基于i2fa系统的fpso生产仿真系统的设计与实现

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1、第一章绪论1．1本课题的背景仿真技术是近几十年来发展起来的一门综合性学科，在航天、航空、军事、电力、石化等方面取得了惊人的应用成果。仿真技术在技术培训、辅助生产方面的作用得到了广泛的认同。随着海洋石油开采的急剧升温，FPSO已经成为当今世界海上油气开发生产设施的主流方式之一。FPSO产业的发展，也为中国海洋石油开创了新的利润增长点，为企业持续发展拓展了新路。FPSO(FloatingProduction，StorageandOff-loadingsystem；浮式油轮生产储油卸油系统)是为海上油田生产服务的大型生产装置，集生产、储油、外输多项功能于一身。经过二十多

2、年不断的探索，中国海洋石油总公司在FPSO产业中确立了领军地位。目前，共有14艘FPSO在海上油田作业，作业海域的水深从10多米到330米，吨位从5万吨级至25万吨级。到2010年，原油产量预计会超过5000-5500万吨，未来三至五年将有一大批油气田建设投产，预计将有一批FPSO新建项目Ⅲ。这也对FPSO的管理能力提出了更高的要求。每年采油公司为了培训和考核实习生、中控操作人员、现场操作人员、仪表师等，都需要投入巨大的人力、物力和财力。综上所述，从企业长远发展的角度来看，采用计算机仿真技术构建实用、高效的FPSO生产仿真系统有着非常重大的应用价值，而且新技术的发

3、展也使大流程工业仿真系统的实现成为可能，这也必将是海洋石油生产中一个重要的课题。1．2流程仿真及其进展流程仿真技术是新发展起来的一门综合性学科，它是通过计算机对正在设计的或己有的过程做运行模拟的技术。应用这一技术，可以模拟流程在不同工艺条件下运行时可能得到的结果。对这一结果进行分析，优选就能够确定最佳工艺条件，或得到对己有过程改造的最佳方案。因此，可大大节省过去由实验(小试与中试)探索最佳工艺条件所耗费的大量资金、时间与人力。这一技术已得到了世界各国的重视伫1。第一章绪论国外流程仿真系统的发展大致经历了三代∞1：第一代模拟系统是在(50---60)年代开发的，规模

4、较小，功能有限。其主要代表为美国的Kellogg公司的GFS系统和SimSci公司的SSC／100系统等。开发工作量一般为5人年，成本费不超过20万美元。第一代流程模拟程序的主要特点是：(1)通过对工艺流程描述实现模拟计算；(2)物性数据有限，采用物性块存储；(3)单元模块有限；(4)收敛方法采用直接迭代法；(5)需要专人维护。60年代末期到70年代中期出现了第二代流程模拟程序。第二代模拟程序不断扩充、完善，一直应用至今。其主要代表有SimSci公司的Process，Chemshare公司的Design／2000，千代田的CAPES，Lummus的GPS以及FLO

5、WTRAN等。第二代模拟软件的主要特点是：(1)使用高级语言编程，用户可以增加自己的单元过程计算子程序，有更为齐全的流程单元模块和规模较大的数据库；(2)采用固定数组数据结构；(3)仅能用于气液两项系统；(4)循环收敛方法比较成熟，计算方法较先进，计算速度也有了较大的提高；(5)输入方法更简捷；(6)不用专人维护。第二代模拟程序开发工作量为20～60人年，开发费用在100万美元左右。80年代开发成功了第三代流程模拟系统，其代表是美国麻省理工学院的AspenPlus系统和SimSci公司的PRo／II系统。AspenPlus系统的开发工作从1976年起，历时5年，耗

6、资600万美元。第三代模拟系统的主要进步是：(1)开放式结构，可以随意组合单元，模拟自己的工艺过程；(2)物性数据更丰富、应用领域更广泛；(3)输入、输出采用窗口技术，图形技术使用更方便；(4)增加了一些Help模块。目前，这些软件还在进一步开发与完善中，并开发有许多配套软件，如换热优化、数据识别等。80年代后流程模型化更重要的发展方向是人工智能的开发环境。专家系统的模型化开发环境是80年代后期发展的标志。1987年美国麻省理工学院首先推出了DESIGN—KIT系统，能进行数量级分析及自由度分析，支持面向对象的过程模拟设计。90年代后，神经元网络((ANN)在化学

7、工程各个领域中的应用增长很快，ANN提供了一种新的优化问题求解方法，即ANN优化技术。最具代表的有肿模型、Hopfield网、BP网络、动态BP网络、BMAC以及模糊神经网络等等。我国自60年代中期开始流程模拟软件的开发工作，主要有兰州石化设计院。到70年代，北京石化工程公司、洛阳石化工程公司和北京设计院相继成立计算机站，开展流程模拟软件开发的应用工作，开发了一批油品分离塔、多组分精馏塔、冷换设备、塔板水力学计算等工艺计算程序。80年代后期，兰州石化设计院和大连理工大学合作开发的合成氨模拟程序、青岛化工学院的ECSS系统、北京设计院以布兰丁方程为基础开发的催化裂化

8、反应一再生