專利名稱：基于流程模擬軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油加工領(lǐng)域，具體地說是基于流程模擬軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
催化裂化裝置是主要的煉油裝置之一，它是將重質(zhì)油輕質(zhì)化，生產(chǎn)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(zhì)餾分油，原料在催化劑的作用、470~530°C的溫度范圍和0.2~0.4MPa的壓力范圍下，發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成液化氣、汽油、柴油等輕質(zhì)油產(chǎn)品和焦炭的過程。催化裂化裝置一般分為反應(yīng)再生、分餾和吸收穩(wěn)定三個(gè)系統(tǒng)。在我國(guó)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占原油加工量的37% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))。國(guó)外大石油公司普遍采用基準(zhǔn)能耗評(píng)價(jià)工藝裝置的用能水平，具有一定的實(shí)用價(jià)值。所謂基準(zhǔn)能耗就是對(duì)于不同的裝置，根據(jù)原料、工藝流程和產(chǎn)品方案的有關(guān)數(shù)據(jù)，制定較先進(jìn)的基礎(chǔ)工藝條件，計(jì)算出理論上可以達(dá)到的能耗值，作為裝置設(shè)計(jì)和改造的高標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。采用基準(zhǔn)能耗計(jì)算方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)于科學(xué)地評(píng)價(jià)裝置的用能水平、診斷其節(jié)能潛力具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義?；鶞?zhǔn)能耗的計(jì)算結(jié)果對(duì)于裝置的節(jié)能管理、工藝設(shè)計(jì)和技術(shù)改造起到了很好的作用。20世紀(jì)80年代中期，中國(guó)石油化工集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)中心組織有關(guān)專家在對(duì)催化裂化裝置能耗共性分析的基礎(chǔ)上，通過大量的理論分析和模擬，結(jié)合標(biāo)定數(shù)據(jù)和工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，建立了催化裂化裝置的基準(zhǔn)能耗計(jì)算方法。該方法是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，通過輸入代表裝置工藝水平、原料性質(zhì)、加工流程的幾個(gè)重要參數(shù)以計(jì)算基準(zhǔn)能耗。幾個(gè)重要參數(shù)如下:原料加工量、原料比重、殘?zhí)苛?、產(chǎn)品收率、主風(fēng)機(jī)出口壓力、氣壓計(jì)出口壓力、反應(yīng)器出口壓力、回?zé)挶?、霧化蒸汽比例、流量、溫度、壓力、產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)、工藝用汽基準(zhǔn)量、熱出料基準(zhǔn)溫度、低溫?zé)峄鶞?zhǔn)溫度、裝置操作參數(shù)、散熱體的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、機(jī)組基準(zhǔn)效率、氣候特征參數(shù)、物料平衡數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)、原料和產(chǎn)品的化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)。理論能耗是指基于裝置實(shí)際設(shè)備現(xiàn)狀、實(shí)際加工的原料現(xiàn)狀、裝置實(shí)際加工方案基礎(chǔ)上，裝置可實(shí)現(xiàn)的最低能耗或最佳能耗。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的基準(zhǔn)能耗計(jì)算系統(tǒng)存在如下問題:現(xiàn)有的基準(zhǔn)能耗計(jì)算方法需要大量的手動(dòng)計(jì)算，經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式中的系數(shù)是通過當(dāng)時(shí)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(shù)已經(jīng)發(fā)生了重大的變化，其操作條件、原料性質(zhì)、產(chǎn)品分布、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等都出現(xiàn)了較大的變化；這使得現(xiàn)有的回歸公式無法對(duì)催化裂化裝置的基準(zhǔn)能耗作出準(zhǔn)確的計(jì)算；現(xiàn)有的基準(zhǔn)能耗計(jì)算方法通用于所有的催化裂化裝置，無法針對(duì)性地對(duì)每套裝置的實(shí)際工藝水平、加工方案等個(gè)性化條件合理地進(jìn)行基準(zhǔn)能耗計(jì)算；現(xiàn)有的基準(zhǔn)能耗計(jì)算方法沒有考慮例如大氣溫度、壓力對(duì)、空氣組成等環(huán)境因素對(duì)基準(zhǔn)能耗值的影響；現(xiàn)有基準(zhǔn)能耗無法計(jì)算用裝置的理論能耗；現(xiàn)有基準(zhǔn)能耗沒有和能夠反映實(shí)時(shí)工況變化的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)連接，例如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)UMS，從而無法在線實(shí)時(shí)地計(jì)算理論能耗。所以現(xiàn)有的基準(zhǔn)能耗計(jì)算方法已無法滿足新原料和新工藝對(duì)理論能耗在線計(jì)算的需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于流程軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)，用以根據(jù)催化裂化裝置實(shí)際設(shè)備現(xiàn)狀、實(shí)際加工的原料屬性、實(shí)際加工方案，在線計(jì)算出裝置可以實(shí)現(xiàn)的最佳能耗。Aspen Plus是一個(gè)具有生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)、穩(wěn)態(tài)模擬和優(yōu)化功能的大型通用流程模擬軟件。利用該軟件可對(duì)催化裂化裝置進(jìn)行嚴(yán)格的工藝模擬計(jì)算，快速準(zhǔn)確地計(jì)算出裝置的基準(zhǔn)能耗。針對(duì)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(gè)AspenPlus用能模型，將反映工況的原料屬性、產(chǎn)品收率、設(shè)備效率等參數(shù)輸入Aspen Plus用能模型中進(jìn)行模擬計(jì)算，實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)計(jì)算對(duì)應(yīng)不同工況下的基準(zhǔn)能耗值的功能。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)InfoPlus.21 (以下簡(jiǎn)稱:ΙΡ.21)可以訪問和集成來自整個(gè)工廠范圍內(nèi)的DSC數(shù)據(jù)和PLC的數(shù)據(jù)。IP.21提供了全功能的API開發(fā)工具包，用戶利用API開發(fā)工具包可以開發(fā)制定出接口程序和集成程序。為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了基于Aspen Plus的催化裂化裝置的在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)，包括:數(shù)據(jù)采集模塊，用于在線采集實(shí)時(shí)能耗參數(shù)；數(shù)據(jù)處理模塊，用于消除測(cè)量誤差和計(jì)算實(shí)時(shí)能耗參數(shù)；模擬計(jì)算模塊，用于計(jì)算被能耗參數(shù)結(jié)果賦值的模型中各個(gè)用能點(diǎn)的能耗介質(zhì)實(shí)物量；能耗統(tǒng)計(jì)模塊，用于根據(jù)能耗介質(zhì)實(shí)物量和對(duì)應(yīng)的折標(biāo)系數(shù)計(jì)算出能耗值后，對(duì)出能耗值進(jìn)行匯總；系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，用于存儲(chǔ)和分析數(shù)據(jù)采集模塊自動(dòng)采集到的實(shí)時(shí)能耗參數(shù)及能耗統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)的能耗值；Web應(yīng)用模塊，用于實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的交互。本技術(shù)方案中，數(shù)據(jù)采集模塊在線采集的實(shí)時(shí)能耗參數(shù)包括:實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、基準(zhǔn)參數(shù)、物料平衡數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)、原料和產(chǎn)品的化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)；所述的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括原料的流量和溫度，主風(fēng)機(jī)出口壓力、壓機(jī)出口壓力、反應(yīng)器出口壓力和流量、回?zé)捰蜐{流量和溫度，產(chǎn)品收率；所述的基準(zhǔn)參數(shù)包括產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)、工藝用汽基準(zhǔn)量、熱出料基準(zhǔn)溫度、低溫?zé)峄鶞?zhǔn)溫度、裝置操作參數(shù)、散熱體的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、機(jī)組基準(zhǔn)效率及氣候特征參數(shù)，所述的原料和產(chǎn)品的化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)包括原料比重、殘?zhí)苛?。本技術(shù)方案中，數(shù)據(jù)采集模塊具體還包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)接口子模塊，該子模塊采用C#對(duì)IP.21提供的API做了二次封裝，可在.NET環(huán)境下快速連接或斷開IP.21，進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，實(shí)現(xiàn)了從IP.21中讀寫實(shí)時(shí)值、歷史值、平均值和累計(jì)值。本技術(shù)方案中，數(shù)據(jù)采集模塊具體還包括實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)制造執(zhí)行系統(tǒng)LIMS,采用開放數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǎn)品的化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，用來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)和信息的收集、分析、報(bào)告和管理。技術(shù)方案中，數(shù)據(jù)采集模塊具體還包括制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，采用另一 ODBC接口與其通訊。通過另一 ODBC接口可以從MES中讀取實(shí)際物料平衡數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)。本技術(shù)方案中，數(shù)據(jù)處理模塊具體還包括數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊，用于消除采集到的測(cè)量數(shù)據(jù)的顯著誤差，預(yù)處理后的數(shù)據(jù)方可送入其他模塊。本技術(shù)方案中，數(shù)據(jù)處理模塊具體還包括散熱量計(jì)算子模塊，用于根據(jù)散熱體的迎風(fēng)面風(fēng)速、當(dāng)量直徑、散熱表面積、表面平均溫度、氣溫，計(jì)算散熱量，具體散熱體的散熱量計(jì)算關(guān)系式為:a s=a y + a ea s=a y + a e
權(quán)利要求
1.基于流程模擬軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、模擬計(jì)算模塊、能耗統(tǒng)計(jì)模塊、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和Web應(yīng)用模塊，其特征在于: 該催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)基于流程模擬軟件Aspen Plus ； 數(shù)據(jù)采集模塊在線采集實(shí)時(shí)能耗參數(shù)，然后將實(shí)時(shí)能耗參數(shù)送入數(shù)據(jù)處理模塊；所述的實(shí)時(shí)能耗參數(shù)具體包括:實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、基準(zhǔn)參數(shù)、物料平衡數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)、原料和產(chǎn)品的化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)；所述的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括原料的流量和溫度，主風(fēng)機(jī)出口壓力、壓機(jī)出口壓力、反應(yīng)器出口壓力和流量、回?zé)捰蜐{流量和溫度，產(chǎn)品收率；所述的基準(zhǔn)參數(shù)包括產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)、工藝用汽基準(zhǔn)量、熱出料基準(zhǔn)溫度、低溫?zé)峄鶞?zhǔn)溫度、裝置操作參數(shù)、散熱體的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、機(jī)組基準(zhǔn)效率及氣候特征參數(shù)，所述的原料和產(chǎn)品的化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)包括原料比重、殘?zhí)苛浚? 數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)接收到的實(shí)時(shí)能耗參數(shù)做如下處理:數(shù)據(jù)預(yù)處理，剔除實(shí)時(shí)能耗參數(shù)中的測(cè)量誤差，利用經(jīng)過誤差處理的實(shí)時(shí)能耗參數(shù)，分別計(jì)算反應(yīng)熱、散熱設(shè)備的散熱量以及排煙溫度，將計(jì)算結(jié)果作為能耗參數(shù)結(jié)果送入模擬計(jì)算模塊； 模擬計(jì)算模塊初始化Aspen Plus接口程序后加載模型文件,生成Aspen Plus用能模型，將能耗參數(shù)結(jié)果賦值給Aspen Plus用能模型中各個(gè)用能點(diǎn)，啟動(dòng)模擬計(jì)算引擎，計(jì)算出Aspen Plus用能模型中各個(gè)用能點(diǎn)的能耗介質(zhì)實(shí)物量，計(jì)算完成后，輸出能耗介質(zhì)實(shí)物量計(jì)算結(jié)果，送入能耗統(tǒng)計(jì)模塊； 能耗統(tǒng)計(jì)模塊根據(jù)能耗介質(zhì)實(shí)物量和對(duì)應(yīng)的折標(biāo)系數(shù)計(jì)算出能耗值后，對(duì)出能耗值進(jìn)行匯總，并將能耗值送入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊； 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊存儲(chǔ)和分析數(shù)據(jù)采集模塊自動(dòng)采集到的實(shí)時(shí)能耗參數(shù)及能耗統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)的能耗值； Web應(yīng)用模塊從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊中讀取數(shù)據(jù)采集模塊自動(dòng)采集到的實(shí)時(shí)能耗參數(shù)及能耗統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)的能耗值，供用戶查詢，用戶也可通過Web應(yīng)用模塊設(shè)置能耗參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流程模擬軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集模塊依序完成如下步驟: 步驟al.初始化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)接口子模塊，從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)IP.21中在線讀取實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)； 步驟bl.啟動(dòng)ODBC接口，從LIMS中讀取原料和產(chǎn)品的化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)； 步驟Cl.啟動(dòng)ODBC接口，從MES中讀取物料平衡數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)； 步驟dl.使用SQL從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊中讀取用戶配置的基準(zhǔn)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于流程模擬軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于:所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口子模塊采用C#對(duì)IP.21提供的API做了二次封裝，可在.NET環(huán)境下快速連接或斷開IP.21，進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，實(shí)現(xiàn)了從IP.21中讀寫實(shí)時(shí)值、歷史值、平均值和累計(jì)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流程模擬軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于:所述的模型文件包含產(chǎn)品加和法，產(chǎn)品加和法是指將所有產(chǎn)品混合而成的物料作為原料；所述的Aspen Plus接口程序采用了高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言C#對(duì)流程模擬軟件Aspen Plus提供的Active X接口做二次封裝，簡(jiǎn)化了.NET環(huán)境下使用Aspen Plus ActiveX的方法，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)Aspen Plus用能模型、加載模型文件、讀寫模型參數(shù)、啟動(dòng)計(jì)算引擎、釋放資源的功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流程模擬軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述的Web應(yīng)用模塊包括:計(jì)算控制程序和前端用戶交互程序。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于流程模擬軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述的計(jì)算控制程序包含:自動(dòng)計(jì)算控制程序和手動(dòng)計(jì)算控制程序。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于流程模擬軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述的自動(dòng)計(jì)算控制程序依次完成以下步驟: a4.定時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊，在線采集模擬計(jì)算所需的實(shí)時(shí)能耗參數(shù)； b4.啟動(dòng)數(shù)據(jù)處理模塊，對(duì)實(shí)時(shí)能耗參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理； c4.啟動(dòng)模擬計(jì)算模塊，進(jìn)行模擬計(jì)算； d4.啟動(dòng)能耗統(tǒng)計(jì)模塊，統(tǒng)計(jì)模擬計(jì)算結(jié)果計(jì)算和對(duì)應(yīng)的折標(biāo)系數(shù)，并對(duì)各類能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總后送入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于流程模擬軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)，所述的手動(dòng)計(jì)算控制程序依次完成以下步驟: a5.讀取用戶界面手動(dòng)輸入的參數(shù)作為取模擬計(jì)算所需參數(shù)； b5.啟動(dòng)數(shù)據(jù)處理模塊，進(jìn)數(shù)據(jù)處理； c5.啟動(dòng)模擬計(jì)算模塊開始啟動(dòng)模擬計(jì)算； d5.啟動(dòng)能耗統(tǒng)計(jì)模塊，統(tǒng)計(jì)模擬計(jì)算結(jié)果及各類能耗數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶選擇決定是否將計(jì)算結(jié)果存入系 統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于流程模擬軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)，所述的前端用戶交互程序包含: a6.從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取相關(guān)參數(shù)，供用戶查詢，用戶也可通過該應(yīng)用程序設(shè)置能耗參數(shù)； b6.根據(jù)用戶指令，啟動(dòng)手動(dòng)計(jì)算控制程序。
全文摘要
本發(fā)明屬于石油加工領(lǐng)域，具體地說是一種基于流程模擬軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、模擬計(jì)算模塊、能耗統(tǒng)計(jì)模塊、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和Web應(yīng)用模塊，其特征在于該催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)基于流程模擬軟件AspenPlus。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，提出了一種基于流程軟件的催化裂化裝置在線理論能耗計(jì)算系統(tǒng)，用以根據(jù)催化裂化裝置實(shí)際設(shè)備現(xiàn)狀、實(shí)際加工的原料屬性、實(shí)際加工方案，在線計(jì)算出裝置可以實(shí)現(xiàn)的最佳能耗。
文檔編號(hào)C10G11/00GK103106333SQ201210545240
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者廖興發(fā), 李振峰, 余金森, 阮慧娟, 宋國(guó)營(yíng), 焦洋, 陶志鋼, 唐宏亮, 沈雪松, 孫睿衍, 孫虎良 申請(qǐng)人:上海優(yōu)華系統(tǒng)集成技術(shù)有限公司