一种化工流程装置布局多目标优化方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出的是一种化工流程装置布局多目标优化方法，该方法包括：(1)确定化工流程装置布局优化指标并采集化工流程装置的参数信息；(2)设置化工流程装置布局多目标优化的决策变量和约束条件；(3)建立化工流程装置布局多目标优化模型；(4)采用非支配排序遗传算法求解多目标优化模型；本发明专利技术将本质安全指数作为安全指标应用于化工流程装置布局多目标优化模型，获得考虑经济性和安全性的化工流程装置布局方案，实现了化工流程装置布局经济与安全双目标优化。全双目标优化。全双目标优化。

【技术实现步骤摘要】
一种化工流程装置布局多目标优化方法


[0001]本专利技术涉及一种化工流程装置布局多目标优化方法，属于化工过程安全


技术介绍

[0002]化工流程装置布局优化问题定义为满足目标最优条件下，在一定空间范围内确定化工流程装置的最优位置，化工流程装置的最优位置包括化工流程装置单元的中心坐标、方向等；化工流程装置的布局设计既要考虑节省土地、管道材料等成本，又要兼顾降低化工流程装置发生火灾、爆炸甚至引发多米诺效应的风险；在实际的布局设计过程中，化工流程装置安全布局设计主要依赖于各种指令性规范和专家经验，但规范和经验相对笼统，无法准确量化装置间的潜在风险，在一定程度上加剧了事故发生的可能性，无法达到预期的安全目标。
[0003]因此，如果能够为实现化工流程装置布局的本质安全设计提供一种方法依据，对预防化工重大事故的发生将具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出的是一种化工流程装置布局多目标优化方法，其目的旨在实现对化工流程装置布局的本质安全设计，解决化工流程装置安全布局设计必须依赖于各种指令性规范和专家经验的问题。
[0005]本专利技术的技术解决方案：一种化工流程装置布局多目标优化方法，该方法包括：
[0006](1)确定化工流程装置布局优化指标并采集化工流程装置的参数信息；
[0007](2)设置化工流程装置布局多目标优化的决策变量和约束条件；
[0008](3)建立化工流程装置布局多目标优化模型；
[0009](4)采用非支配排序遗传算法(NSGA
‑Ⅱ
)求解多目标优化模型。
[0010]进一步地，所述建立化工流程装置布局多目标优化模型，具体包括：
[0011]3‑
1)计算综合本质安全指数，使综合本质安全指数最大化；
[0012]3‑
2)计算与化工流程装置布局相关的总成本，使总成本最小化。
[0013]进一步地，所述计算综合本质安全指数具体包括：
[0014]3‑1‑
1)评估本质安全措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；
[0015]3‑1‑
2)计算采取本质安全措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数；
[0016]3‑1‑
3)计算第i个化工流程装置单元的最终本质安全指数；
[0017]3‑1‑
4)计算化工流程装置综合本质安全指数；
[0018]所述本质安全措施包括弱化措施、限制影响措施、简化措施；所述评估本质安全措施对第i个化工流程装置单元的适用程度包括：1)评估弱化措施对第i个化工流程装置单元的适用程度，2)评估限制影响措施对第i个化工流程装置单元的适用程度。
[0019]进一步地，所述评估弱化措施对第i个化工流程装置单元的适用程度，具体包括：
[0020][0021]式中，E
a,i
为弱化措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；DHI
option,i
为不考虑被动保护措施，第i个化工流程装置单元的多米诺风险指数；DHI
base option,i
为不考虑被动保护措施，在基本方案中第i个化工流程装置单元的多米诺风险指数；
[0022]所述评估限制影响措施对第i个化工流程装置单元的适用程度，具体包括评估限制多米诺效应措施对第i个化工流程装置单元的适用程度和评估限制目标单元潜在损害措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；
[0023]所述评估限制多米诺效应措施对第i个化工流程装置单元的适用程度，具体包括：
[0024][0025]式中，E
le,i
为限制多米诺效应措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；DHI
’
option,i
为考虑被动保护措施后，第i个化工流程装置单元的多米诺风险指数；DHI
’
base option,i
为考虑被动保护措施后，在基本方案中第i个化工流程装置单元的多米诺风险指数；
[0026]所述评估限制目标单元潜在损害措施对第i个化工流程装置单元的适用程度，具体包括：
[0027][0028][0029][0030]a
i,j.option
＞0或a
i,j.baseoption
＞0时，
[0031][0032]否则E
lu,i
＝0；
[0033]式中，a
i,j.option
为第j个化工流程装置单元被第i个化工流程装置单元损害的危险指数；a
i,j.baseoption
为基本方案中，第j个化工流程装置单元被第i个化工流程装置单元损害的危险指数；A
j,option
为第j个化工流程装置单元的参考指数；A
j,baseoption
为在基本方案中，第j个化工流程装置单元的参考指数；为第i个化工流程装置单元和第j个化工流程装置单元之间的欧几里得距离；DR
i
为第i个化工流程装置单元火灾和爆炸的损伤半径；E
lu,i
为限制目标单元潜在损害措施对第i个化工流程装置单元的适用程度。
[0034]进一步地，所述计算第i个化工流程装置单元的最终本质安全指数，具体包括：
[0035]采用公式(7)计算采取弱化措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数：
[0036][0037]式中，ISI
a,i
为采取弱化措施之后第i个化工流程装置单元的本质安全指数，E
a,i
为弱化措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；
[0038]采用公式(8)计算采取限制多米诺效应措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数：
[0039][0040]式中，ISI
le,i
为采取限制多米诺效应措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数，E
le,i
为限制多米诺效应措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；
[0041]采用公式(9)计算采取限制目标单元潜在损害措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数：
[0042]ISI
lu,i
＝0.2078+1.0010exp(0.4605E
lu,i
)0≤E
lu,i
≤10
ꢀꢀ
公式(9)；
[0043]式中，ISI
lu,i
为采取限制目标单元潜在损害措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数；E
lu,i
为限制目标单元潜在损害措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；
[0044]综合ISI
le,i
和ISI
lu,i
，利用公式(10)计算第i个化工流程装置单元采用限制影响措施之后的本质安全指数：
[0045]ISI
l,i
＝M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化工流程装置布局多目标优化方法，其特征是包括：(1)确定化工流程装置布局优化指标并采集化工流程装置的参数信息；(2)设置化工流程装置布局多目标优化的决策变量和约束条件；(3)建立化工流程装置布局多目标优化模型；(4)采用非支配排序遗传算法求解多目标优化模型。2.根据权利要求1所述的一种化工流程装置布局多目标优化方法，其特征是所述建立化工流程装置布局多目标优化模型，具体包括：3
‑
1)计算综合本质安全指数，使综合本质安全指数最大化；3
‑
2)计算与化工流程装置布局相关的总成本，使总成本最小化。3.根据权利要求2所述的一种化工流程装置布局多目标优化方法，其特征是所述计算综合本质安全指数具体包括：3
‑1‑
1)评估本质安全措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；3
‑1‑
2)计算采取本质安全措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数；3
‑1‑
3)计算第i个化工流程装置单元的最终本质安全指数；3
‑1‑
4)计算化工流程装置综合本质安全指数；所述本质安全措施包括弱化措施、限制影响措施、简化措施；所述评估本质安全措施对第i个化工流程装置单元的适用程度包括：1)评估弱化措施对第i个化工流程装置单元的适用程度，2)评估限制影响措施对第i个化工流程装置单元的适用程度。4.根据权利要求3所述的一种化工流程装置布局多目标优化方法，其特征是所述评估弱化措施对第i个化工流程装置单元的适用程度，具体包括：式中，E
a,i
为弱化措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；DHI
option,i
为不考虑被动保护措施，第i个化工流程装置单元的多米诺风险指数；DHI
baseoption,i
为不考虑被动保护措施，在基本方案中第i个化工流程装置单元的多米诺风险指数；所述评估限制影响措施对第i个化工流程装置单元的适用程度，具体包括评估限制多米诺效应措施对第i个化工流程装置单元的适用程度和评估限制目标单元潜在损害措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；所述评估限制多米诺效应措施对第i个化工流程装置单元的适用程度，具体包括：式中，E
le,i
为限制多米诺效应措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；DHI
’
option,i
为考虑被动保护措施后，第i个化工流程装置单元的多米诺风险指数；DHI
’
baseoption,i
为考虑被动保护措施后，在基本方案中第i个化工流程装置单元的多米诺风险指数；所述评估限制目标单元潜在损害措施对第i个化工流程装置单元的适用程度，具体包括：
a
i，j.option
＞0或a
i，j.base option
＞0时，否则E
lu，i
＝0；式中，a
i，j.option
为第j个化工流程装置单元被第i个化工流程装置单元损害的危险指数；a
i，j.base option
为基本方案中，第j个化工流程装置单元被第i个化工流程装置单元损害的危险指数；A
j，option
为第j个化工流程装置单元的参考指数；A
j，base option
为在基本方案中，第j个化工流程装置单元的参考指数；为第i个化工流程装置单元和第j个化工流程装置单元之间的欧几里得距离；DR
i
为第i个化工流程装置单元火灾和爆炸的损伤半径；E
lu，i
为限制目标单元潜在损害措施对第i个化工流程装置单元的适用程度。5.根据权利要求3所述的一种化工流程装置布局多目标优化方法，其特征是所述计算第i个化工流程装置单元的最终本质安全指数，具体包括：采用公式(7)计算采取弱化措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数：式中，ISI
a，i
为采取弱化措施之后第i个化工流程装置单元的本质安全指数，E
a，i
为弱化措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；采用公式(8)计算采取限制多米诺效应措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数：式中，ISI
le，i
为采取限制多米诺效应措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数，E
le，i
为限制多米诺效应措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；采用公式(9)计算采取限制目标单元潜在损害措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数：ISI
lu，i
＝0.2078+1.0010exp(0.4605E
lu，i
)0≤E
lu，i
≤10
ꢀꢀꢀ
公式(9)；式中，ISI
lu，i
为采取限制目标单元潜在损害措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数；E
lu，i
为限制目标单元潜在损害措施对第i个化工流程装置单元的适用程度；综合ISI
le，i
和ISI
lu，i
，利用公式(10)计算第i个化工流程装置单元采用限制影响措施之后的本质安全指数：
ISI
l，i
＝Min{100，[(ISI
le，i
)2+(ISI
lu，i
)2]
1/2
}
ꢀꢀꢀ
公式(10)；式中，ISI
l，i
为采取限制影响措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数；所述简化措施包括减少管道连接总长度和减少保护装置数量；计算采取简化措施之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数，具体包括：(i)通过公式(11)
‑
公式(12)计算减少管道连接总长度之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数：当Len
option
<Len
base，option
，否则，式中，ISI
Len，i
为减少管道连接总长度之后第i个化工流程装置单元的本质安全指数；Len
option
为减少管道连接总长度之后的管道总长度；Len
base option
为基本方案中管道总长度；(ii)通过公式(13)计算减少保护装置数量之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数：式中，ISI
N，i
为减少保护装置数量之后的第i个化工流程装置单元的本质安全指数；均为二进制变量；当等于1时表示第i个化工流程装置单元安装防火隔热材料，当等于0时表示第i个化工流程装置单元没有安装防火隔热材料；当等于1时表示第i个化工流程装置单元中安装防火墙，当等于0时表示第i个化工流程装置单元中没有安装防火墙；当等于1时表示第i个化工流程装置单元安装防爆墙，当等于0时表示第i个化工流程装置单元没有安装防爆墙；综合ISI
Len，i
和ISI
N，i
，计算第i个化工流程装置单元在采取简化措施之后的本质安全指数：ISI
Len，i
<0ISI
si，i
＝Max{
‑
100，
‑
[((ISI
Len，i
)2+(ISI
N,i
)2)
1/2
]}
ꢀꢀꢀꢀ
公式(14)；ISI
Len，i
＞0&ISI
Len，i
‑
|ISI
N，i
|＞0ISI
si，i
＝Min{100，[(ISI
Len，i
)2‑
(ISI
N，i
)2]
1/2
}
ꢀꢀ
公式(15)；ISI
len，i
＞0&ISI
Len，i
‑
|ISI
N，i
|<0ISI
si，i
＝Max{
‑
100，
‑
[(ISI
N，i
)2‑
(ISI
Len,i
)12]
1/2
}
ꢀꢀꢀꢀ
公式(16)；式中，ISI
si，i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：江佳佳，林紫，徐晶晶，蒋军成，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：