基于流程模拟的双减压原油蒸馏多目标操作优化

发布时间：2017-08-14 08:33

  本文关键词：基于流程模拟的双减压原油蒸馏多目标操作优化

  更多相关文章： 双减压塔 原油蒸馏 软件集成 多目标优化 NSGA-II

【摘要】：双减压原油蒸馏流程是近年来出现的一种新的原油蒸馏工艺,其中常压塔的部分柴油蒸馏功能和深减压塔的部分轻蜡蒸馏功能被转移给浅减压塔,因而在改造过程中,原常压和减压部分可以利旧,只需新增浅减压炉和浅减压塔,故投资少、操作弹性大,在老厂扩能改造过程中日益受到重视。但相比单减压流程(亦两炉三塔流程),其操作无疑复杂得多,十分有必要进行优化研究。鉴于重新建模工作量大,且现有流程模拟软件PRO/II已成功应用于原油蒸馏的设计和操作诊断,故本文拟进行基于流程模拟结果的操作优化研究。但PRO/II内置算法较简单,为此1)利用Excellink插件和COM服务器功能在Excel VBA中编写控制PRO/II与Matlab的接口程序,以集成PRO/II的流程模拟功能、Excel的数据可视化功能和Matlab的丰富算法数据库功能;2)通过接口程序,用VBA读取PRO/II的模拟计算结果,并送入MATLAB中进行自动优化计算,从而确定特定目标下的最优操作参数。由于双减压工艺目标的多样性,本文选择快速非支配排序多目标遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-II)作为最优化计算方法,采用的双目标分别有轻油收率最大和能耗最小、轻油产品收益最大和能耗最小、装置净利润最大和火用损最小,通过优化计算寻找到Pareto最优操作参数解集。又针对自动模拟计算过程中,由于操作范围不能精确确定,而导致计算结果无法满足水力学限制、产品质量限制的问题,本文在接口程序中嵌入了一组搜索判断规则,一旦违反规则,模拟计算将自动终止并进入下一个循环。该方法大大减少了模拟计算时间,并能保证计算结果的合理性。最后,将本文建立的方法应用于某炼厂6Mt/a双减压塔原油蒸馏装置,通过灵敏度分析确定三组双目标函数对应的决策变量个数分别为6、7和10。以第一组目标轻油收率和能耗最小为例,其变量有常压炉出口温度、浅减压炉出口温度、常压塔底注汽量、常二线产量、常三线产量、浅减压塔减三线恩氏蒸馏95%点馏出温度,相比现有操作优化后常压炉和浅减压炉能耗降低8.2%,实现平均效益提升2507元/时(折2105万元/年)。由于没有对研究对象做任何限制,故本文开发的基于流程模拟的多目标优化计算方法适合于一切可用流程模拟软件PRO/II的模拟的对象(经适当改进也适应于ASPEN所模拟的研究对象)。
【关键词】：双减压塔 原油蒸馏 软件集成 多目标优化 NSGA-II
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE624.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 研究目的与意义10-11
• 1.2 双减压原油蒸馏工艺11-13
• 1.2.1 双减压原油蒸馏工艺简介11-12
• 1.2.2 双减压原油蒸馏工艺研究现状12-13
• 1.3 精馏装置操作优化研究现状13-15
• 1.4 精馏塔建模15-17
• 1.4.1 数学建模15-16
• 1.4.2 化工流程模拟软件建模16-17
• 1.5 精馏塔水力学17-21
• 1.5.1 板式精馏塔水力学18-20
• 1.5.2 填料塔水力学20-21
• 1.6 本文研究内容及创新点21-22
• 第二章 Matlab、Excel VBA和PRO/II软件集成22-30
• 2.1 Excelink插件22-24
• 2.1.1 Excelink安装与调用23
• 2.1.2 Excelink管理函数23-24
• 2.2 集成Matlab和VBA24-25
• 2.3 COM服务器25-26
• 2.4 集成Matlab、VB和PRO/II26-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 多目标优化30-45
• 3.1 NSGA-II多目标优化30-35
• 3.1.1 Pareto非支配解集32
• 3.1.2 快速非支配排序32-33
• 3.1.3 拥挤度33-34
• 3.1.4 精英策略34-35
• 3.2 Matlab程序化NGSA-II35-38
• 3.3 自动进行多目标优化过程38-39
• 3.4 多目标函数39-43
• 3.4.1 最大轻油收率和最小能耗40-41
• 3.4.2 最小能耗和最大轻油收益41-42
• 3.4.3 最大装置利润和最小火用损42-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第四章 改善优化计算过程的收敛性45-50
• 4.1 变量可行域45-46
• 4.2 搜索判断规则46-49
• 4.2.1 塔收敛性约束46-47
• 4.2.2 产品质量约束47
• 4.2.3 水力学约束47-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 6Mt/a双减压原油蒸馏装置操作优化50-73
• 5.1 双减压原油蒸馏装置建模50-55
• 5.2 常压塔灵敏度分析55-59
• 5.3 多变量双目标优化59-68
• 5.3.1 轻油收率最大和能耗最小双目标59-63
• 5.3.2 能耗最小和轻油收益最大双目标63-66
• 5.3.3 利润最大和火用损最小双目标66-68
• 5.4 换热网络年度总费用最小确定最优点68-71
• 5.5 本章小结71-73
• 结论与建议73-75
• 参考文献75-80
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果80-81
• 附录 读取计算水力学所需的参数81-83
• 致谢83-84
• 附件84

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本文编号：671733