hysys動態(tài)模擬介紹

1、Hysys.Dynamic動態(tài)流程模擬軟件化工流程模擬系統(tǒng)分為兩大類：穩(wěn)態(tài)模擬及動態(tài)模擬系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)以所有工藝參數(shù)不隨時間變化為前提。由于干擾的存在，實際裝置的工藝參數(shù)是不斷變 化的。我們無法用穩(wěn)態(tài)軟件，求出裝置不同調節(jié)通道的時間常數(shù)和它的動態(tài)特性，所有的控制方案的選擇 只能靠參考已有的生產(chǎn)裝置或大概的理論定性分析。為了分析實際裝置，找出最佳的操作條件，人們不得 不冒極大的風險用實際裝置做試驗，而得到的只是某些特定條件下的回歸公式。動態(tài)模擬系統(tǒng)將時間變量引入系統(tǒng)，即系統(tǒng)內部的性質隨時間而變。它將穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)、控制理論、動態(tài) 化工及熱力學模型、動態(tài)數(shù)據(jù)處理有機地結合起來，通過求解巨型常微分方程

2、組來進行動態(tài)模擬。這種軟 件要求龐大的資源及多任務操作系統(tǒng)，過去只能在大型機上運行，同時由于操作非常復雜，動態(tài)模擬軟件 在國外也只能為極少數(shù)權威及專家所享用。由于微機的高速發(fā)展及Microsoft Windows軟件的推出，改變 了 DOS對微機資源及單任務的限制，使得動態(tài)模擬系統(tǒng)在微機上運行成為可能。加拿大Hyprotech公司不 負眾望，以雄厚的技術實力，率先開發(fā)出微機版動態(tài)模擬系統(tǒng)Hysys1.0。動態(tài)模擬系統(tǒng)Hysys的推廣及應 用必將給石油化工設計領域、生產(chǎn)領域、研究領域帶來一場深刻的革命，成為石化領域劃時代的里程碑。 化工模擬軟件基本是沿兩個方面發(fā)展和提高，一是在化工模擬理論和技術

3、方面發(fā)展，以使軟件應用范圍更 廣泛；另一方面是在軟件及計算機輔助工具發(fā)展，也就是研究更好的方法，使工程師更易掌握、使用這種 軟件，在研究方案中更靈活地運用這種軟件。近年來，第一方面發(fā)展很快，后一方面則進展很慢。由于前 一方面各家公司的水平都較高，所以后一方面就顯得尤為重要。將兩者結合起來，利用新一代的編程工具 開發(fā)新一代的模擬軟件，必將給化工模擬行業(yè)帶來一場變革。Hyprotech在軟件發(fā)展過程中始終堅持一個宗旨：“使軟件操作簡單、方便，工程師易學、易懂”。 達到這個目的的方法之一就是工程師在使用過程中能隨心所欲地更改變量，軟件運行中的任何時刻都可暫 停以觀察數(shù)據(jù)的變化。這就是我們所說的“完全

4、交互式軟件”，這就是Hyprotech公司的第一代產(chǎn)品HYSIM。 它也是世界上第一個完全交互式的化工模擬軟件。Hyprotech的成功源于兩個方面，其一是Hyprotech不斷發(fā)展的技術能力；其二是Hyprotech對計算 機技術發(fā)展帶來的潛在新技術的認識，以及對這種變化做出的快速反應。從交互模擬到微機上的交互模擬 技術，Hyprotech 一直以提供創(chuàng)新的軟件而領先于世界。Hysys以具有十幾年世界各地化工、石油領域的應用歷史的HYSIM為其堅實的基礎。Hysys包含更多、 更復雜的物性計算包及單元操作。為了能更快速、準確得到計算結果，我們增加了強大的初始化及快速迭 代計算工具。同時我們還

5、增加了系統(tǒng)優(yōu)化、反應蒸餾、先進的變量計算表，用于控制研究的控制器和傳遞 函數(shù)發(fā)生器。2002年7月，Hyprotech公司與AspenTech公司合并，Hyprotech成為AspenTech公司的一部分。Hysys.Dynamic動態(tài)模擬軟件的特點：1最先進的集成式工程環(huán)境由于使用了面向目標的新一代編程工具，使集成式的工程模擬軟件成為 現(xiàn)實。在這種集成系統(tǒng)中，流程、單元操作是互相獨立的、流程只是各種單元操作這種目標的 集合，單元操作之間靠流程中的物流進行聯(lián)系。在工程設計中穩(wěn)態(tài)和動態(tài)使用的是同一個目標， 然后共享目標的數(shù)據(jù)，不需進行數(shù)據(jù)傳遞。因此在這種最先進且易于使用的系統(tǒng)中用戶能夠得 到最大

6、的效益。2強大的動態(tài)模擬功能：先介紹一下動態(tài)模擬方法及過程：流程穩(wěn)態(tài)模擬收斂后，首先定義單元操 作的動態(tài)數(shù)據(jù)（如：分離器的幾何尺寸，液位高度等），安裝控制儀表，然后就可以進入動態(tài)，開 始動態(tài)模擬。動態(tài)模擬過程中，你可以隨時調整溫度、壓力等各種工藝變量（這就是Windows的 多任務）。觀察它們對產(chǎn)品的影響以及變化規(guī)律。你可以隨時停下來，轉回靜態(tài)。由于動態(tài)和靜 態(tài)是相同對象的共享，所以動靜之間的轉換非常容易。Hysys提供了以下進行動態(tài)模擬的控制單 元：PID控制器：可完成對任何變量的控制。傳遞函數(shù)發(fā)生器：可產(chǎn)生任何形式的過程傳遞函數(shù)， 如：一階環(huán)節(jié)、二階環(huán)節(jié)、微分和積分環(huán)節(jié)。用它們可以模擬任何

7、被控對象及干擾源。數(shù)控開 關：在動態(tài)過程中，可通過檢查某操作條件而控制另一變量的開或關，進而達到對整體裝置的 控制。功能強大的變量計算表：每個表任意個變量。這個表象一臺在線掛在實際裝置上的控制 機，它可以引入流程中的任何變量，然后在表中處理（該表可以進行各種函數(shù)及邏輯運算），將 其結果再送回流程，指定給某些變量，從而達到控制某些變量的目的。3神奇的干板開車：任何容積式設備都可以在沒有物料的條件下開車啟動，分餾塔的干板開車（尤 其是分凝器塔）是動態(tài)模擬技術中的一大難題。Hysys能實現(xiàn)這一功能，這對裝置開工方案的研 究有著十分重要的意義。內置人工智能：在系統(tǒng)中設有人工智能系統(tǒng)，它在所有過程中都能

8、發(fā)揮非常重要的作用。當輸 入的數(shù)據(jù)能滿足系統(tǒng)計算要求時，人工智能系統(tǒng)會驅動系統(tǒng)自動計算。當數(shù)據(jù)輸入發(fā)生錯誤時， 該系統(tǒng)會告訴你哪里出了問題。數(shù)據(jù)回歸包：數(shù)據(jù)回歸整理包提供了強有力的回歸工具。用實驗數(shù)據(jù)或庫中的標準數(shù)據(jù)通過該 工具用戶可得到焓、氣液平衡常數(shù)K的數(shù)學回歸方程（方程的形式可自定）。用回歸公式可以提 高運算速度，在特定的條件下還可使計算精度提高。嚴格物性計算包：Hysys提供了一組功能強大的物性計算包，它的基礎數(shù)據(jù)也是來源于世界富 有盛名的物性數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并經(jīng)過本公司的嚴格校驗。這些數(shù)據(jù)包括16,000個交互作用參數(shù)和 1,800多個純物質數(shù)據(jù)。功能強大的物性預測系統(tǒng)：對于Hysys標準

9、庫沒有包括的組分，可通過定義假組分，然后選擇 Hysys的物性計算包來自動計算基礎數(shù)據(jù)。DCS接口： Hysys通過其動態(tài)鏈接庫DLL與DCS控制系統(tǒng)鏈接。裝置的DCS數(shù)據(jù)可以進入Hysys， 而Hysys的工藝參數(shù)也可以傳回裝置。通過這種技術可以實現(xiàn)：1）在線優(yōu)化控制；2）生產(chǎn)指導； 3）生產(chǎn)培訓；4）儀表設計系統(tǒng)的離線調試。事件驅動：將模擬技術和完全交互的操作方法結合，使HYSIM獲得成功。而利用面向目標的技 術使Hysys這一交互方式提高到一個更高的層次，即事件驅動。當你在研究方案時，需要將許 多工藝參數(shù)放在一張表中，當變化一種或幾種變量時，另一些也要隨之而變，算出的結果也要 在表中自動

10、刷新。這種幾處顯示數(shù)據(jù)隨計算結果同時自動變化的技術就叫事件驅動。通過這種 途徑能使工程師對所研究的流程有更徹底的了解。10工藝參數(shù)優(yōu)化器：軟件中增加了功能強大的優(yōu)化器，它有五種算法供您選擇，可解決無約束、 有約束、等式約束及不等式約束的問題。其中序列二次型是比較先進的一種方法，可進行多變 量的線性、非線性優(yōu)化，配合使用變量計算表，你可將更加復雜的經(jīng)濟計算模型加入優(yōu)化器中， 以得到最大經(jīng)濟效益的操作條件。11窄點分析工具：利用Hysys的窄點分析技術可對流程中的熱網(wǎng)進行分析計算，合理設計熱網(wǎng)， 使能量的損失最小。12方案分析工具：某些變量按一定趨勢變化時，其它變量的變化趨勢如何呢？ 了解這些對方

11、案分 析非常重要。比如，當研究塔的回流比和產(chǎn)品質量的變化對熱負荷、產(chǎn)量、溫度的影響時，在 Hysys的方案分析中選回流比和產(chǎn)品質量作為自變量，給出它們的變化范圍和步長，Hysys就開 始計算，最后會給出一個匯總表。13各種塔板的水力學計算：Hysys增加了浮閥、填料、篩板等各種塔板的計算，使塔的熱力學和 水力學同時解決。14任意塔的計算：我們以前接觸的軟件中所有分餾塔都是軟件商提供了一個最全的塔，然后讓用 戶自己選擇保留部分。試問，若用戶有一個塔，其上部分為吸收-解析塔，下部分為提餾塔，這 種塔該如何計算呢？ Hysys就可以。由于采用了面向目標的編程工具，塔板、重沸器、泵、回流 罐等等都是相

12、互獨立的目標。人們可以任意組合這種目標，而完成各種各樣的任意塔，十分方 便。動態(tài)模擬軟件在工業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)設計方面的應用：工業(yè)裝置安全分析和預測：工業(yè)裝置的整體動態(tài)流程模擬是單體設備安全分析和安全預測的基 礎，模擬系統(tǒng)可以向單體設備安全分析系統(tǒng)提供可靠的工藝數(shù)據(jù)。通過動態(tài)模擬可以使裝置運 行在操作極限狀態(tài)。極限狀態(tài)操作數(shù)據(jù)對于安全分析來說是必不可少的，不用動態(tài)模擬系統(tǒng)我 們不可能得到這些數(shù)據(jù)，因為人們不可能在實際裝置上做極限操作試驗。裝置操作規(guī)律的研究：掌握裝置運行特點和操作規(guī)律對裝置的安全分析和預測起著決定性的作 用。試想若不知道該裝置如何運行和如何操作，能分析和預測該裝置內某一單體設備的安全

13、運 行規(guī)律嗎？控制方案的研究及連鎖控制調試：控制方案及緊急事故的連鎖響應在實際生產(chǎn)過程中起著相當 重要的作用。使用Hysys動態(tài)模擬軟件，能使工藝和控制兩個專業(yè)融合在一起，發(fā)揮各自的長 處。這樣，在模擬過程中就可以對裝置進行動態(tài)操作，設定干擾和人為設定事故狀態(tài)，研究確 定最佳的控制方案和緊急事故的連鎖響應的安全可靠性。分析裝置操作、生產(chǎn)過程中的瓶頸問題，設計最佳的流程方案對于有循環(huán)物流的生產(chǎn)裝置，尤 其是化工反應裝置，由于計量儀表的誤差存在，如果流程設計不合理，生產(chǎn)過程中可能會由于 循環(huán)物料過多或過少而使生產(chǎn)系統(tǒng)崩潰。這種過程用穩(wěn)態(tài)模擬軟件是無法描述的，用動態(tài)軟件 則可以分析過程的關鍵環(huán)節(jié)，模

14、擬這種崩潰的全過程。確定安全的開工方案：裝置安全、平穩(wěn)地開車啟動是生產(chǎn)中的關鍵技術。用Hysys可以模擬開 工過程，看到開車過程中各種工藝參數(shù)，尤其是關鍵設備，如蒸餾塔板的汽液相負荷變化，壓 縮機和機泵的壓力及液體和氣體的攜帶量等，從而研究各種開車方案，以保證開工的安全。計算間歇生產(chǎn)過程的安全問題：如間歇精餾、間歇反應等。計算特殊的非穩(wěn)態(tài)過程：計算系統(tǒng)緊急放空的安全問題。當系統(tǒng)內部壓力、溫度不等時，用穩(wěn) 態(tài)軟件不能計算。（穩(wěn)態(tài)軟件的放空系統(tǒng)假設所有涉及的放空單元的物流混合形成一股物流再進 行放空計算）。另外，當計算蒸餾塔放空閥及壓力調節(jié)閥時也只能用動態(tài)軟件來完成。這種特殊 非穩(wěn)計算主要靠Hys

15、ys的強大變量計算表功能和過程傳遞函數(shù)功能，利用微分逼近的原理來完 成的。利用這一新型的工具，安全工程師可以分析解決許多前人無法解決的工程難題。安全生產(chǎn)指導和調優(yōu)：由于動態(tài)軟件Hysys能完全模擬裝置動態(tài)操作過程，動態(tài)的計算完全采 用嚴格的熱力學模型。所以，動態(tài)計算的結果也十分準確。相反，以前的過程仿真系統(tǒng)的主要 目的是培訓，所以它的計算核心只是回歸公式或簡化計算，其結果只是一種熱力學趨勢，決不 是實際裝置的數(shù)據(jù)。在動態(tài)模擬中，還可將裝置的工藝參數(shù)調到各種極限狀態(tài)，這在實際裝置 上是決不允許的，以找出裝置的操作規(guī)律或分析裝置生產(chǎn)問題的原因。在線優(yōu)化及先進控制：Hysys軟件和工業(yè)控制軟件FIX及工業(yè)控制實時數(shù)據(jù)庫Info Plus都有 接口。工業(yè)裝置的工藝參數(shù)