基于Aspen+Plus的蒸汽透平网络模拟和优化.pdf

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1、万方数据第29卷第1期2012年1月28日计算机与应用化学ComputersandAppliedChemistryV01．29，No．1January,2012基于AspenPlus的蒸汽透平网络模拟和优化马琳瑛，赵亮，李泽秋，钱锋’({tin过程先进控制和优化技术教育部重点实验室(华东理工大学)，上海，200237)摘要：针对乙烯装置蒸汽管网用能过程中存在的不合理现象，采用AspenPlus化工流程软件对其中的蒸汽透平网络进行了模拟和优化。通过对单个透平的模拟，分析了透平抽汽量、进汽温度和排汽压力等操作条件的变化对透平效率的影响。在此基础上模拟了蒸汽透平网络，并以透平抽汽量为自变量、透

2、平网络总进汽量为目标变量，通过MATLAB．AspenPlus接USE具箱使用粒子群优化算法(PSO)对其进行操作参数优化。采用智能算法，避开了因在AspenPlus中设置过多约束作为设计规定而导致模型不易收敛的不足；对于约束条件的处理，通过对不满足约束的粒子加以惩罚来实现。优化结果表明，在满足透平输出功率以及低等级管网蒸汽用量需求的前提下，通过合理分配各透平的抽汽量能够有效地降低透平网络超高压蒸汽(SS)消耗量，优化后的透平网络可减少超高压蒸汽用量0．6吨／4,时。关键词：蒸汽透平；透平网络：AspenPlus；粒子群优化算法中图分类号：TE624；TP273文献标识码：A文章编号：1

3、001-4160(2012)01．100．1041引言在大型石油化工装置中，蒸汽动力系统是重要的组成部分【l】，几乎所有的工艺过程都需要蒸汽和电力等公用工程，但是它在向工艺过程提供动力、电力、热能和工艺蒸汽的同时本身也消耗大量的能量。因此，优化蒸汽动力系统的操作、降低运行成本是石化企业节能降耗、提高效益的重要途径。国内外针对蒸汽动力系统优化方面的研究一直很活跃，Grossmann掣2佣混合整数线性规划模型进行了蒸汽动力系统的操作优化；Mavromatis掣3-4]提出了一种估计蒸汽透平做功能力的方法并用于透平网络设计；S仃0uvalis和HeckIs]对考虑单元维护的蒸汽动力系统进行了操

4、作优化。然而，大多数研究均依靠数学规划法建模，需要写入大量数学关系式，过程复杂且繁琐，而很少使用化工流程软件。化工流程软件把各单元设备的数学方程事先集成在指定模块中，使用时只需直接调用该模块，在保证数据精确度的前提下可使过程变得直观、简便、快捷。流程模拟技术在化工过程设计中的作用已为化工行业所接受，其中AspenPlus是应用比较广泛的流程软件，它是生产装置设计、稳态流程模拟、工厂性能监控、优化的大型通用流程模拟工具[6】。因此运用流程软件模拟蒸汽动力系统有一定的现实意义。本文以某乙烯装置蒸汽透平网络为背景，利用AspenPlus软件模拟网络的做功过程并运用PSO算法对其进行优化。2蒸汽

5、透平网络描述某乙烯装置蒸汽管网的蒸汽有4个等级：超高压蒸汽系统(SS管网)、高压蒸汽系统(HS管网)、中压蒸汽系统(MS管网)和低压蒸汽系统(LS管网)。压缩机透平用来驱动乙烯装置中的“三机”(裂解气压缩机、丙烯压缩机和乙烯压缩机)，是蒸汽管网中消耗ss的最主要设备，提高其能量使用效率可以有效降低Ss消耗量，因此对压缩机透平网络进行模拟和优化显得尤为重要。本文研究的透平网络包括裂解气压缩机透平1和2，丙烯压缩机透平3和4，均为抽汽凝汽式透平。4台透平进汽均为SS，透平1和2抽HS，透平3和4抽MS。为了满足“三机”的需求和装置的平稳运行，必须稳定压缩机透平的输出功率。同时各透平抽汽量要满

6、足HS和MS等级管网的蒸汽流量需求。Fig，1Structureschematicdiagramofturbinenetwork．图1透平网络结构示意图蒸汽透平网络模型的建立HSMS3．1基础信息的输入运用AspenPlus模拟软件必须选择相应的单元模块，定义流程涉及组分，选择热力学性质计算方法，并以装置实际数据为依据建立模型。AspenPlus中透平的相关模块为Compr单级透平和Mcompr多级透平。根据抽凝式透平的特点应选择收稿日期：2011．10．20；修回日期：2011．12．16基金项目：国家高技术研究发展计划(863)重点课程项I；I(2008AA042902)；上海市科技

7、攻关项目09DZll20400)；上海市重点学科建设项目03504)作者简介：马琳瑛(1986--)，女，上海人，硕士研究生，Email：malinying@163．o咖联系人：钱锋(1961—)，男，江苏人，博士，教授，博士生导师，E—mail：fqian@ecust．edu．ca万方数据兰Q!呈：兰丛!!里燮壅!笠!薹王尘2里!!塑塑苤整垄±堕垒堡塑塑垡垡!Q!Mcompr多级透平模块，但Mcompr模块中间抽出物为冷凝器液相凝