一种煤化学链气化复杂风险计算方法及动态控制系统技术方案

本发明专利技术提出了一种煤化学链气化复杂风险计算方法一种煤化学链气化复杂风险计算方法及动态控制系统，涉及化工安全分析领域，对煤化学链气化系统进行建模，得到煤化学链气化系统模型；基于煤化学链气化系统模型，构建煤化学链气化系统复杂网络图，通过复杂网络理论进行定量分析，计算关键变量的综合评价准则值；利用复杂风险计算方法，计算煤化学链气化系统的单元风险值；基于煤化学链气化系统模型和单元风险值，对煤化学链气化系统进行动态模拟，优化控制结构，确保温度和压力安全稳定；本发明专利技术通过过程建模为复杂风险计算和动态仿真提供基础数据，根据复杂风险计算方法确定五个单元的风险值，以支持动态模拟，采用动态模拟与SIL相结合的方法对煤化学链气化系统的安全控制进行研究。制进行研究。制进行研究。

【技术实现步骤摘要】
一种煤化学链气化复杂风险计算方法及动态控制系统


[0001]本专利技术属于化工安全分析领域，尤其涉及一种煤化学链气化复杂风险计算方法及动态控制系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]化工生产过程工艺路线复杂，反应条件苛刻，含有易燃易爆危险化学品，安全风险高，发生事故人员伤亡和财产损失严重；尽管化工事故的下降趋势有所减缓，但仍需要在先进的安全理论和控制技术上不断创新，以确保大型化工装置的平稳运行；煤化学链气化系统(CCLGS)是典型的煤化工生产工艺之一，主要由干燥器、热解器、分解器、燃料反应器(FR)、空气反应器(AR)五个单元组成，利用载氧体向FR连续提供氧气和热量，生产高纯度合成气；考虑到整个过程涉及高温、高压和催化剂，且以上各单元之间联系紧密，因此以CCLGS为研究对象开展安全控制研究势在必行。
[0004]化工过程流程模拟作为计算机化工应用中最成熟的技术之一，经常被用来完成化工过程和设备的计算、设计、经济评价、运行仿真、优化分析和故障诊断；目前，化工过程模拟技术的进展、应用和发展趋势也越来越受到众多学者的关注；在流程模拟的基础上，利用复杂网络理论作为中间枢纽计算CCLGS风险值是可行的；复杂网络理论是从物理网络中抽象出来的一种研究工具，在化学、材料、生物等许多学科中都有广泛的应用；复杂网络作为复杂科学的一个重要研究分支，已成为研究的热点；复杂网络的一般原理是通过定量分析来分析一个节点相对于其他节点的重要性；目前，风险分析方法一般分为定性分析、定量分析和综合分析。定量分析方法主要有模糊综合评价、层次分析、蒙特卡罗模拟、控制区间记忆模型、风险图、道化学火灾爆炸指标评价等。
[0005]在进行风险计算之后，由于实际的化工装置是实时运行的，因此需要采用动态控制分析策略来保证整个系统的安全；动态仿真由于在系统中引入了时间变量，因此被广泛用于维持系统的正常运行和设定点；随着化工工业的快速发展，化工厂规模大、集成度高，对各种控制器的安全评价需求越来越大；安全完整性水平(SIL)是功能安全的一种重要的控制器安全分析方法，特别是针对煤化工行业，由于其工艺流程复杂，操作条件严格，产品易燃易爆，迫切需要SIL评价；因此，SIL广泛应用于煤化工行业以保护人类、环境和设备免受因泄漏而引起的高压、高液位、爆炸等危险危害。
[0006]综上所述，亟需一种综合安全控制策略，以流程建模和复杂风险计算为基础，建立动态安全控制系统，进行SIL分析，为大型化工装置的安全平稳运行做出保障。

技术实现思路

[0007]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种煤化学链气化复杂风险计算方法一种煤化学链气化复杂风险计算方法及动态控制系统，以实现CCLGS过程的安全平稳生产；
通过过程建模为复杂风险计算和动态仿真提供基础数据，根据复杂风险计算方法确定五个单元的风险值，以支持动态模拟，采用动态模拟与SIL相结合的方法对煤化学链气化系统的安全控制进行研究。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0009]本专利技术第一方面提供了一种煤化学链气化复杂风险计算方法；
[0010]一种煤化学链气化复杂风险计算方法，包括：
[0011]对煤化学链气化系统进行建模，得到煤化学链气化系统模型；
[0012]基于煤化学链气化系统模型，构建煤化学链气化系统复杂网络图，通过复杂网络理论进行定量分析，计算关键变量的综合评价准则值；
[0013]利用复杂风险计算方法，计算煤化学链气化系统的单元风险值；
[0014]基于煤化学链气化系统模型和单元风险值，对煤化学链气化系统进行动态模拟，优化控制结构，确保温度和压力安全稳定。
[0015]进一步的，所述煤化学链气化系统，由干燥器、热解器、分解器、燃料反应器和空气反应器五个单元组成；
[0016]所述建模，包括组分定义、流程搭建、参数设置以及灵敏度分析；
[0017]所述干燥器和热解器由Yield反应器建模，所述分解器由化学计量反应器建模，所述燃料反应器和空气反应器由Gibbs反应器建模。
[0018]进一步的，所述构建煤化学链气化系统复杂网络图，具体为：
[0019]对煤化学链气化系统模型进行灵敏度分析，构建以变量为节点的邻接矩阵；
[0020]以邻接矩阵为基础，建立煤化学链气化系统复杂网络图。
[0021]进一步的，所述通过复杂网络理论进行定量分析，计算关键变量的综合评价准则值，具体为：
[0022]基于煤化学链气化系统复杂网络图，计算每个节点的度中心性、中介中心性、接近中心性和特征向量中心性的评价指标值；
[0023]基于评价指标值，构建结构决策矩阵；
[0024]对结构决策矩阵进行归一化和层次分析，得到结构加权归一化矩阵；
[0025]基于结构加权归一化矩阵，计算最佳解和最差解；
[0026]基于最佳解和最差解，计算变量的综合评价准则值，其中，综合评价准则值越大，变量越关键。
[0027]进一步的，所述计算煤化学链气化系统的单元风险值，具体为：
[0028]计算单元最大物质系数、单元一般风险系数和单元特殊风险系数；
[0029]用关键变量的综合评价准则值，对单元特殊风险系数进行校正；
[0030]通过计算单元最大物质系数、单元一般风险系数和校正后的单元特殊风险系数的乘积，计算五个单元的单元风险值，再进行归一化处理，得到最终的煤化学链气化系统的单元风险值。
[0031]进一步的，基于煤化学链气化系统的单元风险值，判断五个单元的风险等级；
[0032]所述燃料反应器和空气反应器，相较于其他三个单元，风险等级最高。
[0033]进一步的，所述对煤化学链气化系统进行动态模拟，优化控制结构，具体为：
[0034]为煤化学链气化系统模型进行稳态仿真后，进行动态仿真；
[0035]通过添加不同的扰动来测试燃料反应器和空气反应器中关键变量的响应；
[0036]根据扰动测试结果，增加两个压力控制器保持压力稳定。
[0037]本专利技术第二方面提供了一种煤化学链气化复杂风险动态控制系统。
[0038]一种煤化学链气化复杂风险动态控制系统，包括系统建模模块、变量评价模块、风险计算模块和优化控制模块；
[0039]系统建模模块，被配置为：对煤化学链气化系统进行建模，得到煤化学链气化系统模型；
[0040]变量评价模块，被配置为：基于煤化学链气化系统模型，构建煤化学链气化系统复杂网络图，通过复杂网络理论进行定量分析，计算关键变量的综合评价准则值；
[0041]风险计算模块，被配置为：利用复杂风险计算方法，计算煤化学链气化系统的单元风险值；
[0042]优化控制模块，被配置为：基于煤化学链气化系统模型和单元风险值，对煤化学链气化系统进行动态模拟，优化控制结构，确保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤化学链气化复杂风险计算方法，其特征在于，包括：对煤化学链气化系统进行建模，得到煤化学链气化系统模型；基于煤化学链气化系统模型，构建煤化学链气化系统复杂网络图，通过复杂网络理论进行定量分析，计算关键变量的综合评价准则值；利用复杂风险计算方法，计算煤化学链气化系统的单元风险值；基于煤化学链气化系统模型和单元风险值，对煤化学链气化系统进行动态模拟，优化控制结构，确保温度和压力安全稳定。2.如权利要求1所述的一种煤化学链气化复杂风险计算方法，其特征在于，所述煤化学链气化系统，由干燥器、热解器、分解器、燃料反应器和空气反应器五个单元组成；所述建模，包括组分定义、流程搭建、参数设置以及灵敏度分析；所述干燥器和热解器由Yield反应器建模，所述分解器由化学计量反应器建模，所述燃料反应器和空气反应器由Gibbs反应器建模。3.如权利要求2所述的一种煤化学链气化复杂风险计算方法，其特征在于，所述构建煤化学链气化系统复杂网络图，具体为：对煤化学链气化系统模型进行灵敏度分析，构建以变量为节点的邻接矩阵；以邻接矩阵为基础，建立煤化学链气化系统复杂网络图。4.如权利要求1所述的一种煤化学链气化复杂风险计算方法，其特征在于，所述通过复杂网络理论进行定量分析，计算关键变量的综合评价准则值，具体为：基于煤化学链气化系统复杂网络图，计算每个节点的度中心性、中介中心性、接近中心性和特征向量中心性的评价指标值；基于评价指标值，构建结构决策矩阵；对结构决策矩阵进行归一化和层次分析，得到结构加权归一化矩阵；基于结构加权归一化矩阵，计算最佳解和最差解；基于最佳解和最差解，计算变量的综合评价准则值，其中，综合评价准则值越大，变量越关键。5.如权利要求2所述的一种煤化学链气化复杂风险计算方法，其特征在于，所述计算煤化学链气化系统的单元风险值，具体为：计算单元最大物质系数、单元一般风险系数和单元特殊风险系数；用关键变量的综合评价准则值，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔哲，刘彬，孙素莉，田文德，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：