综合可靠性优化的化工过程参数优化.pdf

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1、1374化工自动化及仪表第40卷综合可靠性优化的化工过程参数优化徐宝昌叶昌燕(中国石油大学(北京)自动化系，北京102249)摘耍首先针对化工过程进行参数优化过程，考虑系统可靠性问题，提出了一种综合可靠性优化的参数优化模型，利用系统可用性对过程产品产量进行修正。从而将系统可用性加入到过程模型当中。其次在优化过程中。为了避免因过程模型太复杂而导致计算量大的问题，提出了结合Unisim模拟软件的优化实现方法，利用Unisim计算每次迭代过程中的过程模型和目标函数值，直至优化过程收敛。最后将以上方法应用在某天然气处理过程中。结果表明：综合可靠性优化的参数优化模型，提高了化工过程

2、的经济效益；基于Unisim的优化过程，不需要简化过程模型，能简单、快速、有效地得到优化结果。关键词系统可靠性优化参数优化Unisim模拟软件中圈分类号TQ021．8文献标识码A文章编号1000-3932(2013)ll-1374-05符号说明A——单元设备可用性所组成的向量；Ar一单元设备基本可用性向量；A。。——单元设备最大可达可用性向量；A。——系统可用性；c——原料流量：C——系统年原料费用；D——系统单元设备总数；，，——等式约束；F--产品产量；g,g’——不等式约束；日——系统原料总类数；，——系统年收入；J，．，’——目标函数；￡——系统总能耗点数；m——

3、单元设备年维修费用；m^——单元设备单位时间维修费用；脚——系统年维修费用；Ⅳ——系统产品总类数；P——产品或原料价格；q——能耗点所消耗的能量；Q——系统年总能耗；L。——年操作时间；y——设备投资费用；膏——决策变量；下标：i——产品或原料；．『——设备；l——能耗点。化工过程中，参数优化是使系统经济效益达到设计目标的一种有效方法，通过建立优化模型，采用优化算法，不断调整设计参数，使设计结果不断接近目标值⋯。系统可用性是影响整个过程经济效益的重要参数，系统非计划停车会导致产品产量降低睁’3】。因此，在以经济效益为目标函数的参数优化过程中，同时考虑系统可用性，将其作为优

4、化参数之一，从而对提高系统运行阶段的可用性具有非常重要的意义。同时，化工过程模型一般较为复杂，会导致参数优化过程中计算量大，优化不易实现。针对以上问题，笔者首先将可用性作为修正因子对系统产品产量进行修正，加入到过程物料平衡中，从而建立综合可用性优化的参数优化模型；然后利用流程模拟软件Unisim对系统的实时跟踪能力，计算过程模型，实现其优化；最后将以上方法应用于天然气处理系统中，证明了算法的可行性和有效性。1综合可靠性优化的参数优化数学模型系统可用性可分为系统操作可用性、系统可达可用性和系统内在可用性。系统操作可用性同收稿日期：2013-10·18(修改穑)基金项目：国家

5、自然科学基金项目(20976193)；国家重大专项资助项目(2011Zx0502l抛3)；中国石油大学(北京)基本科研基金资助项目第11期徐宝昌等．综合可靠性优化的化工过程参数优化时考虑计划维修、非计划维修以及系统操作和管理期间的时间损失。系统可达可用性考虑计划维修和非计划维修时间，系统内在可用性只考虑非计划维修时间心】。对系统进行参数优化时，系统操作和管理期间的时间损失无法估计，又由于系统装置结构和尺寸确定，系统计划维修时间一定，因此笔者主要考虑的是提高系统的内在可用性(下文均简称为系统可甩性)。分析过程的系统可用性主要方法有系统可用性逻辑框图‘‘1及故障树分析方法‘5

6、3等b笔者采用逻辑框图法，根据流程逻辑顺序建立可用性模型，通过可用性模型对系统可用性进行分析，从而建立系统可用性A。与过程中各个单元设备可用性的函数关系：^。=埘(^)(1)因此在不改变原流程的情况下，可改变单元设备可用性实现系统可用性优化Mo。在假设平均失效率为常数的情况下，单元设备可用性A在其基本可用性与最大可达可用性之间有如下关系：Ao≤A《A一(2)其中，最大可达可用性由技术和资金决定，单元设备的基本可用性由单元设备故障前的MTTF与相邻故障问平均工作时间MTBF决定【31，即：A0-．丽匾M万TB而F(3)一般化工过程参数优化问题可描述为：P1Max．r(茹)8

7、．tg(膏)≤O，(茸)=0聋EXg矗。在考虑系统非计划停车导致产品产量降低时，引入系统可用性对系统产品产量进行修正，对由系统失效所造成的产品损失进行补偿，具体表达式为：FA。．=F’(4)当系统可用性A。．等于1时，系统不会出现非计划停车，系统产品产量修正值等于系统实际产量。又根据系统物料守恒方程，系统产品产量F由过程各个参数菇决定，即：F=

8、

9、}(茗)(5)因此式(4)可改写为：七(茹)加(A)=F’Ao≤A《^⋯(6)所以，加入系统可用性修正因子后，问题Pl可改写为P2，即综合可靠性的化工过程参数优化模型：P2Max_，