基於流程模擬軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統的製作方法

2024-04-08 05:41:05

專利名稱：基於流程模擬軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於石油加工領域，具體地說是基於流程模擬軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統。
背景技術：
催化裂化裝置是主要的煉油裝置之一，它是將重質油輕質化，生產液化氣、汽油和柴油的重要裝置。催化裂化的原料一般是重質餾分油，原料在催化劑的作用、470~530°C的溫度範圍和0.2~0.4MPa的壓力範圍下，發生一系列的化學反應，轉化成液化氣、汽油、柴油等輕質油產品和焦炭的過程。催化裂化裝置一般分為反應再生、分餾和吸收穩定三個系統。在我國的煉油廠中，催化裂化裝置的地位十分突出，催化裂化裝置的加工能力已佔原油加工量的37% (質量分數)。國外大石油公司普遍採用基準能耗評價工藝裝置的用能水平，具有一定的實用價值。所謂基準能耗就是對於不同的裝置，根據原料、工藝流程和產品方案的有關數據，制定較先進的基礎工藝條件，計算出理論上可以達到的能耗值，作為裝置設計和改造的高標準指標。採用基準能耗計算方法和評價指標，對於科學地評價裝置的用能水平、診斷其節能潛力具有現實指導意義。基準能耗的計算結果對於裝置的節能管理、工藝設計和技術改造起到了很好的作用。20世紀80年代中期，中國石油化工集團公司節能技術中心組織有關專家在對催化裂化裝置能耗共性分析的基礎上，通過大量的理論分析和模擬，結合標定數據和工程實際經驗，建立了催化裂化裝置的基準能耗計算方法。該方法是一個經驗關聯式，通過輸入代表裝置工藝水平、原料性質、加工流程的幾個重要參數以計算基準能耗。幾個重要參數如下:原料加工量、原料比重、殘炭量、產品收率、主風機出口壓力、氣壓計出口壓力、反應器出口壓力、回煉比、霧化蒸汽比例、流量、溫度、壓力、產品質量控制指標、工藝用汽基準量、熱出料基準溫度、低溫熱基準溫度、裝置操作參數、散熱體的幾何結構參數、機組基準效率、氣候特徵參數、物料平衡數據和能耗數據、原料和產品的化驗分析數據。理論能耗是指基於裝置實際設備現狀、實際加工的原料現狀、裝置實際加工方案基礎上，裝置可實現的最低能耗或最佳能耗。在實現本發明的過程中，發明人發現現有的基準能耗計算系統存在如下問題:現有的基準能耗計算方法需要大量的手動計算，經驗關聯式中的係數是通過當時特定的原料、工藝水平及操作水平回歸得來，而近30年來，催化裂化技術已經發生了重大的變化，其操作條件、原料性質、產品分布、產品標準等都出現了較大的變化；這使得現有的回歸公式無法對催化裂化裝置的基準能耗作出準確的計算；現有的基準能耗計算方法通用於所有的催化裂化裝置，無法針對性地對每套裝置的實際工藝水平、加工方案等個性化條件合理地進行基準能耗計算；現有的基準能耗計算方法沒有考慮例如大氣溫度、壓力對、空氣組成等環境因素對基準能耗值的影響；現有基準能耗無法計算用裝置的理論能耗；現有基準能耗沒有和能夠反映實時工況變化的資料庫系統連接，例如實時資料庫系統和實驗室信息管理系統UMS，從而無法在線實時地計算理論能耗。所以現有的基準能耗計算方法已無法滿足新原料和新工藝對理論能耗在線計算的需求。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提出了一種基於流程軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統，用以根據催化裂化裝置實際設備現狀、實際加工的原料屬性、實際加工方案，在線計算出裝置可以實現的最佳能耗。Aspen Plus是一個具有生產裝置設計、穩態模擬和優化功能的大型通用流程模擬軟體。利用該軟體可對催化裂化裝置進行嚴格的工藝模擬計算，快速準確地計算出裝置的基準能耗。針對不同的原料、加工裝置和工藝流程，可通過Aspen Plus快速制定一個AspenPlus用能模型，將反映工況的原料屬性、產品收率、設備效率等參數輸入Aspen Plus用能模型中進行模擬計算，實現快速自動計算對應不同工況下的基準能耗值的功能。實時資料庫InfoPlus.21 (以下簡稱:ΙΡ.21)可以訪問和集成來自整個工廠範圍內的DSC數據和PLC的數據。IP.21提供了全功能的API開發工具包，用戶利用API開發工具包可以開發制定出接口程序和集成程序。為實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了基於Aspen Plus的催化裂化裝置的在線理論能耗計算系統，包括:數據採集模塊，用於在線採集實時能耗參數；數據處理模塊，用於消除測量誤差和計算實時能耗參數；模擬計算模塊，用於計算被能耗參數結果賦值的模型中各個用能點的能耗介質實物量；能耗統計模塊，用於根據能耗介質實物量和對應的折標係數計算出能耗值後，對出能耗值進行匯總；系統資料庫模塊，用於存儲和分析數據採集模塊自動採集到的實時能耗參數及能耗統計模塊統計的能耗值；Web應用模塊，用於實現用戶與系統的交互。本技術方案中，數據採集模塊在線採集的實時能耗參數包括:實時生產數據、基準參數、物料平衡數據和能耗數據、原料和產品的化驗分析數據；所述的實時生產數據包括原料的流量和溫度，主風機出口壓力、壓機出口壓力、反應器出口壓力和流量、回煉油漿流量和溫度，產品收率；所述的基準參數包括產品質量控制指標、工藝用汽基準量、熱出料基準溫度、低溫熱基準溫度、裝置操作參數、散熱體的幾何結構參數、機組基準效率及氣候特徵參數，所述的原料和產品的化驗分析數據包括原料比重、殘炭量。本技術方案中，數據採集模塊具體還包括實時資料庫接口子模塊，該子模塊採用C#對IP.21提供的API做了二次封裝，可在.NET環境下快速連接或斷開IP.21，進行實時通訊，實現了從IP.21中讀寫實時值、歷史值、平均值和累計值。本技術方案中，數據採集模塊具體還包括實驗室信息管理系統製造執行系統LIMS,採用開放資料庫互連ODBC接口與其通訊。通過ODBC接口可以從UMS中讀取原料和產品的化驗分析數據，用來實現實驗室數據和信息的收集、分析、報告和管理。技術方案中，數據採集模塊具體還包括製造執行系統MES，採用另一 ODBC接口與其通訊。通過另一 ODBC接口可以從MES中讀取實際物料平衡數據和能耗數據。本技術方案中，數據處理模塊具體還包括數據預處理子模塊，用於消除採集到的測量數據的顯著誤差，預處理後的數據方可送入其他模塊。本技術方案中，數據處理模塊具體還包括散熱量計算子模塊，用於根據散熱體的迎風面風速、當量直徑、散熱表面積、表面平均溫度、氣溫，計算散熱量，具體散熱體的散熱量計算關係式為:a s=a y + a ea s=a y + a e
權利要求
1.基於流程模擬軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統，包括數據採集模塊、數據處理模塊、模擬計算模塊、能耗統計模塊、系統資料庫模塊和Web應用模塊，其特徵在於: 該催化裂化裝置在線理論能耗計算系統基於流程模擬軟體Aspen Plus ； 數據採集模塊在線採集實時能耗參數，然後將實時能耗參數送入數據處理模塊；所述的實時能耗參數具體包括:實時生產數據、基準參數、物料平衡數據和能耗數據、原料和產品的化驗分析數據；所述的實時生產數據包括原料的流量和溫度，主風機出口壓力、壓機出口壓力、反應器出口壓力和流量、回煉油漿流量和溫度，產品收率；所述的基準參數包括產品質量控制指標、工藝用汽基準量、熱出料基準溫度、低溫熱基準溫度、裝置操作參數、散熱體的幾何結構參數、機組基準效率及氣候特徵參數，所述的原料和產品的化驗分析數據包括原料比重、殘炭量； 數據處理模塊對接收到的實時能耗參數做如下處理:數據預處理，剔除實時能耗參數中的測量誤差，利用經過誤差處理的實時能耗參數，分別計算反應熱、散熱設備的散熱量以及排煙溫度，將計算結果作為能耗參數結果送入模擬計算模塊； 模擬計算模塊初始化Aspen Plus接口程序後加載模型文件,生成Aspen Plus用能模型，將能耗參數結果賦值給Aspen Plus用能模型中各個用能點，啟動模擬計算引擎，計算出Aspen Plus用能模型中各個用能點的能耗介質實物量，計算完成後，輸出能耗介質實物量計算結果，送入能耗統計模塊； 能耗統計模塊根據能耗介質實物量和對應的折標係數計算出能耗值後，對出能耗值進行匯總，並將能耗值送入系統資料庫模塊； 系統資料庫模塊存儲和分析數據採集模塊自動採集到的實時能耗參數及能耗統計模塊統計的能耗值； Web應用模塊從系統資料庫模塊中讀取數據採集模塊自動採集到的實時能耗參數及能耗統計模塊統計的能耗值，供用戶查詢，用戶也可通過Web應用模塊設置能耗參數。
2.根據權利要求1所述的基於流程模擬軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統，其特徵在於，所述的數據採集模塊依序完成如下步驟: 步驟al.初始化實時資料庫接口子模塊，從實時資料庫IP.21中在線讀取實時生產數據； 步驟bl.啟動ODBC接口，從LIMS中讀取原料和產品的化驗分析數據； 步驟Cl.啟動ODBC接口，從MES中讀取物料平衡數據和能耗數據； 步驟dl.使用SQL從系統資料庫模塊中讀取用戶配置的基準參數。
3.根據權利要求2所述的基於流程模擬軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統，其特徵在於:所述的實時數據接口子模塊採用C#對IP.21提供的API做了二次封裝，可在.NET環境下快速連接或斷開IP.21，進行實時通訊，實現了從IP.21中讀寫實時值、歷史值、平均值和累計值。
4.根據權利要求1所述的基於流程模擬軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統，其特徵在於:所述的模型文件包含產品加和法，產品加和法是指將所有產品混合而成的物料作為原料；所述的Aspen Plus接口程序採用了高級程序設計語言C#對流程模擬軟體Aspen Plus提供的Active X接口做二次封裝，簡化了.NET環境下使用Aspen Plus ActiveX的方法，實現啟動Aspen Plus用能模型、加載模型文件、讀寫模型參數、啟動計算引擎、釋放資源的功能。
5.根據權利要求1所述的基於流程模擬軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統，其特徵在於，所述的Web應用模塊包括:計算控制程序和前端用戶交互程序。
6.根據權利要求5所述的基於流程模擬軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統，其特徵在於，所述的計算控制程序包含:自動計算控制程序和手動計算控制程序。
7.根據權利要求6所述的基於流程模擬軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統，其特徵在於，所述的自動計算控制程序依次完成以下步驟: a4.定時啟動數據採集模塊，在線採集模擬計算所需的實時能耗參數； b4.啟動數據處理模塊，對實時能耗參數進行數據處理； c4.啟動模擬計算模塊，進行模擬計算； d4.啟動能耗統計模塊，統計模擬計算結果計算和對應的折標係數，並對各類能耗數據進行分類匯總後送入系統資料庫模塊。
8.根據權利要求6所述的基於流程模擬軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統，所述的手動計算控制程序依次完成以下步驟: a5.讀取用戶界面手動輸入的參數作為取模擬計算所需參數； b5.啟動數據處理模塊，進數據處理； c5.啟動模擬計算模塊開始啟動模擬計算； d5.啟動能耗統計模塊，統計模擬計算結果及各類能耗數據，並根據用戶選擇決定是否將計算結果存入系 統資料庫。
9.根據權利要求5所述的基於流程模擬軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統，所述的前端用戶交互程序包含: a6.從系統資料庫中讀取相關參數，供用戶查詢，用戶也可通過該應用程式設置能耗參數； b6.根據用戶指令，啟動手動計算控制程序。
全文摘要
本發明屬於石油加工領域，具體地說是一種基於流程模擬軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統，包括數據採集模塊、數據處理模塊、模擬計算模塊、能耗統計模塊、系統資料庫模塊和Web應用模塊，其特徵在於該催化裂化裝置在線理論能耗計算系統基於流程模擬軟體AspenPlus。本發明與現有技術相比，提出了一種基於流程軟體的催化裂化裝置在線理論能耗計算系統，用以根據催化裂化裝置實際設備現狀、實際加工的原料屬性、實際加工方案，在線計算出裝置可以實現的最佳能耗。
文檔編號C10G11/00GK103106333SQ201210545240
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者廖興發, 李振峰, 餘金森, 阮慧娟, 宋國營, 焦洋, 陶志鋼, 唐宏亮, 沈雪松, 孫睿衍, 孫虎良 申請人:上海優華系統集成技術有限公司