自由飞翔 发表于 2012-8-27 12:35:03

Hysys对精馏操作的动态模拟

摘要 本文运用Hysys流程模拟软件，对石油化工常压蒸馏工艺流程进行了稳态操作和动态操作的模拟计算。以进料流量变化为例，分析了常压蒸馏塔在有波动干扰时，整个工艺流程的动态响应变化过程，模拟了常规PID控制方案响应情况，预测了常规控制方案容易出现的问题。主题词 Hysys 流程模拟 动态1、前言多年来，稳态流程模拟技术在石油化工过程的设计和已有生产装置操作方案的优选方面发挥了非常重要的作用，已为石油化工行业广泛接受。近几年，动态流程模拟技术也得到了实质性的突破，ASPEN-TECH、HYPROTECH（现被ASPEN-TECH公司兼并）、SIMSCI等公司都开发出相应的动态流程模拟软件。其中，HYPROTECH公司的HYSYS动态流程模拟软件是直接建立在原有的稳态流程模拟平台上，只需将原有的静态流程模拟应用进行转换即可得到动态流程模拟应用，它即继承了稳态流程模拟的预算结果，保持动态模拟的逼真程度，又简化了应用，并且其模拟平台采用面向对象技术开发，具有良好的扩展能力。本文运用HYSYS软件先对常压蒸馏工艺进行稳态模拟，并在稳态模拟运算结果基础上，进行进料流量的变化对常压蒸馏塔操作影响的动态模拟运算，分析常压蒸馏工艺流程有干扰时，常规PID控制方案的响应动作过程，为改进的集实时优化与先进控制于一体的控制方案设计提供依据。2、常压蒸馏的稳态模拟图1为HYSYS软件模拟简单的常压蒸馏工艺流程PFD图。

图1 常压蒸馏工艺流程稳态模拟PFD450℉预热原料物流（Preheat Crude）进初步闪蒸罐（PreFlash）闪蒸，顶部分离出低分子气态馏分，底部液态馏分经加热炉加热到650℉，再与气态馏分混合进入常压蒸馏塔。蒸馏塔的工艺流程部分PFD如图2所示。蒸馏塔理论塔板数为29，塔顶有回流冷凝器，侧线产品有石脑油、煤油、柴油和AGO，都有相应循环加热泵及侧线抽出设备，塔底为常压渣油物流。蒸馏塔进料在第28块塔板上，且为过热物流，水蒸气进料在第29块塔板上。本例的物流组成及性质采用Peng Robinson状态方程进行模拟计算。模拟过程中，油品原料须给定足够的分析性质，如密度、馏程、平均分子量、API度等等或其中的几种性质。在例中HYSYS自动将原料按平均沸点分割成38种假组分进行计算。接下来，指定流程中特定物流组分及流量等条件和各设备操作条件，如原料的温度和压力、蒸馏塔塔板的压力等。当设定满足软件进行模拟运算的必要条件时，软件将自动进行模拟计算。常压蒸馏塔的设定如图3所示，各物流条件及运算结果如图4所示，产品馏程曲线如图5所示。图2 常压蒸馏塔稳态流程模拟PFD

图3 常压蒸馏塔操作条件的设定
图4 稳态模拟物流计算结果
图5 常压蒸馏稳态模拟的产品馏程曲线
由以上常压蒸馏稳态模拟计算过程及运算结果来看，用Hysys软件模拟工艺流程具有良好的PFD界面，方便准确的设定方式，直观图形化的结果分析，可以说Hysys是非常优秀的工艺流程模拟软件。

3、HYSYS的动态模拟
HYSYS的动态模拟可直接在静态模拟的运算结果上修整部分参数后进行计算。将稳态模拟的计算结果设定为装置正常运转的初始状态，动态模拟当原料流量变化时，为维持各侧线产品合格而对蒸馏塔的实时动态操作。首先，将从稳态计算得到的蒸馏塔直径和塔板高、侧线设备的塔板尺寸及冷凝器体积等设备参数，作为已知量对各设备进行参数设定；然后分别将需要控制的容器液位和产品流量加上PID控制器。加入PID控制器的蒸馏塔工艺流程PFD如图6所示。

图6 常压蒸馏塔动态模拟PFD流程各PID控制器PV、OP及操作要求如表1所示。
表1 常压蒸馏塔PID控制器设置
PID名称PV（过程变量）控制要求OP（操作目标）
Cond LC
冷凝器液位50％塔顶回流量
Reb LC
煤油回流罐液位50％煤油侧线回流量
Off Gas FC
塔顶石油气流量5kgmol/h冷凝器热负荷
Diesel FC
柴油产品流量127.5m3/h柴油侧线回流量
AGO FC
AGO产品流量29.8m3/hAGO侧线回流量
各个设备必要参数及控制点设置好后，切换至动态模拟模式，随着PID控制器操作平稳后，以更改进料量为例，观察分析常压蒸馏塔在有波动情况下，各PID控制器的响应状态，及对产品流量的影响。原料ATM Feed流量由2826.4kgmol/h变化至3000kgmol/h时，各PID控制动作曲线如图7所示，各产品流量变化曲线如图8所示。


图7 常压蒸馏塔波动PID控制变化曲线


图8 常压蒸馏塔各产品流量变化曲线从动态模拟的操作曲线可以看出，进料量的变化对常压蒸馏塔的操作造成了较大影响。特别需要注意的是塔顶冷凝负荷的控制，由图中可看出干扰对其操作状态的影响是最大的。
4、结束语
本文通过实现对常压蒸馏工艺的稳态和动态的模拟，分析了进料量的变化对蒸馏塔操作的影响，真实预测了存在干扰时PID控制方案的动作情况，为改进的集实时优化和先进控制于一体的控制方案设计提供了依据。
参考文献
王亮，吕文详，黄德先．计算机与应用化学．2006

原文地址：http://blog.sina.com.cn/s/blog_59dd24e30100bi7l.html

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One_Day 发表于 2013-12-25 14:50:11

哎，动态模拟比较难。好难弄啊

johnli 发表于 2015-1-29 14:03:36

动态模拟挺有意思的

zhujiake 发表于 2018-7-9 22:15:41

回复赚金币

海啊 发表于 2019-3-31 10:29:38

不错的答案

ustcapei 发表于 2020-6-5 13:42:59

马克一下！！！！！！！！！！！！！！！

华府小书童 发表于 2020-7-6 08:36:32


帮顶一下咯。

敬畏的_Su3mJ 发表于 2020-9-27 15:39:24

动态模拟真的很难，顶一下，谢谢楼主得分享！

傻瓜 发表于 2020-12-27 16:05:06

学习中，有点难

动力火车 发表于 2022-9-8 19:55:06

谢谢楼主的分享
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