过程模拟中的公用工程模块开发

发布时间：2020-06-15 03:02

【摘要】：公用工程模块负责为各个单元操作模块提供能量,在过程模拟中是必不可少的公用模块。水和水蒸气作为常用的物质,采用国际工业标准IAPWS-IF97公式作为计算水和水蒸气热力学性质的模型;天然气、石油及煤作为复杂的体系,通过界面输入热值进行处理;电则只需要输入购买价格,基本涵盖了常用的公用工程类型。最后通过基于CAPE-OPEN标准接口和COM组件技术分别对界面和各个公用工程类型的计算模型进行了封装。通过机泵和加热器两个单元操作模块公用分别调用工程类型为电和水进行了测试,根据输入条件可以准确的计算出不同类型公用工程的耗用量及费用,从而验证了模块开发的可靠性。
【图文】：

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要在相应的单元操作模块添加对应的接口获取公用工程对象(UO)和计算结果。最终通过模拟器(SimulatorExecutive)进行交互。在过程模拟中，要计算相应单元操作模块实际的公用工程消耗及相应费用时，由公用工程对象管理(UOM)新建相应的公用工程对象(UO)，并负责公用工程对象(UO)的管理，使单元操作模块选择对应的公用工程管理对象(UOM)，把单元操作模块计算后的热负荷、进出口温度等相关参数传输到对应的公用工程对象(UO)，最终通过公用工程模块中的模型计算出相应单元操作模块的实际公用工程消耗及相应费用等。其接口如图1所示。Fig.1ProcessofInvokingUtilityUnitInterface.图1公共工程模块接口调用示意图2.1公用工程对象管理(UOM)公用工程对象管理(UOM)主要通过接口IUtilitiesManager负责各个公用工程对象(UO)的新建、编辑和删除等管理，并通过接口中的GetUtilityList()函数将公共工程对象列表传输到单元操作模块，单元操作模块选择合适的公用工程对象，最终由模拟器调用公用工程对象(UO)计算出对应结果。2.2公用工程对象(UO)公用工程对象(UO)是实现计算单元操作模块实际公用工程耗用量及费用的关键，通过接口IUtilitiesManager中的RequestCalcUtility()函数把单元操作模块中选择的公用工程对象(UO)名称、进出口温度及热负荷等输入或计算的参数传输到对应的公用工程对象(UO)中。规定公用工程对象(UO)选择的公用工程类型、计算方式和公用工程费用等条件，计算出选择的公用工程耗用量及费用。

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844计算机与应用化学2017,34(11)3公用工程模型建立工业中用到最多的公共工程类型主要是冷却水、水蒸气和电三种类型，但是工业中还有其它类型，比如加热炉用到的煤、天然气或者石油等。所以在过程模拟中，为了使开发的公用工程模块能够满足更多的实际公共工程，开发的公共工程类型主要包括：冷却水、水蒸汽、电、石油、天然气、煤等类型。石油、天然气和煤作为复杂的体系，如果相应的单元操作模块选择石油、天然气和煤的一种类型，需要用户输入其单位热值，根据热值和购买价格计算出相应公用工程的耗用量及费用，如果选择电作为公用工程类型，则只需要输入单位能量的购买价格，进行计算。冷却水和水蒸气作为最常用的工质，下面将对其模型重点论述。冷却水和水蒸气作为常用的、重要的物质，其相关的性质可以通过热力学方法进行相关的计算，但是其计算的性质与实际往往存在一定偏差。在1967年国际公式化委员会通过了IFC-67[6]公式用于计算任何应用场所水和水蒸气的热力学性质，但是经过多年验证，其存在边界不一致性、精度低及计算速度慢等问题。1995年国际水和水蒸气国际协会(IAPWS)提出了IAPWS-IF95[7]，但是其计算模型过于复杂，限制了其广泛应用。在1997年发布的国际工业标准IAPWS-IF97公式[8-9]。2003年又相继发布了IAPWS-IF97-S03[10]、IAPWS-IF97-S04[11]、IAPWS-IF97-S05[12]区域3的补充模型。无论在模型的复杂性、计算性质的多样性、计算速度及边界一致性等都较之前计算水和水蒸气的性质要好，故采用IAPWS-IF97公式进行相关热力学性质的计算。IAPWS-IF97公式有效范围为：273.15K≤T≤1073.15Kp≤100MPa1073.15K≤T≤2273.15Kp≤10MPaIAPWS-IF97公式将其有效范围分为5个区域，如图2所示

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