监控过程的方法技术

一种过程控制的方法，所述的方法包括：(a)提供第一过程的计算流体动力学模型；(b)将上述第一过程进料的数据输入该计算流体动力学模型，所述的数据代表初始时间t0时的状态，以便该模型在未来时间t1时产生第一过程的模型的一种或多种特性的实时模拟；以及(c)使用该模拟以控制所述的第一过程，或者控制第一过程所连接的第二过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用计算流体动力学。
技术介绍
计算流体动力学(CFD)是一种用于模拟流体流动的已知的方法，其通过使用计算方法来求解控制流体流动的动量和质量守恒方程。例如，在对混合容器进行设计时，CFD可被用于模拟流体流动，以便实现适当的混合。类似地，当设计反应容器时，CFD可用来确保反应物之间和/或其与可能存在的任何催化剂之间的最佳接触，这可以通过反应器设计实现。当给定系统边界条件并使用连续介质的流体基本方程，即质量和动量守恒方程(或称为Navier Stokes方程)时，CFD计算出系统的流动结构和特性，S卩。CFD可以在稳定或者不稳定(与时间相关)的模式下运行。该技术无须预先假设最终的方程解，并且除初始边界条件外，无须输入其他数据(例如，其不需要测量导出方程解的压降)。换句话说，在之前时间t°给出的系统边界条件时，该技术计算出系统在时间t1的所要求的特性。在一些简单的流动问题(例如二维非粘性流)上，可以分析性地计算该流动，然而，在大多数有实际意义的工程流都需要数字求解非线性的二阶微分方程。CFD通过将流态分解成许多小单元(一般大于100k)，并且在每个单元中迭代预测值来数字求解该方程直到得出方程解。 例如，在Fluent Inc, 2002 出版的，E. M. Marshall 和 A. Bakker 所著的“Computational Fluid Mixing” 中对 CFD 进行了描述。通常，CFD模型需要计算机花费很多的小时，甚至是几天，即使是相当简单的系统，特别是当其方程解与时间相关时。然而，尽管计算需要时间，但已经证明，当结算时间并非是关键性问题时，CFD是一种设计混合和/或反应容器的重要工具，其计算时间不是关键问题。在形成本专利技术之前，除初始边界条件外，对于系统无须预先假设的CFD模型从未被用于实时过程控制。EP 398706描述了预测一种在反应器中由大量单体聚合形成的聚合物的物理性能和状态的方法，其结果可用于警告操作者存在异常的反应器问题。然而，上述方法需要输入在反应器的多个点上(并因此在时间t°时)已测量的实时过程数据(即之前进行操作的结果)，并且计算的结果得出一个不同的参数的估算值，但在测量初始数据的时间t°时。
技术实现思路
现在我们已经发现计算流体动力学，特别是当在不稳定(与时间相关)的模式下运行时，可用于实时过程监控以改善过程控制。因此，根据第一个方面，本专利技术提供一种过程控制的方法，所述的方法包括(a)提供第一过程的计算流体动力学模型，(b)将向上述第一过程进料的数据输入该计算流体动力学模型，所述的数据代表初始时间t°时的状态，以便该模型产生第一过程在未来时间t1时的一种或多种特性的实时模拟，以及(C)使用该模拟以控制所述的第一过程，或者控制第一过程所连接的第二过程。所谓“实时模拟”是指这样的模拟，当过程发生时(或者更快地)在一个足以预测过程条件的很短时间内得到模拟输出(模拟结果)，并因此根据需要响应于该输出进行控制；即系统能够从可以在初始时间t°应用的数据计算在后时间t1时的特性，并且，如果需要，能够在时间t1之时(或者之前)使用该计算来控制该过程(或者第二过程)。本专利技术的方法可以通过控制系统实现，因此按照本专利技术的进一步具体实施方案，提供一种用于过程的控制系统，其包括(a) 一个计算机，其被编程以运行第一过程的计算流体动力学模型，(b) 一个输入系统，其用于将第一过程进料的数据输入计算流体动力学模型，所述的数据代表初始时间t°时的状态，以便该模型产生所述第一过程在未来时间t1时的一种或多种特性的实时模拟，以及(C) 一个控制器，其对所述的模拟作出响应，并且用于使用所述的模拟来控制所述的第一过程，或者控制第一过程所连接的第二过程。根据本专利技术的控制系统采用以下方式进行操作控制器(C)，如下所述，可以是自动过程控制系统或者可以由操作者进行操作，其能够在时间t1之时(或者之前)使用。优选所述控制器(C)控制第一过程所连接的第二过程，所述的第一过程是在具有输出流(其中，该输出流被作为第二过程的进料)的适当的混合容器中的混合过程。例如，混合容器可以是原油储罐，且第二过程骤可以是一种原油蒸馏装置。该具体实施方案更详细的资料如下所述。为了产生所述第一过程在未来时间t1时的一种或多种特性的实时模拟，在进料时的数据必须涉及在最长为时间t1的时间t°时输入第一过程的进料，并且可以包括，例如最长为该时间时将被输入第一过程的所有进料流的进料速度和组成。进料至一个过程的进料流的组成可以从在所述的料流进入该过程之前的足够时间对例如在合适的进料流储罐中的分析或者在上游管道(例如流量计)的分析获得。这些数据可以通过操作者或者自动化的输入监测系统而输入CFD模型。向CFD模型的输入本身可以是一个模型或者模拟的结果，例如，来自在上游储槽运行的独立CFD模型的输出。本专利技术具有以下优点，即CFD模型用于预测所述第一过程的一种或多种特性，并且，必要时用于影响所述的输出，(i)在所述第一过程中出现预测特征之前，模拟输出用于控制所述的第一过程，或者(ii)在第二过程被预测特征影响之前，模拟输出用于控制第一过程所连接的第二过程。相应于CFD模型预测对所述第一过程或第二过程的控制通常是通过操作者或者自动过程控制系统来实施的。尽管操作者或者自动化控制系统可以“使用”模拟输出来改变第一或第二过程的条件，但同样该模拟输出也可以用于确保第一或第二过程在预测的条件下合理地进行，而不必进行变化。该模拟还可用于产生在后继时间t2、t3等时所述的第一过程的一种或多种特性的实时模拟。这可以通过连续运行或定期再运行(重复)该模拟以在未来时间t2、t3等时产生模拟来实现。这样，本专利技术可以用时间进行工艺过程监控。“连续”运行是指不断更新模拟，以便一旦产生在时间t1时的模拟输出，则继续模拟以产生用于后继时间t2的模拟输出。因此，在时间t1时的模拟可以通过输入在t1和t2之间进料到所述第一过程的数据来更新t1的模拟，从而产生所述第一过程在未来时间Pa1之后)的一种或多种特性的实时模拟。在该具体实施方案中，运行模拟的时间周期与更新的时间周期相同(t2和t1之间的时间差)，即该模拟花费10秒钟，则t2和t1应该相差10秒钟。或者，该模拟可以分别运行独立的实时模拟来运行(再运行)，以产生在未来时间t2、t3 (在t1之后)等时的所述第一过程的一种或多种特性的实时模拟。尽管模拟可能开始于先前模拟之前且并联进行模拟，但通常在先前模拟进行之后开始。例如，模拟可以通过使用第一过程在时间t时的实际(即测量)数据和在时间t和t2之间进料到所述第一过程的数据来运行，以产生在未来时间fa1之后)时的所述第一过程的一种或多种特性的实时模拟。其中每个模拟开始于先前模拟进行之后，运行每个模拟的时间周期小于更新的时间周期(t2和t1之间有时间差)，即模拟需要花费10秒钟，那么t2和t1的差至少应当为10秒钟，以便使随后的模拟及时开始并完成。也可以使用上述的组合。例如可以连续地进行模拟，即使用在t°时的初始数据并在全部的时间周期内对随后的时间周期(例如I小时)不断更新该模拟，随后使用一组可能来源于实际测量的新的初始数据重新开始模拟。实际上，时间t1被重新设置来表示新的时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过程控制的方法，所述的方法包括：(a)提供第一过程的计算流体动力学模型，其中所述第一过程是在反应容器中的反应或者是在混合容器中的混合过程，(b)将向上述第一过程进料的数据输入该计算流体动力学模型，所述的数据代表初始时间t0时的状态，以便该模型产生所述第一过程在未来时间t1时的一种或多种特性的实时模拟，以及(c)使用该模拟以控制所述的第一过程，或者控制第一过程所连接的第二过程。

【技术特征摘要】
2004.06.07 GB 0412672.81.一种过程控制的方法，所述的方法包括 (a)提供第一过程的计算流体动力学模型，其中所述第一过程是在反应容器中的反应或者是在混合容器中的混合过程， (b)将向上述第一过程进料的数据输入该计算流体动力学模型，所述的数据代表初始时间t°时的状态，以便该模型产生所述第一过程在未来时间t1时的一种或多种特性的实时模拟，以及 (C)使用该模拟以控制所述的第一过程，或者控制第一过程所连接的第二过程。2.如权利要求1所述的方法，其中连续或反复运行模拟以产生所述的第一过程在后继时间t2、t3等时的一种或多种特性的实时模拟，并实现过程随时间的监测和控制。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述的第一过程的所述一种或多种特性包括化学组成、密度和粘度的一种或多种。4.如上述权利要求任一项所述的方法，其中模拟用于控制所述的第一过程，且所述的第一过程是在反应容器中的反应。5.如上述权利要求任一项所述的方法，其中模拟用于控...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·科尔曼，J·A·汤森，
申请(专利权)人：英国石油化学品有限公司，英国石油国际有限公司，
类型：发明
国别省市：