Оптимизация процесса очистки многокомпонентного сырьевого газа (Sweetening Process) с использованием гибридной платформы Aspen HYSYS и MATLAB

• Какая задача решалась: На газоперерабатывающих заводах кислые газы из разных источников направляются на одну установку очистки. Требовалось создать суперструктуру процесса, оптимизировать потребление энергии и повысить чистоту $H_2S$. Однако использование строгих моделей на основе скоростей реакций (rate-based) в Aspen HYSYS вызывало серьезные проблемы: встроенный алгоритм колонны периодически снижал точность решения для принудительного обеспечения сходимости, что порождало "численный шум" (numerical noise). Из-за этого градиентные встроенные оптимизаторы HYSYS отказывались работать (невозможность вычислить точные производные) [cite: 2].

• Используемый софт/версия: Aspen HYSYS v11, термодинамический пакет Acid Gas, MATLAB R2018a (как внешний решатель) [cite: 2].

• Методы и термодинамика: Применялась массообменная модель на основе скоростей (rate-based distillation model). В HYSYS уравнения скорости решаются одновременным методом Ньютона (Newton-based simultaneous correction approach), а равновесная модель используется для начального приближения [cite: 2]. Чтобы обойти проблему сходимости при оптимизации, HYSYS был автоматизирован через MATLAB посредством COM-интерфейса (black-box функция). Для оптимизации использовался беградиентный метаэвристический алгоритм роя частиц (Particle Swarm Optimization, PSO) [cite: 2].

• Как проводилась валидация и решение проблемы сходимости: Ключевое руководство для инженеров: был внедрен метод "ступенчатой корректировки сходимости" (stepwise convergence adjustment) [cite: 2, 9]. Суть метода: если колонна (абсорбер или стриппер) не сходится при заданном наборе переменных, скрипт MATLAB программно ослабляет допуски (tolerances) колонны в HYSYS. После того как колонна сходится на грубых допусках, эти "грязные" результаты используются в качестве начального приближения (initial guess) для следующей итерации, а допуск постепенно ужесточается до целевого значения. Кроме того, использовался последовательный подход: скрипт блокировал запуск расчета стриппера до тех пор, пока полностью не сходился абсорбер [cite: 2].

• Результат: Разработан надежный фреймворк симуляционного моделирования (simulation-based optimization). Была доказана робастность гибридной связки HYSYS+MATLAB для сильно нелинейных абсорбционных систем с ионной термодинамикой, что позволило существенно снизить оптимизационное время и энергозатраты завода [cite: 2, 9].

Источник

Источник

Теги

• #AspenHYSYS
• #Convergence
• #GasSweetening
• #MATLAB
• #Optimization
• #PSO