Способ контроля процесса и управления им

Номер патента: 12765

Опубликовано: 30.12.2009

Авторы: Таунсенд Джеймс Адам, Колман Дерек Алан

Есть еще 1 страница.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ управления процессом, таким как процесс смешивания в смесительном резервуаре или реакция с участием одного или более реагентов в реакционном резервуаре, заключающийся в том, что:

а) с использованием методов вычислительной гидродинамики создают модель первого процесса,

б) в созданную с использованием методов вычислительной гидродинамики модель вводят данные о подаваемом в этот первый процесс исходном материале, характеризующие ситуацию в начальный момент времени t0, в результате чего модель моделирует в реальном масштабе времени одно или несколько свойств процесса в будущий момент времени t1, и

в) результаты моделирования используют для управления первым процессом или вторым процессом, с которым связан первый процесс.

2. Способ по п.1, в котором первый процесс связан со вторым процессом выходящим из резервуара потоком, представляющим собой исходный материал, подаваемый во второй процесс.

3. Способ по п.1 и 2, в котором первый процесс представляет собой процесс смешивания в смесительном резервуаре.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором в качестве исходного материала в первый процесс подают один или более типов сырой нефти, а в качестве смесительного резервуара используют резервуар для хранения сырой нефти.

5. Способ по п.4, в котором первый процесс смешивания связан со вторым процессом - перегонкой сырой нефти на соответствующей нефтеперегонной установке.

6. Способ по п.1 или 2, в котором первый процесс представляет собой химическую реакцию с участием одного или более реагентов, протекающую в соответствующем реакторе.

7. Способ по п.6, в котором реактор первого процесса содержит катализатор.

8. Способ по п.6 или 7, в котором в первом процессе осуществляют подачу циркулирующего потока в реактор.

9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором моделирование выполняют непрерывно или периодически для моделирования в реальном масштабе времени одного или нескольких свойств первого процесса для будущих моментов времени t2, t3 и т.д., контролируя таким путем процесс и управляя им во времени.

10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором свойства первого процесса выбирают среди одного или нескольких свойств из группы, включающей химический состав, плотность и вязкость.

11. Система управления процессом, таким как процесс смешивания в смесительном резервуаре или реакция с участием одного или более реагентов в реакционном резервуаре, содержащая:

а) компьютер, запрограммированный на выполнение построенной методами вычислительной гидродинамики модели первого процесса,

б) систему ввода, предназначенную для ввода в созданную с использованием методов вычислительной гидродинамики модель данных о подаваемом в этот первый процесс исходном материале, характеризующих ситуацию в начальный момент времени t0, в результате чего модель моделирует в реальном масштабе времени одно или несколько свойств процесса в будущий момент времени t1, и

в) контроллер, срабатывающий в ответ на результаты моделирования и использующий их для управления первым процессом или вторым процессом, с которым связан первый процесс.

12. Система п.11, в которой контроллер (в) управляет вторым процессом, с которым связан первый процесс, выходящий поток которого представляет собой исходный материал, подаваемый во второй процесс.

13. Система п.11 или 12, в которой первый процесс представляет собой процесс перемешивания в соответствующем смесительном резервуаре.

14. Система по п.13, в которой смеситель представляет собой резервуар для хранения сырой нефти, а вторым процессом является ее перегонка на соответствующей нефтеперегонной установке.

15. Система по п.11 или 12, в которой первый процесс представляет собой реакцию с участием одного или более реагентов, протекающую в соответствующем реакторе.

 

Текст

Смотреть все

012765 Настоящее изобретение относится к способу контроля процесса и управления им с использованием методов вычислительной гидродинамики. Вычислительная гидродинамика (ВГД) является хорошо известным методом моделирования движения потока текучей среды, использующим численные методы для решения описывающих движение потока текучей среды и управляющих ее течением уравнений сохранения количества движения и массы. Так, например, ВГД можно использовать для моделирования движения потоков текучей среды при проектировании различных смесителей с целью обеспечить необходимую эффективность перемешивания. Равным образом ВГД можно использовать при проектировании различных реакторов с целью обеспечить оптимальный контакт исходных реагентов между собой и/или с катализатором, который может присутствовать в зоне реакции. ВГД позволяет определять структуру потока и характеристики системы при заданных граничных условиях с использованием фундаментальных уравнений движения сплошной текучей среды, а именно уравнений сохранения количества движения и массы (известных как уравнения Навье-Стокса). ВГД можно использовать при моделировании процессов, протекающих в установившемся режиме или в неустойчивом (зависящем от времени) режиме. Метод позволяет не делать априорных предположений об окончательном решении и кроме начальных граничных условий не требует использования никаких других дополнительных данных (например, результатов измерений падения давления для нахождения решения). Иными словами, такой метод позволяет определить посредством соответствующих вычислений необходимые свойства системы в момент времени t1 при заданных граничных условиях в более ранний момент времени t0. В некоторых простых случаях (например, для двухмерного невязкого потока) структуру и параметры потока можно определить аналитически, однако на практике для этого обычно приходится численными методами решать нелинейные дифференциальные уравнения второго порядка. ВГД решает эту задачу путем разделения режима течения на множество мелких ячеек (обычно более 100 тысяч) и численного решения уравнений в каждой ячейке с итераций прогноза до получения конечного решения. ВГД подробно описана, например, в работе Е.М. Marshall и A. Bakker "Computational Fluid Mixing",опубликованной Fluent-Inc. в 2002 г. Обычно моделирование ВГД-методами требует работы компьютера в течение многих часов или даже дней, в том числе и при моделировании сравнительно простых систем, особенно когда конечное решение зависит от времени. Тем не менее несмотря на большое количество времени, необходимое для выполнения соответствующих вычислений, ВГД, бесспорно, является исключительно эффективным инструментом для проектирования различных смесителей и/или реакторов, при расчете которых время не является критическим фактором. До создания настоящего изобретения модели, построенные с использованием ВГД-методов без всякого априорного предположения о состоянии системы только с учетом начальных и граничных условий,никогда не использовались для управления процессом в реальном масштабе времени. В ЕР 398706 описан способ предсказания физических свойств полимера, получаемого из множества мономеров в реакторе, и утверждается, что полученные этим методом результаты можно использовать для предупреждения оператора о проблемах, послуживших причиной необычного поведения реактора. Однако описанный в этой публикации способ требует ввода в модель реальных данных о процессе (т.е. результатов предыдущего выполнения этого процесса), полученных при измерении в различных точках реактора (и, следовательно, в момент времени t0), а результаты вычислений дают оценку различных параметров в то же самое время t0, когда были измерены начальные данные. При создании изобретения было установлено, что моделирование ВГД-методами процессов, протекающих, в частности, в нестационарном (зависящем от времени) режиме, можно использовать для контроля процесса в реальном масштабе времени и эффективного управления процессом. В соответствии с этим первым объектом настоящего изобретения является способ управления процессом, заключающийся в том, что: а) с использованием методов вычислительной гидродинамики создают модель первого процесса,б) в созданную с использованием методов вычислительной гидродинамики модель вводят данные о подаваемом в этот первый процесс исходном материале, характеризующие ситуацию в начальный момент времени t0, в результате чего модель моделирует в реальном масштабе времени одно или несколько свойств процесса в будущий момент времени t1, и в) результаты моделирования используют для управления первым процессом или вторым процессом, с которым связан первый процесс. Под "моделированием в реальном масштабе времени" подразумевается процесс моделирования, в ходе которого выходные данные (результат моделирования) получают в течение определенного промежутка времени, достаточно короткого для своевременного или даже заблаговременного предсказания состояний процесса и тем самым управления процессом в случае необходимости на основании указанных выходных данных, т.е. на основании данных, полученных в начальный момент времени t0, система способна вычислять соответствующее свойство для более позднего момента времени t1 и при необходимости использовать результаты таких вычислений для изменения состояния процесса (или второго про-1 012765 цесса) в момент времени t1 или раньше. Для реализации предлагаемого в изобретении способа может использоваться система управления, в соответствии с чем вторым объектом настоящего изобретения является предлагаемая в нем система управления процессом, содержащая: а) компьютер, запрограммированный на выполнение построенной методами вычислительной гидродинамики модели первого процесса,б) систему ввода, предназначенную для ввода в созданную с использованием методов вычислительной гидродинамики модель данных о подаваемом в этот первый процесс исходном материале, характеризующих ситуацию в начальный момент времени t0, в результате чего модель моделирует в реальном масштабе времени одно или несколько свойств процесса в будущий момент времени t1, и в) контроллер, срабатывающий в ответ на результаты моделирования и использующий их для управления первым процессом или вторым процессом, с которым связан первый процесс. Предлагаемая в изобретении система управления работает таким образом, что контроллер (в), который, как описано ниже, может представлять собой автоматизированную систему управления процессом или может управляться оператором, изменяет состояние процесса в момент времени t1 или раньше. В предпочтительном варианте изобретения контроллер (в) управляет вторым процессом, с которым связан первый процесс, а сам первый процесс представляет собой процесс перемешивания в соответствующем смесителе, отбираемый из которого продукт подают в качестве исходного материала во второй процесс. Так, например, смеситель может представлять собой резервуар для хранения сырой нефти, которую затем в ходе второго процесса подвергают перегонке на соответствующей нефтеперегонной установке. Более подробно этот вариант осуществления изобретения описан ниже. Для выполняемого в реальном масштабе времени моделирования одного или нескольких свойств процесса в будущий момент t1 данные об исходном материале должны относиться к исходному материалу, подаваемому в первый процесс в момент времени t0 до момента времени t1, и могут включать, например, данные о расходе и составе всех потоков исходных материалов, подаваемых в первый процесс до этого момента времени. Состав всех потоков материалов, подаваемых в первый процесс, можно определить заранее до поступления потоков исходных материалов в процесс, например, на основании результатов анализа исходных материалов в резервуарах для их хранения или в подводящих трубопроводах, в частности, с помощью соответствующих расходомеров. Такие данные могут вводиться в построенную ВГД-методами модель процесса либо оператором, либо автоматизированной системой контроля подачи исходных материалов. Сами данные, вводимые в модель первого процесса, также могут представлять собой результаты моделирования, например, могут представлять собой выходные данные отдельной,построенной ВГД-методами модели резервуара для хранения. Преимущество настоящего изобретения состоит в использовании построенной ВГД-методами модели для предсказания одного или нескольких свойств первого процесса и при необходимости для воздействия на указанные выходные данные либо I), когда эти выходные данные процесса моделирования используются для управления первым процессом до того, как прогнозируемые свойства станут реальностью в первом процессе, либо II) когда эти выходные данные процесса моделирования используются для управления вторым процессом, который связан с первым процессом, до того момента, когда прогнозируемые свойства станут реальностью во втором процессе. Управление первым или вторым процессом на основании прогноза, полученного с помощью построенной ВГД-методами модели процесса, осуществляется оператором или автоматизированной системой управления процессом. Оператор или автоматизированная система управления может "использовать" выходные данные моделирования не только для изменения состояния первого или второго процесса, но и равным образом для подтверждения того, что первый или второй процесс протекает в предсказанных условиях, и его состояние не требует никаких изменений. Моделирование в реальном масштабе времени можно также использовать для получения информации об одном или нескольких свойствах первого процесса в последующие моменты времени t2, t3 и т.д. Получать такую информацию можно путем непрерывного выполнения модели или путем повторного выполнения модели с определенной периодичностью для получения смоделированных данных для серии будущих моментов времени t2, t3 и т.д. Такой подход позволяет использовать предлагаемый в настоящем изобретении способ для контроля процесса и управления им непрерывно в течение всего необходимого времени. Под "непрерывным" выполнением модели подразумевается ее непрерывное обновление, при котором после получения выходных данных процесса моделирования в момент времени t1 процесс моделирования продолжается до получения выходных данных для следующего момента времени t2. Тем самым обновление результатов моделирования для момента времени t1 данными об исходном материале, подаваемом в первый процесс в промежутке между моментами t1 и t2, позволяет моделировать в реальном масштабе времени одно или несколько свойств первого процесса в будущий момент времени t2, следующий за моментом времени t1. В этом варианте модель выполняется одновременно с ее обновлением (интервал времени между t2 u t1), т.е. если длительность одного цикла выполнения модели составляет десять секунд, то время между моментами времени t2 и t1 также должно составлять десять секунд.-2 012765 В другом варианте модель можно выполнять (или повторно выполнять) для моделирования в реальном масштабе времени одного или нескольких свойств первого процесса в будущие моменты времениt2, t3 и т.д., следующие за моментом времени t1, выполняя для каждого из этих моментов времени отдельное моделирование в реальном масштабе времени. Обычно каждый новый процесс выполнения модели начинают по завершении предыдущего процесса выполнения модели, однако в принципе процессы выполнения модели можно начинать и до завершения предыдущего процесса выполнения модели, и в этом случае несколько процессов выполнения модели будут протекать параллельно. Так, например, в реальном масштабе времени можно моделировать одно или несколько свойств первого процесса в будущий момент времени t2, следующий за моментом времени t1, используя фактические (т.е. измеренные) данные о первом процессе в момент времени t и данные об исходном материале, подаваемом в первый процесс в интервале времени между t и t2. В том случае, когда очередной процесс выполнения модели начинается по окончании предыдущего процесса выполнения модели, каждые процесс выполнения модели продолжается в течение промежутка времени, который короче интервала времени, необходимого для обновления модели (разницы между моментами времени t2 и t1), т.е. при длительности одного цикла выполнения модели, равной 10 с, для начала и полного окончания следующего цикла выполнения модели разница между моментами времени t2 и t1 должна быть минимум 10 с. Описанные выше варианты можно также использовать в комбинации между собой. Так, например,модель можно выполнять непрерывно, используя начальные данные в момент времени t0 и непрерывно обновляя модель для последующих периодов времени на протяжении всего интервала времени, например, в течение 1 ч, с последующим повторным началом процесса моделирования с новым набором исходных данных, которые можно получить путем текущих измерений. При этом за новый момент времени t0 принимается момент времени t1. Тем самым получаемые новые данные позволяют управлять непрерывным выполнением модели и гарантируют точное отражение постоянно обновляемой моделью фактических условий процесса. Модель предпочтительно выполнять или обновлять на регулярной основе, например в течение каждого промежутка времени от 1 с до 60 мин (т.е. в периоды времени t3-t2, t2-t1 и т.д.). Управлять первым или вторым процессом можно на основании всех выходных данных модели либо на основании выходных данных модели, получаемых в разные, отделенные достаточно большими промежутками моменты времени. Так, например, при повторе процесса выполнения модели каждые 10 с для управления процессом вполне достаточным может оказаться использовать выходные данные, получаемые каждую минуту или каждые 10 мин. В этом случае период моделирования может быть в зависимости от необходимого временного разрешения управляющей модели короче используемой для управления процессом периодичности обновления модели. Периодичность, используемая при вычисления, не обязательно должна быть постоянной и может меняться для одной и той же модели в зависимости от скорости изменения переменной с целью оптимизации продолжительности всех расчетов. Под "одним или несколькими свойствами" первого процесса могут подразумеваться химические и/или физические свойства. Типичным примером химического свойства является химический состав. К типичным физическим свойствам относятся, например, плотность и вязкость. К свойствам может также относиться концентрация дисперсной или вторичной фазы, например концентрация воды в масле. Построенная ВГД-методами модель может генерировать "карту свойств" (либо одну, либо несколько), отражающую характер происходящего в первом процессе изменения одного или нескольких свойств,например карту изменения концентрации химического реагента в реакторе или карту изменения плотности текучей среды или состава компонентов в смесителе. В первом варианте осуществления настоящего изобретения первым процессом является химическая реакция, протекающая в соответствующем реакторе. В этом случае в качестве выходных данных моделирования предпочтительно получают карту изменения состава компонентов в реакторе, которую используют для управления протекающей в нем реакцией. Выходные данные моделирования могут также содержать информацию, например, о температуре и давлении внутри реактора. Кроме того, в выходных данных моделирования может содержаться и информация о свойствах отбираемого из реактора продукта. Поскольку такие выходные данные используются для управления химической реакцией, они должны поступать в распоряжение оператора или в автоматизированную систему управления до того, как фактические условия в реакторе достигнут значений, полученных в результате моделирования, чтобы при предсказании любых нежелательных условий оператор или система управления успели отреагировать на полученную информацию и смогли предотвратить возникновение таких условий в реакторе. К нежелательным условиям, которые могут возникнуть в реакторе, относится, например, образование в нем зон, в которых концентрация воспламеняющихся или взрывоопасных веществ превышает допустимые пределы, зон со слишком низкой или слишком высокой концентрацией одного или нескольких реагентов или катализатора, зон с ненормальным режимом течения, в частности застойных зон, и/или зон местного перегрева или недогрева. Альтернативно этому или в дополнение к этому результаты моделирования, полученные до факти-3 012765 ческого возникновения в реакторе спрогнозированных условий, позволяют оператору или системе управления процессом оптимизировать реакционные условия в зависимости от любых изменений в характеристиках исходного материала. В этом первом варианте осуществления изобретения данные об исходном материале могут содержать, например, информацию о расходе и составе всех подаваемых в реактор потоков исходного материала, включая все циркулирующие потоки. Так, например, состав потоков "свежих" исходных материалов можно определять заблаговременно до их попадания в реактор путем соответствующего анализа в резервуарах для хранения исходных материалов или в подводящих трубопроводах, а состав любых циркулирующих потоков можно определять заблаговременно до их повторного попадания в реактор путем соответствующего анализа в циркуляционном контуре. В другом варианте состав любых циркулирующих потоков можно также определять непосредственно на основании результатов моделирования. В этом первом варианте осуществления изобренения данные, вводимые в построенную ВГДметодами модель, могут содержать также информацию о других переменных параметрах процесса, например об активности катализатора, включая любые возможные ее изменения, связанные, например, с его дезактивацией или добавлением свежего катализатора, а также о его температуре и давлении. Так,например, расчет активности катализатора может основываться на предсказанной скорости его дезактивации и/или запланированном добавлении свежего катализатора, а расчет температуры и давления катализатора могут основываться на запланированных или предсказанных изменениях условий процесса,например, на увеличении температуры для компенсации дезактивации катализатора. Во втором предпочтительном варианте осуществления изобретения первым процессом является процесс перемешивания в соответствующем смесителе. В этом втором варианте выходящий из смесителя поток предпочтительно является исходным материалом, подаваемым во второй процесс, условия протекания которого можно оптимизировать в зависимости от состава материала, отбираемого из смесителя. В этом примере выходные данные моделирования должны предоставляться в распоряжение оператора или поступать в автоматизированную систему управления процессом до того, как отбираемый из смесителя материал определенного состава попадет во второй процесс, чтобы оператор или система управления процессом могли оптимизировать условия протекания второго процесса с учетом полученной информации о свойствах выходящего из смесителя материала до момента его поступления во второй процесс. В качестве примера смесителя во втором варианте осуществления изобретения можно назвать резервуар для хранения еырой нефти, а в качестве примера второго процесса - перегонку нефти на соответствующей нефтеперегонной установке. Нефтеперегонные установки являются неотъемлемой частью нефтеперерабатывающих заводов. Сырая нефть подается в такие установки из одного или нескольких резервуаров для ее хранения, в которые в свою очередь сырая нефть поступает периодически, например, из танкеров или из нефтепроводов. Обычно одну нефтеперегонную установку соединяют с несколькими резервуарами для хранения сырой нефти. Вместимость каждого резервуара для хранения сырой нефти обычно может достигать 100000 м 3. Сырую нефть перед ее подачей из резервуара для ее хранения в нефтеперегонную установку иногда подвергают предварительной обработке, например, обессоливанию. Обычно, однако, резервуар для хранения сырой нефти невозможно опорожнить полностью, и поэтому в нем всегда остается некоторое количество сырой нефти, объем которой в некоторых случаях может достигать 20% от максимальной вместимости резервуара для хранения сырой нефти. Частично опорожненный резервуар затем снова полностью заполняют свежей сырой нефтью, например, из танкера. Поскольку вновь заливаемая в резервуар сырая нефть может существенно отличаться от оставшейся в нем нефти как по своим химическим свойствам, например по составу углеводородов и содержанию воды, так и по своим физическим свойствам,таким как вязкость и плотность, общие и частные свойства находящейся в резервуаре сырой нефти будут напрямую зависеть от соотношения объемов и свойств оставшейся в резервуаре нефти и "свежезалитой" в него сырой нефти. Свойства сырой нефти имеют важное значение, поскольку на их основании можно оптимизировать работу нефтеперегонных колонн. Обычно предполагается, что в резервуаре для хранения сырой нефти оставшаяся в нем нефть полностью перемешивается со "свежезаливаемой" в него сырой нефтью с образованием полностью однородной по своему составу нефти. Фактически же даже при перемешивании нефти непосредственно в резервуаре для ее хранения состав находящейся в нем нефти может существенно варьироваться по его объему. Поэтому с течением времени состав подаваемой в нефтеперегонную колонну нефти может меняться, и ее перегонка в колонне может протекать в неоптимальных условиях. При осуществлении предлагаемого в изобретении способа в построенную ВГД-методами модель резервуара для хранения сырой нефти в качестве исходных данных вводят описывающую определенные свойства сырой нефти информацию, такую как ее общий объем, расход, химический состав, плотность и вязкость. Построенная ВГД-методами модель уже содержит информацию об определенных параметрах сырой нефти, оставшейся в резервуаре для ее хранения (полученную при моделировании, основанном на предшествующем заполнении и опорожнении резервуара для хранения сырой нефти), и вычисляет свой-4 012765 ства сырой нефти в разных точках резервуара для ее хранения. Полученную в результате такого моделирования "карту свойств" регулярно обновляют, например каждый промежуток времени продолжительностью от нескольких минут до одного часа, по мере добавления в резервуар "свежей" сырой нефти (процесс заполнения резервуара свежей сырой нефтью из танкера может длиться 24 ч или дольше) или в результате перемешивания сырой нефти, заливаемой в резервуар, с оставшейся в нем нефтью (которое происходит хотя бы раз по завершении процесса заливки свежей сырой нефти в резервуар для ее хранения и по мере отбора сырой нефти из резервуара для ее хранения). Для перемешивания нефти в резервуаре для ее хранения можно использовать установленные сбоку на входе в него мешалки, модели которых и производительность которых можно включить в общую, построенную ВГД-методами модель. В этом варианте модель, вычисляя "карту свойств" сырой нефти в момент ее отбора из резервуара для ее хранения и подачи в нефтеперегонную колонну, а также при последующей подаче из резервуара для ее хранения, позволяет тем самым спрогнозировать возможные изменения свойств подаваемой в нефтеперегонную колонну сырой нефти во времени. Наличие такой "карты свойств", отражающей происходящее во времени изменение свойств сырой нефти, позволяет регулярно оптимизировать работу нефтеперегонной колонны. Так, например, если известно, что в момент времени t0 в резервуар для хранения сырой нефти будет закачано в течение х часов с определенным расходом определенное количество свежей сырой нефти, то построенную ВГДметодами модель можно использовать для предсказания до истечения х часов состояния смеси в резервуаре для хранения сырой нефти по истечении х часов. Ранее сделать подобное предсказание или провести соответствующие расчеты с использованием методов вычислительной гидродинамики было невозможно. Предлагаемый в изобретении способ исключает необходимость в проведении каких-либо дополнительных измерений состояния сырой нефти, находящейся в резервуаре для ее хранения, или необходимость в корректировке модели после ввода в нее начальных данных. Этим предлагаемый в изобретении способ принципиально отличается от предложенного в ЕР 398706 способа, в соответствии с которым вычислительные методы используют для расчета одной характеристики системы в момент времениt0 (в частности, среднечисленной и средневзвешенной молекулярной массы) по измеренным в тот же момент времени t0 значениям другой характеристики (например, падения давления). Иными словами, предложенный в ЕР 398706 способ не позволяет предсказать требуемый параметр системы до фактического наступления соответствующего события и до проведения соответствующих измерений. Предлагаемый в изобретении способ можно использовать не только применительно к описанному выше "периодическому" процессу, в ходе которого опорожнение и заполнение резервуара для хранения сырой нефти происходит в периодическом режиме, но и применительно к полунепрерывному или непрерывному процессу, когда, например, одновременно с подачей сырой нефти в резервуар для ее хранения происходит отбор из него нефти в нефтеперегонную колонну. В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения параллельно выполняют две, а в некоторых случаях и более двух построенных ВГД-методами моделей. В этом варианте на первой модели получают информацию о фактическом состоянии и характеристиках первого процесса в определенный момент времени, а вторую модель используют для моделирования процесса и управления им. Первая модель, в которую в качестве исходных вводятся данные из имеющейся системы управления установкой, моделирует условия в первом процессе максимально близко к "фактическому" времени, т.е. непосредственно в момент возникновения этих условий. Первая модель не используется непосредственно для управления процессом, а используется для получения данных,которые в качестве исходных вводятся во вторую (прогнозирующую) модель, которая более подробно описана ниже. Первую модель можно также использовать в качестве "контролирующей качество" модели для проверки точности прогноза, выданного второй моделью. Первую и вторую модели можно дополнительно уточнять путем их "обучения" на основе любых возникающих отклонений. Вторую модель используют, как указано выше, для моделирования процесса и управления им, вводя в нее текущие свойства, предпочтительно полученные в результате их расчета первой моделью, и данные об исходных материалах. На основании такой информации вторая модель в реальном масштабе времени моделирует одно или несколько свойств первого процесса и описанным выше образом использует результаты моделирования для управления первым процессом или вторым процессом, с которым связан первый процесс. Построенную ВГД-методами модель можно связать с другими моделями для вычисления тех или иных конкретных свойств, например, можно связать с моделями, описывающими термодинамику процесса и протекающие в нем реакции, для предсказания определенных физических свойств и составов компонентов. Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемый чертеж и проиллюстрировано на примере его возможного осуществления. На прилагаемом к описанию чертеже показана схема процесса перемешивания сырой нефти, которая находится в предназначенном для ее хранения резервуаре, по мере добавления в него свежей сырой нефти. Резервуар для хранения сырой нефти имеет расположенный у его днища обращенный в радиальном направлении входной патрубок 1, через который в резервуар заливается свежая сырая нефть, и также-5 012765 расположемый у днища резервуара под углом 90 к входному патрубку выходной патрубок 2, через который из резервуара отбирается нефть. Пример 1. Рассматриваемая в этом примере построенная методами вычислительной гидродинамики модель служит для пространственного, зависящего от времени моделирования процесса перемешивания нефти в крупном резервуаре для ее хранения с использованием в качестве программы для ВГД-моделирования программного продукта Fluent версии 6.1. При моделировании предназначенного для хранения нефти резервуара диаметром 80 м и высотой 17 м, схематично показанного на прилагаемом к описанию чертеже, предполагалось, что количество заливаемой в него нефти равно количеству отбираемой из него нефти и что поэтому он всегда остается полным. При необходимости путем соответствующего изменения вычислительной сетки можно допускать возрастание и падение уровня находящейся в резервуаре нефти, происходящее при его заполнении,соответственно опорожнении. Диаметр обоих - входного и выходного - патрубков составлял по 0,6 м. Для более эффективного перемешивания нефти в резервуаре для ее хранения использовали установленное на входе в резервуар сопло. Вычислительная сетка модели состояла из 96000 ячеек с номинальным объемом 1 м 3, расположенных в центральной части резервуара, и ячеек меньшего объема, расположенных у входа в резервуар и выхода из него. Модель выполняли в непрерывном режиме и обновляли ее исходные данные через каждые 10 с. Сначала резервуар заполняли только нефтью-а с вязкостью 10 сантипуаз (сП) и удельной массой 0,8. В момент времени t=0 мин в резервуар через входной патрубок 1 со скоростью 10 м/с (что соответствует расходу примерно 2500 кг/с) начинали заливать нефть-с с вязкостью 400 сП и удельной массой 0,9. Через 330 мин подачу нефти-с в резервуар прекращали и начинали подавать в него через входной патрубок 1 нефть-а со скоростью 10 м/с. На прилагаемом к описанию чертеже показан состав находящейся в резервуаре нефти, определяемый с интервалом в 100 мин. В начальный момент времени в резервуаре находилась только нефть-а. Затем в резервуар через входной патрубок 1 начинали подавать нефть-с, по мере поступления которой в резервуар состав находящейся в нем нефти изменялся с соответствующим увеличением в ней средней массовой доли нефти-с,о чем свидетельствуют приведенные на чертеже графики для моментов времени, равных 100, 200 и 300 мин после начала подачи нефти-с в резервуар. Однако, как следует из прилагаемого к описанию чертежа,нефть-с перемешивалась с нефтью-а неравномерно, и поэтому в объеме нефти-а образовывались зоны с более высокой концентрацией в них нефти-с. В момент времени t = 400 мин в резервуар через входной патрубок начинали подавать в качестве исходного материала нефть-а, которая также неравномерно смешивалась с уже находящейся в резервуаре нефтью. Подобное неравномерное перемешивание нефти подтверждается также приведенной ниже таблицей, в которой приведены значения средней концентрации нефти-а в резервуаре и ее фактической концентрации в выходном патрубке 2, полученные по результатам моделирования, проиллюстрированного на прилагаемом к описанию чертеже. Таблица Из приведенных в таблице данных следует, что результаты моделирования позволяют рассчитывать состав нефти в выходном патрубке 2 во времени и "в реальном масштабе времени" и при необходимости использовать полученные данные для управления переработкой нефти на последующих стадиях второго процесса, в который смешанная нефть подается из резервуара через его выходной патрубок, например,подается на перегонку в соответствующую установку, и внесения изменений во второй процесс еще до поступления в него сырой нефти. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ управления процессом, таким как процесс смешивания в смесительном резервуаре или реакция с участием одного или более реагентов в реакционном резервуаре, заключающийся в том, что: а) с использованием методов вычислительной гидродинамики создают модель первого процесса,б) в созданную с использованием методов вычислительной гидродинамики модель вводят данные о-6 012765 подаваемом в этот первый процесс исходном материале, характеризующие ситуацию в начальный момент времени t0, в результате чего модель моделирует в реальном масштабе времени одно или несколько свойств процесса в будущий момент времени t1, и в) результаты моделирования используют для управления первым процессом или вторым процессом, с которым связан первый процесс. 2. Способ по п.1, в котором первый процесс связан со вторым процессом выходящим из резервуара потоком, представляющим собой исходный материал, подаваемый во второй процесс. 3. Способ по п.1 и 2, в котором первый процесс представляет собой процесс смешивания в смесительном резервуаре. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором в качестве исходного материала в первый процесс подают один или более типов сырой нефти, а в качестве смесительного резервуара используют резервуар для хранения сырой нефти. 5. Способ по п.4, в котором первый процесс смешивания связан со вторым процессом - перегонкой сырой нефти на соответствующей нефтеперегонной установке. 6. Способ по п.1 или 2, в котором первый процесс представляет собой химическую реакцию с участием одного или более реагентов, протекающую в соответствующем реакторе. 7. Способ по п.6, в котором реактор первого процесса содержит катализатор. 8. Способ по п.6 или 7, в котором в первом процессе осуществляют подачу циркулирующего потока в реактор. 9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором моделирование выполняют непрерывно или периодически для моделирования в реальном масштабе времени одного или нескольких свойств первого процесса для будущих моментов времени t2, t3 и т.д., контролируя таким путем процесс и управляя им во времени. 10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором свойства первого процесса выбирают среди одного или нескольких свойств из группы, включающей химический состав, плотность и вязкость. 11. Система управления процессом, таким как процесс смешивания в смесительном резервуаре или реакция с участием одного или более реагентов в реакционном резервуаре, содержащая: а) компьютер, запрограммированный на выполнение построенной методами вычислительной гидродинамики модели первого процесса,б) систему ввода, предназначенную для ввода в созданную с использованием методов вычислительной гидродинамики модель данных о подаваемом в этот первый процесс исходном материале, характеризующих ситуацию в начальный момент времени t0, в результате чего модель моделирует в реальном масштабе времени одно или несколько свойств процесса в будущий момент времени t1, и в) контроллер, срабатывающий в ответ на результаты моделирования и использующий их для управления первым процессом или вторым процессом, с которым связан первый процесс. 12. Система п.11, в которой контроллер (в) управляет вторым процессом, с которым связан первый процесс, выходящий поток которого представляет собой исходный материал, подаваемый во второй процесс. 13. Система п.11 или 12, в которой первый процесс представляет собой процесс перемешивания в соответствующем смесительном резервуаре. 14. Система по п.13, в которой смеситель представляет собой резервуар для хранения сырой нефти,а вторым процессом является ее перегонка на соответствующей нефтеперегонной установке. 15. Система по п.11 или 12, в которой первый процесс представляет собой реакцию с участием одного или более реагентов, протекающую в соответствующем реакторе.

МПК / Метки

МПК: G05B 17/02, G05B 23/02

Метки: способ, процесса, контроля, управления

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/9-12765-sposob-kontrolya-processa-i-upravleniya-im.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ контроля процесса и управления им</a>

Похожие патенты