CN112347629A - 基于流程模拟软件的常减压装置模拟计算优化平台 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油加工领域，是基于流程模拟软件的常减压装置模拟计算优化平台，包括实时数据库模块、流程模拟计算模块、水力学计算模块、能耗优化模块、数据保存模块、Web用户界面和数据展示模块，其特征在于：利用流程模拟软件AspenPlus对常减压装置的生产工艺建立流程模型，进行模拟计算。本发明同现有技术相比，计算系统以流程模拟技术为基础，建立了基于工艺流程模拟软件AspenPlus的常减压装置流程模拟计算系统，开发编制软件来自动调整独立操作优化变量，满足当前运行工况下与设备约束条件下，得出整体效益最大化的操作参数。根据计算的参数，对常减压装置提出实时操作优化意见。
Description
技术领域
本发明属于石油加工领域，具体的说就是基于流程模拟软件的常减压装置模拟计算优化平台。
背景技术
常减压装置是主要的炼油装置，它能将原油分割成直馏汽油、航空煤油、轻柴油或重柴油馏分及各种润滑油馏分。
常减压装置是石油加工工艺中的基础，它关系到石油二次加工产品的品质。目前，采用流程模拟软件Aspen Plus对常减压装置的生产工艺进行研究，以期通过工艺流程改造，达到节能降耗、提高生产效益的目的。采用Aspen Plus对常减压装置的生产工艺进行模拟计算，对于科学地评价常减压装置的运行水平、诊断运行问题、挖掘节能潜力及提出具体的工艺改造措施具有现实指导意义。
Aspen Plus是一个包括生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟软件。利用该软件可对常减压装置进行严格的工艺模拟计算，快速准确算出理论生产工艺条件。针对不同油种进料、工艺条件，可通过Aspen Plus快速定制一个Aspen Plus用户模型，并将反映工况的原料进料流量和原料温度、常减压的操作压力、侧线循环流量，侧线抽出量等参数输入Aspen Plus用户模型进行模拟计算，实现快速得到不同工况下的常减压装置的运行情况。
LIMS用以实现实验室数据和信息的收集、分析、报告和管理，采用开放数据库互联接口ODBC与其通讯。通过ODBC可以从LIMS中读取原料和产品的化验分析数据，用来实现实验室数据和信息的收集、分析、报告和管理。
本平台采集实时数据，利用流程模拟软件Aspen Plus对常减压装置的整个系统进行严格的工艺模拟计算，分析整个系统的工艺特点。在保证产品质量的前提下，通过调节常减压装置的操作参数，优化工艺流程，降低操作成本，增加全厂效益。
在实际操作过程中，发明人发现常减压装置模拟计算存在如下问题：(1)常减压装置新技术的出现，现有的Aspen Plus分馏塔流程模拟计算方法不能完全准确的反应工艺新的变化；(2)现有的Aspen Plus流程模拟计算方法是适用于所有常减压装置的通用计算方法，无法根据常减压的实际工艺水平、加工方案等个性化条件，计算出工艺运行状况；(3)现有的Aspen Plus常减压流程模拟计算方法没有反映工况实时变化的数据库系统，如实时数据库和LIMS的连接只是根据加工量，估算出分馏塔进料的流量参数和温度参数，无法反映出实际的实时运行情况。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供了一种新的模拟优化平台；本发明的技术方案如下：
一种基于流程模拟软件的常减压装置模拟计算优化平台，包括数据读取模块、流程模拟模块、效益计算模块、优化计算模块、数据保存模块、数据展示模块，流程模拟模型在流程模拟模块中，通过装置的过程控制系统采集到过程数据并存入实时数据库模块，用户在Web界面上的选取所需要的模型进行模拟计算，模拟计算结果传递到效益计算模块，效益计算结果传递到优化计算模块，设置优化变量数值，计算过程中调用实时数据库中的过程数据，模拟结果传递到数据保存模块，再由数据保存模块传送至Web用户界面，数据展示模块读取模拟结果，显示在Web界面中。
所述的模拟计算模块运行步骤为：读取实时数据库中的工艺过程数据，数据传送至常减压计算模型；对数据进行处理；判断是否启动模拟计算；若启动模拟计算，执行常减压模型的计算，完成后输出模拟计算结果，若不启动模拟计算，将重复判断是否启动模拟计算。
所述的效益计算模块运行步骤为：流程模拟模块进行工艺计算后的理论产品产量及理论能量消耗分别结合数据校正及实际效率计算得出实际产量及实际消耗量；将实际产量及实际消耗量分别结合产品价格及公用工程价格进行计算得出产品效益及操作费用；将产品效益及操作费用进行结合得出总效益。
所述的优化计算模块运行步骤为：将总效益进行优化，如果优化完成，则得出优化结果，如果优化未完成，则通过参数调整模块进行调整；参数调整模块结合优化变量得出新的优化变量，并将优化变量输入至流程模拟模型进行工艺计算得出新的工艺计算结果；将新的工艺计算结果进行总效益计算得出新的总效益；将新的总效益再次进行优化计算直到得出优化结果。
具体说明如下：
利用计算机为优化媒介,以互联网为载体,优化系统安装在服务器，用户通过公司内部局域网输入优化系统的网址域名，注册或登录个人账号进入优化系统，在系统优化界面填入相应工艺参数进行优化计算，得出最佳的优化结果，计算出优化效益；服务器端包括数据读取模块、流程模拟模块、效益计算模块、优化计算模块、数据保存模块、数据展示模块。通过系统计算的工艺参数反馈到实际生产的工业装置中，达到离线优化的效果。
客户端以整体效益最大化为目标，通过常减压装置的流程模拟计算，算出单元操作需要付出的能量并转换成操作费用，将分离的产品转换成产品价值，将设备处理能力与产品质量约束转换成约束条件，建立整体效益最大化的模型，开发编制软件来自动调整独立操作优化变量，进行流程模拟，计算产品价值与操作费用，寻求满足当前运行工况下与设备约束条件下，整体效益最大化的操作参数。
服务器端的工作流程是数据读取模块、流程模拟模块、效益计算模块、优化计算模块、数据保存模块、数据展示模块，所述的流程模拟模块内设有流程模拟模型，其特征在于：数据读取模块的输出端分两路，一路连接流程模拟模块的输入端，流程模拟模块的输出端连接总效益计算模块的输入端，总效益技术模块的输出端连接优化计算模块的输入端，优化计算模块的输出端及数据读取模块的另一路输出端连接数据保存模块的输入端，数据保存模块的输出端连接数据展示模块的输入端，所述的服务器的具体工作流程步骤如下：
(a)数据的读取：通过现场仪表、分析仪器及流量仪表分别从实时数据库RTDB、实验室信息管理系统数据库LIMS及制造执行系统数据库MES中的工艺参数、物流组成及物流流量读取并输入至流程模拟模块中；
(b)流程模拟：通过流程模拟模块的ActiveX数据接口分别将约束条件数据、设计规定数据、经验公式及实时采集到的输入数据输入至流程模拟模型中，流程模拟模型通过Automation数据接口将收到的数据进行工艺计算；
(c)总效益计算：总效益计算模块根据流程模拟模块中的工艺计算得出的数据，并结合输入的技术经济数据进行计算总效益；
(d)数据的保存：将计算后的总效益数据通过数据保存模块进行保存；
(e)优化计算：通过优化计算模块调整独立的优量进行总效益最大化的优化；
(f)结果的展示：通过数据展示模块将优化后的结果以Web的形式展示给用户。
所述的总效益计算模块的具体工作流程步骤如下：
(a)流程模拟模块进行工艺计算后的理论产品产量及理论能量消耗分别结合数据校正及实际效率计算得出实际产量及实际消耗量；
(b)将实际产量及实际消耗量分别结合产品价格及公用工程价格进行计算得出产品效益及操作费用；
(c)将产品效益及操作费用进行结合得出总效益。
同现有技术相比，本发明提供了一种专门针对于常减压装置的模拟计算优化平台，在国内尚数首次,系统内模拟优化部分既有整体分馏系统的优化模块，也有针对于例如“原油-常压塔顶循环换热器”等关键部位的优化模块。系统还加入了常减压装置在线标定、班组报表和“通用app”等模块功能：装置技术人员可以快速的进行装置标定；倒班人员能够在本系统内在线生成班组报表；还有“泵扬程”、“混合原油物性计算”等常用数据的计算程序。以整体效益最大化为目标，通过常减压装置的流程模拟计算，算出完成单元操作需要付出的能量并转换成操作费用，将分离的产品转换成产品价值，将设备处理能力与产品质量约束转换成约束条件，建立整体效益最大化的模型，开发编制软件来自动调整独立操作优化变量，进行流程模拟，计算产品价值与操作费用，寻求满足当前运行工况下与设备约束条件下，整体效益最大化的操作参数。
这种新的优化处理方法，与其它所有的改造方案都能够配合使用，能够适应变化，对于现有正在运行的装置，在不进行设备改造的前提下，通过持续地生产操作优化来发挖掘节能潜力。
附图说明
图1为本发明的模块结构框图
图2为本发明的工艺流程框图
实施方案
案例和附图可对发明做详细描述。
发明包括数据读取模块、流程模拟模块、效益计算模块、优化计算模块、数据保存模块和数据展示模块。
图1为发明的系统流程框图：数据读取模块的输出端分两路，一路连接流程模拟模块的输入端，流程模拟模块的输出端连接总效益计算模块的输入端，总效益技术模块的输出端连接优化计算模块的输入端，优化计算模块的输出端及数据读取模块的另一路输出端连接数据保存模块的输入端，数据保存模块的输出端连接数据展示模块的输入端。
(a)数据的读取：通过现场仪表、分析仪器及流量仪表分别从RTDB(实时数据库)、MES(制造执行系统数据库)及LIMS(实验室信息管理系统数据库)中的物流组成、工艺参数及物流流量读取并输入至流程模拟模块中；
(b)流程模拟：通过流程模拟模块的数据接口分别将约束条件数据、设计规定数据、经验公式及实时采集到的输入数据输入至流程模拟模型中，流程模拟模型通过自动数据接口将收到的数据进行工艺计算；基于对物料平衡和热量平衡模拟进行迭代计算，从而得到各个合格产品物流的工艺参数及性质；各部位热量分布情况；
(c)效益计算：效益计算模块根据流程模拟模块计算得出的数据和技术经济数据进行计算效益的总和；
(d)数据的保存：将计算后的总效益数据通过数据保存模块进行保存；
(e)优化计算：通过优化计算模块调整独立的优量进行总效益最大化的优化；
(f)结果的展示：数据展示模块将优化后的结果展示给用户。
进行优化效益计算的具体工作流程步骤如下：
(a)将效益进行优化，如果优化完成，则得出优化结果，如果优化未完成，则通过参数调整模块进行调整；
(b)参数调整模块结合新的优化变量得出优化变量，并将优化变量输入至流程模拟模型进行工艺计算得出新的工艺计算结果；
(c)将新的工艺计算结果进行总效益计算得出新的总效益；
(d)将新的总效益再次进行优化计算直到得出优化结果。
图2是常减压全流程模拟计算流程图，计算指令发出后，常减压计算模型读取采集到的用户界面的输入数据，将计算的结果传送至数据库，用户界面可读取计算结果数据。
实施案例1：
表一、二和三的数据是用户按照装置调度的安排,在数据读取模块中读取基础参数，产品性质参数和原料参数的采集值等数据,通过数据接口传送流程模拟模块,启动计算程序，可以得到常压塔顶温，常顶油流量等数值,常减压装置运行正常。这说明基于AspenPlus的模型能够较好的反映常减压运行情况。在优化计算模块,通过改变基础参数,得出优化结果,进入效益计算模块,得出效益结果进入数据保存模块,再通过展示模块将结果反馈给用户。
表一 基础参数
表二 产品性质参数
表三 模拟结果
用户按照如上将基础参数，产品性质参数和原料参数的采集值等数据通过数据接口传送到常减压装置模型，启动计算程序，可以得到常压塔顶温126℃，常顶油流量158t/h，常底油流量673t/h，常顶油干点172.8℃，常二线95％点287.5℃，减压塔顶温46℃，渣油流量265.58t/h，轻蜡油干点491.6℃，重蜡油干点556.1℃。DCS监控的的数据为塔顶油气温度123℃，常顶油155t/h，常底油流量657t/h。常减压装置运行正常。通过改变基础参数，进行各种优化操作。
例一 改变常顶循流量的优化操作
表四 顶循流量参数
表五 常顶油干点的优化结果
通过改变常顶循流量，控制常顶油干点，随着顶部循环流量的增大，回流比增大，常顶油干点降低，常顶油与常一线重叠度变小，石脑油产品越精细，从而达到优化石脑油量的目的。
实施案例2：改变常一线汽提蒸汽的优化操作
表六 常一线汽提蒸汽参数
表七 常一线干点的优化结果
通过改变常一线汽提蒸汽流量控制常一线干点，气体量增大，常一线干点增大，航煤量增大，在增产航煤的优化工作中适用。
本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (4)
1.一种基于流程模拟软件的常减压装置模拟计算优化平台，包括数据读取模块、流程模拟模块、效益计算模块、优化计算模块、数据保存模块、数据展示模块，流程模拟模型在流程模拟模块中，其特征在于：
通过装置的过程控制系统采集到过程数据并存入实时数据库模块，用户在Web界面上的选取所需要的模型进行模拟计算，模拟计算结果传递到效益计算模块，效益计算结果传递到优化计算模块，设置优化变量数值，计算过程中调用实时数据库中的过程数据，模拟结果传递到数据保存模块，再由数据保存模块传送至Web用户界面，数据展示模块读取模拟结果，显示在Web界面中。
2.根据权利要求1所述的基于流程模拟软件的常减压装置模拟计算优化平台，其特征在于：所述的模拟计算模块运行步骤为：读取实时数据库中的工艺过程数据，数据传送至常减压计算模型；对数据进行处理；判断是否启动模拟计算；若启动模拟计算，执行常减压模型的计算，完成后输出模拟计算结果，若不启动模拟计算，将重复判断是否启动模拟计算。
3.根据权利要求1所述的基于流程模拟软件的常减压装置模拟计算优化平台，其特征在于：所述的效益计算模块运行步骤为：流程模拟模块进行工艺计算后的理论产品产量及理论能量消耗分别结合数据校正及实际效率计算得出实际产量及实际消耗量；将实际产量及实际消耗量分别结合产品价格及公用工程价格进行计算得出产品效益及操作费用；将产品效益及操作费用进行结合得出总效益。
4.根据权利要求1所述的基于流程模拟软件的常减压装置模拟计算优化平台，其特征在于：所述的优化计算模块运行步骤为：将总效益进行优化，如果优化完成，则得出优化结果，如果优化未完成，则通过参数调整模块进行调整；参数调整模块结合优化变量得出新的优化变量，并将优化变量输入至流程模拟模型进行工艺计算得出新的工艺计算结果；将新的工艺计算结果进行总效益计算得出新的总效益；将新的总效益再次进行优化计算直到得出优化结果。
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| CN113420500A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-09-21 | 北京宜能高科科技有限公司 | 智能常减压系统 |
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| CN116990699A (zh) * | 2023-07-24 | 2023-11-03 | 北京三维天地科技股份有限公司 | 一种新能源电池检测方法和系统 |
| CN116990699B (zh) * | 2023-07-24 | 2024-02-06 | 北京三维天地科技股份有限公司 | 一种新能源电池检测方法和系统 |
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