基于数字孪生原理的生产工艺参数优化

以某炼化企业直燃式焚烧炉的参数优化为例,对基于数字孪生原理的生产工艺参数优化进行了初步探索.首先,基于历史生产数据,通过逐步回归分析、多元线性回归分析和单调性分析算法,建立物理设备的数字孪生模型.其次,根据实时生产数据,利用上述模型计算出最优化参数.最后,通过系统接口,将计算出的参数实时返回给物理设备.结果 表明,在装...     

数字孪生油气藏:智慧油气田建设的新方向

对地下储层和流体的认识程度严重制约油气田开发的生产举措,而油气藏描述在油气田开发中占有重要地位,构建油气藏系统的数字孪生体是油气藏描述的最高境界。在对油气田开发研究现状与发展趋势和数字化转型生产需求分析的基础上,提出了数字孪生油气藏理论,将数字孪生油气藏定义为"构建油气藏的数字孪生仿真模型,最大限度地量化逼近真实油气藏,及时准确地表征油气藏全生命周期动态变化,模拟物理世界油气藏实体在真实环境下的开发行为",为油气藏描述与油气藏工程一体化研究指明了方向。论述了基于数字孪生油气藏的智慧油气田建设重点方向与建设内容,指出通过建立油气藏开发系统的数字化副本——油气藏数字孪生体,以此为基础在云端优化开发与科学管理油气田,将带来油气田开发领域的一场新的技术革命,数字孪生油气藏将为智慧油气田建设赋予新的内涵。     

数字孪生技术及其在石油化工行业的应用

数字孪生是一种可以完成信息世界与物理世界等价映射的新兴技术,其在传统石油化工行业的应用正在不断增加.本文阐述了数字孪生的内涵和关键技术,总结了近年来数字孪生技术在石油化工行业的应用进展,指出了其在石油化工领域遇到的挑战,探讨了发展趋势.通过开展数字孪生在石油化工生产过程建模与参数优化、工艺参数设计与仿真、系统健康监测与...     

数字孪生技术在钻井领域的应用探索

在简述数字孪生技术的由来及分析石油行业钻井领域数字孪生技术研究现状的基础上,提出了钻井井筒数字孪生、地质环境数字孪生、钻机数字孪生、井下动态过程仿真、物理–数字孪生体实时交互等关键技术,设计了钻井数字孪生技术在钻前模拟预测与优化、疑难井施工团队协作预演、随钻预警与决策、钻井远程控制、钻井设备预测性维护、钻井实训等6大应用场景,提出了钻井数字孪生系统的研发重点,并分析了钻井数字孪生技术研发的难点与对策。研究结果为加快数字孪生技术在钻井工程领域的应用,促进钻井工程数字化、智能化转型提供了技术借鉴。      

钻井数字孪生系统设计与研发实践

数字孪生技术作为智能钻井的理想范式，已呈现出巨大潜力，但由于钻井工程具有复杂工业系统的特性，数字孪生技术研发难度大，目前尚处于起步阶段。为此，在分析石油行业数字孪生技术发展现状的基础上，厘清了钻井数字孪生涉及的6项支撑技术，结合钻井工程业务需求，设计了钻井数字孪生系统的整体架构并详述了其功能及模型设计。通过井场数据标准采集、机理计算模型耦合及三维动态融合显示3项研发试验，从技术角度验证了钻井数字孪生技术落地应用的可行性。研究认为，构建钻井数字孪生系统，应以钻井工程数据为数据基础，基于业务需求进一步构建“机理+数据”的双计算核心，研发孪生体模型和业务应用模块，并将其作为载体，最终实现钻井数字孪生系统的应用。研究结果对推进数字孪生技术在钻井工程中的应用具有重要意义。     

数字孪生技术及其在炼油产业中的应用

数字孪生是1项新兴的数字化转型技术,实现了数字虚拟世界对物理现实世界的实时映射,在各行各业中发展迅速。文中介绍了数字孪生技术的发展历程及其研究现状,以五维模型为例,分析了数字孪生的核心技术,并归纳了1套数字孪生体系构建流程。研究相关文献对数字孪生在炼化产业中的应用进行概括,将数字孪生融入到炼油过程,基于数字孪生技术实现生产可视化、远程监督指导、故障分析预测和设备控制优化及全生命周期管理等功能,从而提升炼油产业的智能化发展。     

松辽盆地古龙页岩油勘探开发全息智能生态系统设计与开发

为建立勘探开发一体化、地质工程一体化、生产经营一体化的组织和运行方式,实现古龙页岩油的经济有效开发,系统分析大数据、人工智能和数字孪生技术在地质研究、生产运行、经营管理等领域的应用潜力,创新设计了全息智能生态系统总体架构和全生命周期管理系统、大数据智能分析系统、数字孪生应用系统3个系列产品.通过混合架构应用开发和运维、...     

油气行业数字孪生研究述评与展望

为应对油价大幅波动、勘探环境日趋复杂、环境规制持续加码及开采成本不断增长等一系列挑战,油气行业开始积极应用数字孪生技术,提升油气业务智能化发展。以中国知网和Web of Science核心合集数据库中关于油气行业数字孪生的国内外文献为研究对象,结合高频关键词分析,提取油气行业数字孪生文献的核心研究主题;对文献内容进行分析,归纳油气行业数字孪生在技术和应用2方面的概念内涵,对数字孪生的价值创造从优化、创新、转变3方面进行理论解释,总结不同场景下数字孪生在油气行业的实践应用。     

以设计为源头的数字孪生工厂建设研究

通过对国内外数字孪生工厂建设现状的分析,提出中国数字孪生工厂建设存在的问题。重点研究了炼化工厂实现工程建设期数字化交付和生产运维期数字孪生工厂建设无缝衔接的最佳实践路径,提出了从设计源头打造孪生工厂数据底座,着力开发工艺机理模型和数据机理混合模型,构建数字孪生体;应用机器学习算法实现了工艺指标、效益指标的快速预测和生产优化。通过搭建专家诊断与决策支持平台,为用户提供远程决策支持服务。     

油气管道数字孪生技术应用

随着物联网、人工智能、云计算和大数据等技术的发展,油气管道建设与管理正在进行一场革命,管道行业提出了“全数字化移交、全生命周期管理、全智能化运营”的转型方向。在梳理数字孪生的发展与应用的基础上,论述了数字孪生技术在智慧管网建设中的作用以及管道数字孪生体的构建方案,总结了数字孪生技术在油气管道领域的调度优化、泄漏预测、裂纹生长预测、管道资产管理和设备资产管理五个方面的应用,为油气智慧管网建设提供了参考方案。     

基于CFD的折流杆换热器流场仿真系统研究

基于计算流体动力学原理,建立了换热器流体流动和传热过程的控制方程组,应用算子分裂法,将换热器控制方程分裂为基本的对流、扩散、Stokes问题;采用8~20节点三维等参单元,推导出有限元离散化方程组。编制了流体流动和传热的数值仿真系统程序,应用仿真系统进行传热数值模拟计算和实验验证,通过对比两者的Nu与Re的关系,可以看出仿真系统的计算值和实验测量值非常接近。实验证明,采用编制的折流杆换热器数值仿真系统进行传热模拟计算是切实可行的。     

加氢装置运行全周期高压换热器垢阻计算与应用效果

采用MATLAB软件,跟踪计算某炼油厂蜡油加氢装置高压换热器运行3年来的垢阻。计算结果表明, 运行期间高压换热器结垢速率可控,运行末期总垢阻为1.2×10-3（m2.K)/W。生产中根据结垢速率逐渐将阻垢剂加注浓度由100 μg/g下调至25～35 μg/g,单周期节约阻垢剂成本约1 159万元。此外,基于ASPEN软件的换热器模块计算理论,构造采用ASPEN软件计算换热器垢阻的方法。     

基于计算流体力学热流固耦合仿真的换热器折流板结构优化

采用多物理场耦合方法,建立了管壳式换热器的计算流体力学(CFD)热流固耦合仿真分析模型,对20种不同折流板结构参数的管壳式换热器进行了流动与传热的数值模拟。CFD仿真计算结果显示,换热器的折流板间距和折流板缺口高度对流动和传热的影响相互关联,不能进行单目标优化设计。以JF因子作为换热器综合性能的评价准则,对管壳式换热器的折流板间距和折流板缺口高度进行了结构优化设计,提出在换热器内径(d)200 mm、换热管长1 140 mm、并流条件下,该换热器的最佳折流板间距为80 mm(折流板数目为10),最佳折流板缺口高度为0.3d(即60 mm)。     

基于粒子群算法的自动送钻控制器仿真优化

针对液压盘式刹车自动送钻系统控制过程中影响因素的多样性,控制参数存在时滞、时变、非线性等特点,根据液压盘式刹车自动送钻系统的工作原理,建立数学物理方程并确定目标函数,设计了粒子群算法优化模糊控制器,对 PID 参数进行了整定。为了研究电液伺服阀与液压缸对自动送钻系统液压环节的控制效果,设计了液压调节闭环控制系统,并利用 MATLAB/Simulink仿真软件进行了动态仿真优化。首先使用临界比例度法对PID参数进行了整定,在此基础上,使用模糊控制工具搭建模糊规则对传递函数进行仿真,最后在MATLAB界面,对传递函数进行基于粒子群算法迭代寻优,优化控制系统所需参数。优化结果表明,粒子群优化模糊自适应 PID 控制器与传统的 PID 控制器和模糊自适应 PID 控制器相比,系统的自适应能力显著增强,超调量明显降低,调整时间更短,可以满足自动送钻系统的设计要求,特别适合应用在一种新型的基于井底钻压的自动送钻系统中。     

新型换热器及其技术进展

着重介绍了国外新近开发的焊接式板式换热器、Packinox 换热器、块式换热器、毛细板式换热器、变形翅片管换热器及SRCTM空冷式涡轮冷凝器的结构、性能及其应用情况,阐述了最近换热器技术:计算流体力学(CFD)、详细模块化技术和传热促进技术等的发展状况,指出了今后换热器发展的方向.     

板翅式换热器翅片表面性能的三维数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法对板翅式换热器单通道流场进行了数值模拟。得出不同结构参数和操作参数下3种常见翅片的表面性能曲线,并分析了平直翅片的翅片高度和翅片间距、锯齿翅片的切开长度、波纹翅片的波幅与波距对翅片表面流动与传热性能影响。所得结论可为板翅式换热器的设计和优化提供有益的参考。     

塔河一号联合站天然气处理装置参数优化研究

对换热网络的传统夹点设计法进行了改进。将换热网络组合曲线分成若干段单独处理,以温差均匀性因子作为评价指标设计各段网络结构,将各段设计的结构及远离夹点处的匹配组成完整的换热网络初始结构,采用牛顿法优化初始结构的换热器单元,以达到调优的目的,最终获得具有最优年综合费用的换热网络结构。通过具体算例表明,依据温差均匀性原则设计的换热网络具有较好的换热性能,且最终的年综合费用优于其他文献报导的数据,验证了该方法的有效性。     

热力系统换热设备CAD系统的建模研究

热力系统换热设备CAD系统是针对重大过程换热设备而开发的CAD/CAE软件。讨论了标准建模语言UML在该系统中的应用与实现步骤,以及利用UML进行热力系统换热设备CAD建模的一般过程;在对换热设备做详尽分析的基础上,给出了多种UML的模型图。最终的系统可完成多种类型换热器的工艺设计与计算及相关零部件的设计与校核。100多种类型、3万多种规格的过程装置标准零部件及派生的非标准零部件的参数化设计,可实现物性参数和材料参数的自动查取,首次完成了新型纵流壳程换热器壳程的非标准结构设计。UML的建模方法对整个热力系统换热设备CAD系统的实现起到了重要作用。     

螺旋扁管换热器温度串级模糊控制试验研究

现有的模糊-PI控制研究大都停留在理论分析和系统仿真阶段,缺乏试验验证和工程实际应用。为此,采用模糊-PI方法对换热器温度进行串级控制,并用试验加以验证。同时,以C++和Matlab软件为工具,开发出检测精度高、温控效果好、功能强大的螺旋扁管换热器测控系统。测控系统由温度、压力、流量传感器、TDS—303自动数据采集仪、PI控制器、电压/电流转换器、D/A板卡、电动调节阀及计算机等组成。试验结果表明,试验台不仅能方便快捷地测试换热器的性能参数,进行数据的自动采集、存储、显示及性能评价,而且还能验证模糊-PI控制方法的优越性,即良好的动态控制性能,较高的控制精度和温度调节能力。     

数值模拟换热器圆管绕流及旋涡分离频率分析

利用计算流体力学软件Ansys/FlotranCFD对粘性不可压缩流体圆管绕流旋涡的产生和 演化过程进行了数值模拟。采用绕圆管积分求出一段时间历程的升力,继而求出旋涡脱落频率。 通过与传统的卡曼旋涡分离理论进行对比,新提出的数值模拟换热器圆管绕流脱落频率的计算方 法与Strouhal数和雷诺数的关系图变化趋势相同,数值接近,说明新方法可用于计算圆管绕流旋 涡脱落的频率。在此基础上,可进行圆管绕流旋涡诱导振动计算,为换热器等化工设备的安全运 行和节约投资提供可靠数据。