循環(huán)通用超結(jié)構(gòu)[25]，完全水網(wǎng)絡(luò)[26]，性質(zhì)集成水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[27]，再生回用水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[4]，廠際水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[28-30]，間歇和連續(xù)水網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一優(yōu)化模型[31]，通用水網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)及全局優(yōu)化[32]，工業(yè)園區(qū)水網(wǎng)絡(luò)[33]，也可參閱代表性的文獻綜述[34-38]。

在傳統(tǒng)的水系統(tǒng)優(yōu)化研究中，用水過程可分為固定雜質(zhì)負荷的用水過程和固定流率的用水過程[11,39]。Ahmetovi?等[32]提出了水系統(tǒng)全局優(yōu)化的通用超結(jié)構(gòu)模型。其中在固定雜質(zhì)負荷的用水過程中進出口流率相等，而實際的用水過程進出口流率不一定相等，可能存在水量的產(chǎn)生或損失。實際工業(yè)水系統(tǒng)優(yōu)化過程中采用固定流率的用水過程模型較為方便。此外，傳統(tǒng)的水系統(tǒng)優(yōu)化模型只是將水簡單地分為新鮮水、再生水和排放污水，如圖1（a）所示，以往的研究并未對水的類別加以詳細區(qū)分，Huang等[22]將水源分為主要水源，即新鮮水源；次要水源，即生產(chǎn)過程的排水。但是也未對水的類型進行詳細區(qū)分。實際上，用水過程的水的類型還包括除鹽水、除氧水、循環(huán)冷卻水及各等級蒸汽等，如圖1（b）所示。

此外，對于煉油廠水系統(tǒng)，現(xiàn)有的水系統(tǒng)優(yōu)化模型只能獲得所提取水源水阱子系統(tǒng)的最小新鮮水用量，而無法直接得到整個水系統(tǒng)的最小新鮮水量。例如，節(jié)約的除鹽水和蒸汽需要按照一定的比例折算為節(jié)約的新鮮水用量[1]，其根本原因在于各種用水量之間存在相互關(guān)聯(lián)性，其他類型的用水量會影響整個水系統(tǒng)的最小新鮮水量。例如新鮮水經(jīng)過除鹽水站可制取除鹽水，除鹽水又可以送往動力站，經(jīng)過除氧器和鍋爐以制取蒸汽。另外，某些用水過程使用蒸汽之后可能產(chǎn)生含硫污水或其他形式污水；而含硫污水經(jīng)過汽提產(chǎn)生的凈化水可進一步回用作為換熱器的入口注水，從而減少除鹽水用量，從而進一步減少新鮮水用量。為了解決各類型水之間關(guān)聯(lián)性的問題，本文詳細區(qū)分了用水的類型，提出了一種包含多種類型用水的通用用水過程的超結(jié)構(gòu)，并建立了典型工業(yè)水系統(tǒng)優(yōu)化的數(shù)學模型，然后在該模型中集成了各類水之間流率關(guān)聯(lián)的物料衡算方程。

1 問題描述

給定一個煉油廠水網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示（左邊虛線框中為主要生產(chǎn)裝置，右邊虛線框中為輔助生產(chǎn)裝置）。該水系統(tǒng)的優(yōu)化問題可描述為：給定一系列主要的生產(chǎn)裝置，例如常減壓、催化裂化、汽柴油加氫、重整、制氫、酸性汽提裝置等，其出口可看成過程水源，即可提供水的裝置，例如含硫、含油、含鹽污水等；入口可看成過程水阱，即需外界供水的裝置，例如電脫鹽注水，塔頂注水，換熱器前注水等。工業(yè)水系統(tǒng)中還包括一些輔助生產(chǎn)裝置，如新鮮水站、除鹽水站、循環(huán)水站、動力站、污水處理場、儲運系統(tǒng)等。它們可以將某些類型的水經(jīng)過處理后以其他類型的水送出，例如除鹽水站將新鮮水處理后以除鹽水的形式送出。在滿足雜質(zhì)濃度要求的情況下，過程水源可直接回用至過程水阱。而一旦過程水源不滿足過程水阱的要求，則需要用到外部新鮮水，如市政供水、江河湖泊水、雨水等。這些新鮮水源在供給生產(chǎn)裝置之前也需要經(jīng)過一定的預處理過程，例如過濾、沉降等。本文旨在建立一種通用的煉油廠水系統(tǒng)優(yōu)化模型，集成不同類型水之間流率關(guān)聯(lián)性的物料衡算方程，用以優(yōu)化實際煉油廠水系統(tǒng)。

2 數(shù)學模型

本節(jié)建立了一種考慮多種類型用水的煉油廠水系統(tǒng)優(yōu)化的數(shù)學模型。其超結(jié)構(gòu)如圖2所示。以下分別針對輔助生產(chǎn)單元，主要生產(chǎn)單元以及各類型水進行物料衡算。

式（1）～式（6）描述了輔助生產(chǎn)單元的水平衡關(guān)系。

（1）新鮮水站(fresh water station)的水平衡

從外界來的新鮮水源經(jīng)過新鮮水站預處理后作為生產(chǎn)給水、生活用水、消防用水和施工用水。其平衡關(guān)系如式（1）所示。

（2）除鹽水站(desalted water station)的水平衡

除鹽水站使用雨水、生產(chǎn)給水、蒸汽冷凝水生產(chǎn)除鹽水供各裝置使用。產(chǎn)生含油污水送往含油污水管網(wǎng)。其平衡關(guān)系如式（2）所示。

（3）動力站(power station)的水平衡

動力站使用除鹽水為全廠提供各等級蒸汽，并通過除氧器產(chǎn)生除氧水。其平衡關(guān)系如式（3）所示。

（4）循環(huán)水站(circulating water station)的水平衡

循環(huán)水站主要使用生產(chǎn)給水、回用水和雨水作為補水。降溫后的循環(huán)冷卻水回用至各個裝置。循環(huán)冷卻水處理過濾設(shè)備反沖洗排污至雨水溝。其平衡關(guān)系如式（4）所示。

（5）污水處理場(wastewater treatment station)的水平衡

含油污水、含鹽污水、生活污水和其他用水經(jīng)污水處理場處理后可回用給其他生產(chǎn)裝置或排污，處理過程還會消耗部分生產(chǎn)給水，除此之外有部分水量損失。其平衡關(guān)系如式（5）所示。

（6）儲運系統(tǒng)(storage transportation station)的水平衡

儲運系統(tǒng)使用生產(chǎn)給水、蒸汽和循環(huán)冷卻水，產(chǎn)生冷凝水送往冷凝水管網(wǎng)，產(chǎn)生污水送往含硫污水管網(wǎng)。其平衡關(guān)系如式（6）所示。

（7）生產(chǎn)裝置(PU)的水平衡

生產(chǎn)裝置包括多個用水過程，分別消耗各類水，并產(chǎn)生廢水。產(chǎn)生的廢水需送往各類水處理裝置回用或者排放至環(huán)境。每個生產(chǎn)裝置具有通用的形式，即每個生產(chǎn)裝置的入口可能包括循環(huán)冷卻水、生產(chǎn)給水、除鹽水、除氧水、各等級蒸汽、蒸汽冷凝水、含硫污水、回用水以及其他用水；其出口可能包括循環(huán)冷卻水、除氧水、各等級蒸汽、蒸汽冷凝水、含硫污水、含油污水、含鹽污水、回用水、排污和損耗。生產(chǎn)裝置通用的平衡關(guān)系可表示為式（7）。

式（8）～式（15）描述了幾種常見用水的水平衡關(guān)系，包括生產(chǎn)給水、除鹽水、除氧水、各等級蒸汽和汽提凈化水。

（8）生產(chǎn)給水(fresh water)的水平衡

新鮮水站生產(chǎn)的生產(chǎn)給水送到各個生產(chǎn)裝置、循環(huán)水站、污水處理場、除鹽水站和儲運系統(tǒng)。其平衡關(guān)系如式（8）所示。

（9）除鹽水(desalted water)的水平衡

除鹽水站生產(chǎn)的除鹽水送到各生產(chǎn)裝置和動力站。其平衡關(guān)系如式（9）所示。

（10）除氧水(deaerat water)的水平衡

重整裝置和動力站產(chǎn)生的除氧水送往其他生產(chǎn)裝置。其平衡關(guān)系如式（10）所示。

（11）9.5 MPa蒸汽(high pressure steam)的水平衡

制氫裝置和動力站產(chǎn)生的9.5 MPa蒸汽送往各生產(chǎn)裝置，但會有一部分漏損量。其平衡關(guān)系如式（11）所示。

（12）3.5 MPa蒸汽(medium pressure steam)的水平衡

各生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的3.5 MPa蒸汽供給各生產(chǎn)裝置和動力站使用。其平衡關(guān)系如式（12）所示。

（13）1.0 MPa蒸汽(low pressure steam)的水平衡

各生產(chǎn)裝置和動力站產(chǎn)生的1.0 MPa蒸汽送往各生產(chǎn)裝置和儲運系統(tǒng)，但有一部分漏損。其平衡關(guān)系如式（13）所示。

（14）0.45 MPa蒸汽(low low pressure steam)的水平衡

各生產(chǎn)裝置和動力站產(chǎn)生的0.45 MPa蒸汽送往各生產(chǎn)裝置，也有一部分蒸汽漏損。其平衡關(guān)系如式（14）所示。

（15）汽提凈化水(stripping water)的水平衡

酸性汽提裝置產(chǎn)生的汽提凈化水送往各個裝置和污水處理場。其平衡關(guān)系如式（15）所示。

式（1）～式（15）描述了通用工業(yè)水系統(tǒng)的各類水的水平衡關(guān)系，而這類水平衡關(guān)系正是現(xiàn)有的水系統(tǒng)優(yōu)化模型中不具備的。本文在這些水平衡關(guān)系的基礎(chǔ)上，針對水系統(tǒng)中潛在的過程水源和水阱提出優(yōu)化方案。

（16）傳統(tǒng)用水過程

如圖1（a）所示，對傳統(tǒng)的用水過程，其入口水量與該過程產(chǎn)生的水量之和等于其出口的排出水量與該過程的水損失量之和，其水量平衡關(guān)系如式（16）所示。然而，傳統(tǒng)用水過程的用水類型只有新鮮水、再生水或其他用水過程的排水等水類型。其排水可送往其他用水過程，或者作為含鹽/含油/含硫污水送往各水處理裝置。

（17）通用用水過程

本文提出的通用用水過程模型，考慮了如圖1（b）所示的更加詳細的用水類型，除了傳統(tǒng)的新鮮水、再生水之外，還考慮了除鹽水、循環(huán)冷卻水、各等級蒸汽等其他用水類型，相比于傳統(tǒng)的用水過程模型，該模型更具有通用性。其平衡關(guān)系如式（17）所示。

值得注意的是，對存在優(yōu)化可能性的用水過程，優(yōu)化建模時，需要根據(jù)水質(zhì)要求，將滿足其入口水質(zhì)要求的回用水作為新的水類型，即式（17）中TypeIn的集合要增加新的水類型。例如，本文案例蠟油加氫中的反應注水過程，含硫污水汽提凈化水滿足該過程的用水需求，則對于該過程的水量平衡關(guān)系式（17）而言，TypeIn的集合要增加“Strip”，即含硫污水汽提凈化水。

此外，值得一提的是，式（17）與式（7）的不同之處在于兩者分別描述了用水過程與生產(chǎn)裝置的水量平衡關(guān)系。生產(chǎn)裝置中所有用水過程的水量平衡關(guān)系都可以用式（17）描述，全部匯總就可以得到該裝置的水量平衡關(guān)系，即式（7）。

（18）目標函數(shù)(OBJ)

本文以整個水系統(tǒng)的新鮮水的總用量為目標函數(shù)進行優(yōu)化，即確定新鮮水站入口的最小新鮮水用量（），即式（18）。

本文以式（18）為目標函數(shù)，式（1）～式（6）、式（8）～式（15）和式（17）為約束條件，優(yōu)化整個水系統(tǒng)的新鮮水用量。

對于手術(shù)治療而言，其雖然能夠幫助患者解決因病痛產(chǎn)生的痛苦，但同時也會使患者的身心受到損害，從而影響治療效果[1]。近年來，隨著護理模式的不斷完善，手術(shù)室護理不僅需要熟練的操作與配合，更需要為患者提供舒適化、人性化的服務(wù)，讓患者能夠在安全、舒適的狀態(tài)下完成手術(shù)治療。作為一種新型護理模式，舒適護理最大的特點就是具備一定的整體性與個性，能夠使患者感覺到舒適和愉悅。

3 案例分析

以某煉油廠的水系統(tǒng)優(yōu)化為例來說明本文提出的通用煉油廠水系統(tǒng)優(yōu)化模型的應用。案例中包含常減壓裝置、催化裂化裝置、汽柴油加氫裝置、重整裝置、制氫裝置、酸性汽提裝置等16個主要生產(chǎn)裝置，另外還包含新鮮水站、除鹽水站、動力站、循環(huán)水站、污水處理場、儲運系統(tǒng)等輔助生產(chǎn)裝置。原始設(shè)計中，系統(tǒng)新鮮水用量為489.44 t·h-1，雨水用量為469.36 t·h-1，除鹽水用量720.35 t·h-1，回用水用量342.59 t·h-1，折算成加工噸原油取水量為0.649 t。

根據(jù)水質(zhì)數(shù)據(jù)和水質(zhì)指標（表1），以及煉油廠節(jié)水實踐，優(yōu)化可能性主要體現(xiàn)在再生水和鍋爐排污水回用作為循環(huán)水站補水，汽提凈化水回用以代替除鹽水作為濕空冷噴淋水或者加氫裝置空冷器和換熱器前注水等。由于本文建立的數(shù)學模型為線性規(guī)劃模型，在GAMS平臺上利用CPLEX求解器求解計算（PC信息：Intel Core i5-3550 CPU@3.00GHz，64位Windows 10系統(tǒng)），利用本文的方法，優(yōu)化后結(jié)果為新鮮水用量為283.94 t·h-1，雨水用量為469.36 t·h-1，以系統(tǒng)新鮮水量和雨水量之和為基準，節(jié)水率達到21.4%（[(489.44 + 469.36)－(283.94 + 469.36)]/ (489.44 + 469.36) × 100%）。除鹽水用量為651.17 t·h-1，回用水用量為443.69 t·h-1，加工噸原油取水量為0.510 t。優(yōu)化前后各裝置的幾種關(guān)鍵水類型的用量對比如表2所示。從表2可知，優(yōu)化后的循環(huán)水站和除鹽水站的生產(chǎn)用水量分別從213.88、142.13 t·h-1減小到85.92、64.59 t·h-1。蠟油加氫、煤柴油加氫、重整裝置、芳烴聯(lián)合和脫硫聯(lián)合裝置的除鹽水用量分別從47.27、17.91、96.84、0.1、7.51 t·h-1減少至0、0、92.84、0、1.51 t·h-1。而循環(huán)水站的回用水用量由47.27 t·h-1增加到175.23 t·h-1。其原因在于，酸性汽提裝置產(chǎn)生的Ⅰ、Ⅱ類汽提凈化水代替了蠟油加氫等以上5個裝置的除鹽水，使得除鹽水站生產(chǎn)的除鹽水用量降低，生產(chǎn)除鹽水所需的生產(chǎn)給水用量也降低。常減壓、制氫裝置和硫磺回收裝置的排污水回用或處理后回用至循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，以及循環(huán)水站用處理后含油污水代替生產(chǎn)給水，故循環(huán)水站回用水用量增加，生產(chǎn)給水用量減小。值得一提的是，本文僅對水系統(tǒng)進行分析與優(yōu)化，并未優(yōu)化能量系統(tǒng)，所以優(yōu)化前后各裝置使用的蒸汽量不變。但是各裝置使用的各等級蒸汽數(shù)據(jù)需要放在模型中用于各種水量的平衡計算。

表1 鍋爐排污、循環(huán)水站補水和再生水水質(zhì)指標對比

表2 優(yōu)化前后生產(chǎn)給水、除鹽水和回用水用量對比

另外，利用現(xiàn)有的水系統(tǒng)優(yōu)化方法時需要提取水源水阱，并難以區(qū)分除鹽水、新鮮水等更加詳細分類的用水，各類水之間的關(guān)聯(lián)性也沒有考慮，因此模型求解的新鮮水用量不是整個系統(tǒng)的新鮮水用量。而本文的模型考慮了不同類型用水間的關(guān)聯(lián)性，因而能夠描述除鹽水等其他類型用水量對新鮮水量的影響關(guān)系，進而可以一步獲取系統(tǒng)的新鮮水用量。

需要指出的是，雖然本文提出的優(yōu)化模型中沒有包含雜質(zhì)濃度或是其他水質(zhì)指標的約束，但是在水量優(yōu)化過程中，考察了循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標準[40]、循環(huán)水站的水質(zhì)極限數(shù)據(jù)（企業(yè)提供的數(shù)據(jù)）和制氫裝置鍋爐排污水水質(zhì)（企業(yè)現(xiàn)場水質(zhì)測試數(shù)據(jù)），如表1所示。由表1的數(shù)據(jù)可知，制氫鍋爐排污廢水各方面指標均符合循環(huán)水站補水的水質(zhì)指標，滿足循環(huán)水站補水水質(zhì)要求，因此可直接作為循環(huán)水站的補水。另外，水質(zhì)達標的含硫污水汽提凈化水，可代替除鹽水作為電脫鹽注水、常減壓塔頂注水、催化裝置壓縮富氣注水、空氣冷卻器或高溫換熱器前注水[41-42]。

本文雖然基本涉及了煉油廠常用水的類型及與水相關(guān)的裝置，但并未對污水處理裝置進行詳細分析，其中涉及產(chǎn)品水、濃水等。另外，有些化工企業(yè)還有低溫水、過濾水等。

4 結(jié) 論

本文提出了考慮多種用水類型的通用用水過程模型，進而結(jié)合實際工業(yè)水系統(tǒng)優(yōu)化實踐，提出了一種通用煉油廠水系統(tǒng)優(yōu)化的超結(jié)構(gòu)，并以最小新鮮水用量為目標函數(shù)建立了相應的線性規(guī)劃模型，該模型中集成了不同類型水之間流率關(guān)聯(lián)性的物料衡算方程。以某煉油廠的水系統(tǒng)優(yōu)化為例，優(yōu)化前后雨水用量保持不變，新鮮水用量從489.44 t·h-1優(yōu)化至283.94 t·h-1，以系統(tǒng)新鮮水量和雨水量之和為基準，節(jié)水率達到21.4%。另外，加工噸原油取水量從0.649 t減小為0.510 t，接近國內(nèi)先進水平。工業(yè)案例研究表明，本文提出的集成關(guān)聯(lián)模型的煉油廠水系統(tǒng)優(yōu)化模型能夠直接優(yōu)化得到整個水系統(tǒng)的最小新鮮水量，避免了其他類型水量與新鮮水量之間的折算關(guān)系，顯示了模型的實用性，對煉油廠節(jié)水具有重要的意義。

符 號 說 明

f——流率，t·h-1 i, j, k——第i, j, k個用水過程 p——第p個生產(chǎn)裝置 上角標 Circu——循環(huán)冷卻水 Cond——冷凝水 Const——施工用水 Deaerat——除氧水 Desalt——除鹽水 Discharge——排污水 Fire——消防用水 Fresh——生產(chǎn)給水 Gain——生成水 Life——生活用水 Loss——損失水 Oil——含油污水 Others——其他用水 Rain——雨水 Resource——新鮮水 Reuse——回用水 Saline——含鹽污水 SteamXX——XXMPa蒸汽 Strip——汽提凈化水 Sulfur——含硫污水 TypeIn——入口的用水類型 TypeOut——出口的用水類型 下角標 DWS——除鹽水站 FWS——新鮮水站 in——入口 out——出口 PS——動力站 PU——生產(chǎn)裝置 RCS——循環(huán)水站 STS——儲運系統(tǒng) UIn——入口的用水裝置 UOut——出口的用水裝置 WTS——污水處理場

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Development and application of general refinery water system optimization model

JIANG Wei1, ZHOU Jing2, DENG Chun1, FENG Xiao3

(1State Key Laboratory of Heavy Oil Processing, College of Chemical Engineering, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;2Institute of New Energy, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;3School of Chemical Engineering & Technology, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, Shaanxi, China)

Conventional water system optimization often only considered flowrate of fresh water, but ignored flowrates of desalted water, deaerated water, all-level steam and condensate water. The relationship among those types of water is lack of analysis. The minimum freshwater flowrate for the whole water system cannot be determined in one stepthe conventional water system optimization model. In order to overcome such a limitation, this paper proposed a general model of water-using process including multiple water types, and presented a general superstructure of industrial water network optimization and a related mathematical model. The material balance equations that relate all types of water are integrated in the model. The commercial software, GAMS, was used for modeling and solving a water system for a certain refinery plant. The results of the case study indicate that the flowrate of desalted water is declined and flowrate of reuse water is increased. Thus the total flowrate of fresh water of overall water system is decreased from 489.44 t·h-1to 283.94 t·h-1with rain water flowrate keeping unchanged as 469.36 t·h-1and the water conservation ratio reaches 21.4% on the basis of the summation flowrate of freshwater and rain water. The quantity of water intake per ton crude oil is reduced from 0.649 t to 0.510 t, which approaches the advanced level in China. Case study shows that the freshwater flowrate for the whole refinery water system can be calculated effectivelythe proposed optimization model and it demonstrates the applicability of the model.

multiple types; water-using process; design; optimization; model

10.11949/j.issn.0438-1157.20161285

TQ 021.8

A

0438—1157（2017）03—0932—09

國家自然科學基金項目（21576287）；中國博士后科學基金項目（2015M570215）；中國石油大學（北京）科研基金項目（2462015BJB02，2462015YQ0305）。

2016-09-13收到初稿，2016-11-23收到修改稿

聯(lián)系人：鄧春。第一作者：江葦（1993—），男，碩士研究生。

2016-09-13.

DENG Chun, chundeng@cup.edu.cn

supported by the National Natural Science Foundation of China(21576287), the China Postdoctoral Science Foundation (2015M570215) and the Science Foundation of China University of Petroleum, Beijing (2462015BJB02, 2462015YQ0305).