بهينه‌سازي اقتصادي شبكه مبادله‌كن گرمايي بر اساس طراحي دقيق تجهيزات با به‌كارگيري الگوريتم وال

Economic optimization of heat exchangers network based on accuracy design of equipment using whale algorithm

در اين مطالعه روشي سريع و قابل اطمينان جهت طراحي دقيق مبادله‌كن‌هاي پوسته و لوله در شبكه مبادله‌كن‌هاي گرمايي ارائه شده است. در همين راستا، متغيرهاي طراحي از قبيل مسير جريان هر يك از دو سيال، تعيين تعداد پوسته‌هاي لازم، سرعت‌ و افت فشار مجاز، تعداد لوله‌ها، تعداد گذر در لوله و پوسته، طول لوله‌ها، چيدمان لوله‌ها، اندازه و درصد برش ديوارك‌ها، قطر لوله‌ها، قطر پوسته، نسبت گام لوله‌ها و معادلات تجربي مناسب براي محاسبه ضريب‌هاي انتقال گرما و افت فشار براي جريان سمت پوسته و لوله در نظر گرفته شده است. با توجه به حجم بالاي محاسبات از الگوريتم وال (نهنگ) براي طراحي بهينه مبادله‌كن‌هاي گرمايي از نقطه نظر اقتصادي و در نظر گرفتن هزينه كلي كه شامل هزينه سرمايه‌گذاري مبادله‌كن‌ها، پمپ ها و هزينه عملياتي مي‌باشد، به-عنوان تابع هدف، استفاده شده است. دو مورد مطالعاتي چهار و ده جرياني براي طراحي تفصيلي انتخاب شده، كه در مورد مطالعاتي اول به‌طور ميانگين نسبت به مراجع 55/20 % و مورد مطالعاتي دوم بطور ميانگين نسبت به مراجع 40/14% كاهش در هزينه نهايي كلي شبكه مبادله‌كن گرمايي را نشان مي-دهد.

This study presented a new method to accurate design of shell and tube heat exchanger network. It’s considered some parameters as decision variables such as the design of determined the flow path of each fluids, number of required shell side, allowable velocity and pressure drop, number of tubes, number of passes in shell and tube sides, length of tube, layouts of tubes, size and percentage of baffle cut, shell diameter, tube diameter, tube pitch and experimental equations to calculate pressure drop and heat transfer coefficients in shell and tube side heat exchanger units. It has been used whale algorithm to achieve optimum total annual cost for heat exchanger unit. The total annual cost is as objective function that included capital and energy costs. The results showed in two cases studies including four and ten streams in shell and tube heat exchanger networks. The total annual cost reduced almost 20.55% and 14.40% compared with others for two case study.