引入环境成本的石化企业蒸汽动力系统多周期运行优化

石化企业的蒸汽动力系统(SPS)既是企业中的耗能大户,也是产生污染物的主要来源。为了满足石化企业工艺过程对蒸汽和电力不断变化的要求,实现企业节能降耗的目的,必须保证蒸汽动力系统在最优的状态下运行,同时考虑蒸汽系统对人类赖以生存的环境造成的影响。针对以上问题,提出了包括设备维护、转运费用和环境成本的混合整数非线性规划(MINLP)模型。利用改进的粒子群算法对其求解,并通过实例证明了利用该模型使用改进的PSO算法能很快得到最优的方案。将环境成本作为石油化工企业蒸汽动力系统运行总成本的一部分,虽然增加了企业的总运行成本,但对环境保护问题和经济社会全面协调可持续发展有着非常重要的意义。     

炼化一体化项目多个相互连接蒸汽动力系统设计优化

在炼化一体化项目中,有一个动力中心(CUS , centralized utility system)用来集成各生产装置蒸汽需求,还有两个分别位于炼厂和乙烯厂中的子蒸汽动力系统(SUSs, sub-utility systems)为工艺过程提供驱动力。SUSs的结构和操作条件会影响炼油和乙烯装置的蒸汽需求,因此很难确定CUS的蒸汽产量。为了探究CUS和SUSs间复杂的相互影响,本文提出了一个混合整数非线性规划模型(MINLP, mixed-integer nonlinear programming),以实现多个相互连接蒸汽动力系统设计优化,从而降低系统年度总费用(TAC, total annualized cost)。本文还建立了一个包含CUS和SUSs厂间蒸汽连接管道的超结构,同时提出了一个更准确的复杂蒸汽透平模型。将本文建立的MINLP模型用于某新建炼化一体化项目。为探究蒸汽主管温度对系统结构和操作条件的影响,研究了两个不同场景下的案例。通过优化主管温度,使系统TAC降低了$2,700,000。从优化结果可知,本文建立的优化模型可以有效解决多个相互连接蒸汽动力系统设计优化问题。     

蒸汽管网优化系统应用

为了优化蒸汽管网运行,结合管网运行现状,建立了运行数学模型,开发了YS-PROSS蒸汽管网模拟优化系统;并基于系统模型对"冬季炼油厂低压蒸汽压力低,中压蒸汽减温减压量大"的问题进行了分析,提出了优化方案,为蒸汽管网的节能优化工作提供依据。     

低碳背景下蒸汽动力系统多周期运行优化

 为了实现石化企业碳减排的目标,达到企业节能降耗的目的,提出了以CO₂排放量最少为第一层次、系统运行费用最低为第二层次的蒸汽动力系统多周期运行优化模型。根据模型的特点,采用分步求解的策略,首先确定燃料的种类,然后使用改进的粒子群算法对其优化求解。通过实例证明该模型的正确性和求解策略的有效性,可很快地得到包括电能的输入、输出和蒸汽动力系统多周期运行的最优方案,并比较了模型不同时燃料的优化选择。     

参数不确定性条件下蒸汽动力系统的运行优化

 参数的不确定性贯穿蒸汽动力系统运行操作的整个过程是蒸汽动力系统的重要特征,正确处理系统的不确定性因素对于实际系统运行方案的可操作性和经济性具有决定性的影响。分析了蒸汽动力系统运行层次的不确定性因素,针对参数不确定性问题直接建模求解困难的问题,提出了将不确定性参数在其可行域内进行离散化,将不确定性问题转化为确定性问题的方法;建立了不确定性条件下蒸汽动力系统多周期运行优化的混合整数线性规划（MILP）模型;采用提出的问题处理策略分析案例,得到了经济性和可操作性都较好的运行计划方案,证明了模型的可行性和合理性。通过模型计算还能得到运行费用同系统参数不确定性水平之间的关系,进一步为企业运行计划人员提供定量的计划调度指导。     

基于混合优化算法的多杂质废水回用网络的优化设计

废水回用网络(Wastewater reuse network，WWRN)的优化设计是过程工业减少废水产生的关键所在。设计中所面临的主要困难是如何建立一个有效的过程流程，使水流股能进行有效的分配，同时保证清洗的质量。笔者提出了多杂质WWRN的有效优化设计方法，建立了多杂质WWRN的混合整数非线性规划(MINLP，Mixed integer nonlinear programming)超结构模型。由于MINLP问题求解困难，因此采用了自适应模拟退火遗传算法进行求解。该混合算法不仅克服了一般算法求解过程难于收敛或容易陷入局部最优的缺陷，而且自适应调整步长和交叉及变异概率的策略提高了算法的计算效率。对实例的研究结果表明，该混合算法能找到全局最优解，且计算时间可满足要求，另外，该算法也不要求提供初始可行解。     

大型石化企业蒸汽动力系统运营优化

针对大型石化企业蒸汽动力系统（SPS）具有多个动力产汽点且距离较远、各动力产汽点产供汽参数和成本不同的特点,在传统SPS能量转换环节运营优化的基础上,提出SPS能量转换环节和传输环节集成优化的策略,建立大型石化企业SPS能量转换环节和能量传输环节集成运营优化的混合整数线性规划（MILP）模型;对某大型石化企业蒸汽动力系统建立模型并求解得到了产汽成本和传输费用综合最优的优化运营方案,与原有的计划运行方案相比,优化运营方案可节约运行成本2.8%。     

石油化工企业蒸汽动力系统优化改造的投资决策

利用过程能量综合技术对蒸汽动力系统的优化改造进行研究 ,提出了蒸汽动力系统的优化策略 ,建立了以总运行费用最小为投资决策目标函数的系统软件模型 ,基于MS Excel 2 0 0 0的软件开发平台 ,开发了蒸汽动力系统优化求解的计算机软件。以某石油化工企业蒸汽动力系统改造的投资决策为例 ,通过有效的计算机辅助分析手段 ,对各种投资方案进行综合评价 ,为进行正确决策提供科学依据。     

多源单汇多批次顺序输送管道调度优化

多源单汇管道系统可用于油田烃液、成品油、原油等的多批次顺序输送,是经济有效的输送模式之一。国内外学者对该种输送模式下批次调度优化做了一些研究,但目前并无模型及算法可以有效解决水力与调度非线性耦合、多源点同时注入的批次界面跟踪等问题。针对多源单汇多批次顺序输送管道,考虑源点外输模式、批次运移、新批次注入、罐存、流量以及水力等约束条件,以运行过程中泵的运行费用、启停泵成本及掺混成本最小作为多目标函数,建立混合整数非线性规划模型(MINLP),并选用优先级算法对模型进行求解。以多源单汇多批次顺序输送油田烃液管道为算例,建立了长期规划模型并求解,计算用时4.58 s,计算结果符合现场操作工艺。     

热油管道稳态运行的两级递阶优化模型

长输热油管道实现最优化运行的目的是降低输油能耗。本文在对长输热油管道的运行过程进行系统分析的基础上,利用大系统的分解原则建立了一个稳态优化运行的两级递阶模型。该模型由两级子模型构成:(1)泵组合与管路最优匹配子模型;(2)输油温度优化子模型。模型求解的算法已被编成计算机程序,它适用于一般长输热油管道。文中给出了数值计算实例。最后对模型、算法及最优解进行了讨论。     

蒸汽管网智能监测系统的模拟应用

蒸汽管网智能监测系统可以对蒸汽管网的参数进行实时监测,并通过建立管网数学模型对蒸汽管网进行模拟计算。将该监测系统应用于中化泉州石化有限公司中压蒸汽管网,选取动力站供汽量为－30～60 t/h和30～90 t/h两种工况下对关键装置透平供汽量及进汽温度进行模拟分析,解决了部分装置透平进汽温度低的问题;提出了新增透平来消化富余蒸汽和稳定中压管网的途径,并模拟出新增透平的最佳位置在靠近催化裂化装置处,实现了整个蒸汽系统的节能优化和安全稳定运行。     

基于滚动时域分解策略的原油混输调度模型

为了解决单一完整数学规划模型无法快速编制出包含复杂约束原油储运方案的问题,考虑长输管线入线、出线油种不同步,码头储罐部分原油需经转油线、中转罐后才能到达厂区等约束,提出了一个新的连续时间混合整数线性规划(Mixed Integer Liner Programming, MILP)模型。该模型为避免产生非线性约束,以固定原油调合配比为基础,限制混合原油的质量。采用滚动时域分解策略对模型进行分步求解,在简单分解的基础上添加辅助时间片段和安全保障约束,从而保证了分解模型的可行性和优化性。以中国某沿海企业的原油调度问题为例,评估模型的可行性、优化性和计算性能,结果表明,滚动时域模型在短时间内编制出了优化的储运方案,能够用于长周期、大规模原油调度问题的解决。     

求解天然气管网运行优化问题的TDDP算法

由于天然气管网运行优化问题的非线性和非凸性,且包含了管道流量和节点压力这两种连续变量,使得求解该问题非常困难。由于动态规划算法(DP)以及由其改进形成的非序列动态规划算法(NDP)对问题的非线性和非凸性不敏感,并且可以得到全局最优解,因而得到了广泛的应用。但是DP算法只能求解长输管道运行优化问题,NDP算法虽然可以求解天然气管网运行优化问题,但是受到管网拓扑结构的限制。在分析DP和NDP算法本质的基础上,文章提出了一种基于树分解的动态规划算法(TDDP),即利用树分解先将原问题划分成为若干互相关联的子问题,再利用DP算法求解子问题。通过与遗传算法的对比,TDDP算法具有较高的计算效率和结果最优性。     

川西天然气集输管网系统最优规划研究

川西天然气集输管网系统庞大而复杂，而管网最优规划是在气田开发地面工程建设中必须首先解决的问题，它不仅涉及到从井口到一级集气站，从一级集气站到二级集气站等的管网布置，还涉及到各级和各个集气站的布局。文章针对效益和费用两个目标，建立了川西集输管网系统最优规划的数学模型，并应用资源优化ReO软件进行了仿真计算，得出了川西管网的最优规划方案。该管网系统最优规划研究成果，不仅适用于新建天然气管网系统，还适用于已建管网系统的评价和改造。     

西部天然气管网稳态运行优化研究

基于现场报表数据反算校验的西部天然气管网SPS仿真模型,通过不同流量与运行压力级制分类搭建了管网运行方案库。结合深度学习模型对方案库数据进行训练与特征提取,建立了一种新的管网水力计算与压气站配置方法,在保证计算精度的基础上提高了大型天然气管网运行优化计算效率。利用动态规划算法对压气站最优出站压力变量进行选择,管网流量分配原则为系统总能耗最小。所建立的管网稳态运行优化模型同时具备计算的高效性与准确性,基于该优化模型编制了西部天然气管网稳态运行优化软件V1.0,经过现场实测数据验证,模型优化结果可以显著降低管网运行能耗,可为西部天然气管网的运行与调度提供有效参考。     

炼油企业生产计划与公用工程多周期集成优化研究

炼油企业通常由生产过程和公用工程两部分组成。将生产计划和公用工程集成优化，不仅获得了真正的全局最优解，而且克服了传统生产计划人为制定生产过程与公用工程之间中间物流（各压力等级的蒸汽、瓦斯等）价格的缺陷，避免了蒸汽减温、减压和放空，以及炼厂气放空的经济损失和环境破坏。笔者首先采用IDEFO方法建立了生产计划与公用工程的功能模型，描述了两者之间的相互关系，然后建立了生产计划与公用工程集成的多周期混合整数线性规划模型。模型描述了装置能耗不仅与加工量相关，而且与装置的生产方案相关，更真实地反映了生产过程与能量系统之间的定量关系。还对模型进行了全厂范围内各压力等级蒸汽和燃料的平衡。笔者将建立的全厂多周期优化模型应用于中国北方的某大型炼油厂。验证了模型的有效性。     

蒸汽吞吐井注采参数优化设计

此项研究将地面、井筒和地层作为一个整体系统,采用节点分析方法,建立并求解了地面管线、井筒和地层的蒸汽吞吐注采系统的组合模型。同时,采用模拟退火优化方法,提出了蒸汽吞吐井注采参数整体优化设计方法。应用结果表明,用此方法优化蒸汽吞吐井各周期注采参数可大幅度提高蒸汽吞吐井的热能利用率,改善稠油油藏蒸汽吞吐开采效果。     

基于动态规划和黄金分割法的环状天然气管网运行优化

目前中国天然气管道主干线已经相互联接,形成了环套环的大型复杂天然气管网,随着各压气站燃驱压缩机组的增加,如何实现管网的稳态优化运行已成为一个技术难题。为此,在同时考虑管网中环状结构和枝状结构对于管道流量分配的影响,以及燃驱机组耗气量对管道内流量影响的基础上,结合管网模型分割思路,将黄金分割算法与动态规划算法进行融合,形成了改进后的动态规划和黄金分割混合算法。以华北地区某环状管网为案例的计算结果表明:(1)管网运行优化数学模型比单线管道模型增加了管道内过流量、燃驱耗气量等变量,进一步加大了管网模型的求解难度;(2)混合算法能够有效地对运行燃驱和电驱压缩机机组的包含环状和枝状小型管网的稳态运行优化数学模型进行求解;(3)混合算法的优化方案能提高管网压气站的出口压力、提高机组的运行效率,降低系统的功率消耗、减少系统能耗,同时增加管网的管存量,提供了管网额外的应急资源。结论认为,混合算法有效地破解了复杂管网优化技术难题,可以为当前中国大型天然气管网稳态运行优化提供参考。