基于不可用性及表决机制的探测器优化布置

在化工工业中,危险气体探测系统的表决机制以及失效问题对于探测器的网络布设至关重要。本文通过引入表决系统需求失效概率以及对探测系统表决逻辑进行分析,提出了一种基于不可用性及表决机制的探测器优化布置方法。首先对探测系统表决逻辑进行分析获得各逻辑回路参与表决的探测时间及需求失效概率,以所有泄漏扩散场景各级探测器的总探测时间最小化为目标函数,结合探测器数量和位置约束构建数学优化模型。其次以各候选探测器监测点为基因,基于遗传算法编写优化模型求解程序。最后利用泄漏扩散场景模拟数据作为输入值,求解得到不同探测器数量条件下的布置方案。通过对各布置方案的场景探测结果进行分析,验证了该方法在不同需求条件下的实用性。     

考虑多因素的危险气体探测器选址优化方法

危险气体探测器是炼化装置安全的重要保护层,合理的选址可大幅提高检测效率,降低泄漏事故损失。本文从削减气体泄漏风险的角度提出了一种危险气体探测器选址的定量优化方法。基于多种影响危险气体泄漏扩散的外界因素,确定了危险气体泄漏场景发生概率、泄漏后果以及泄漏风险的定量表征方法。以累积泄漏风险最小化为优化目标,针对气体探测器的工作失效模式和冗余结构等内部因素,建立了考虑气体探测器不可用性、表决逻辑和条件风险值约束的选址优化模型,并提出求解优化方案的粒子群算法。以某柴油加氢装置为例进行算例研究,结果表明优化方案可有效削减气体泄漏风险,且效果明显优于原布设方案。后继还将开展优化模型的验证试验及多目标优化研究,以进一步提高优化模型的实用性。     

基于等价气云爆炸风险评估的气体防护区域定量划分

目前对危险气体泄漏防护区域的划分方法主要为定性方法,难以对具体场景定量表征,进而无法用于风险防控系统的设计规划。本文在等价气云理论的基础上,基于爆炸事故后果风险评估,提出一种定量划分气体防护区域的方法。综合考虑气体泄漏概率、风速风向联合分布概率等现场特征要素,运用高斯扩散模型,得到气体泄漏扩散的等价气云体积以及气体泄漏扩散风险集合,并进行泄漏场景筛选。针对扩散风险较大的场景进行点火概率分析,利用多能法计算气云爆炸影响范围,对气云爆炸事故进行风险评估得到爆炸事故后果风险集合。在ALARP标准与火气系统探测器场景覆盖率的指导下,依据不同装置区域的风险值确定气体防护区域等级定量划分标准。通过某LNG接收站案例分析,可定量得到不同装置的防护区域等级,实现针对具体泄漏场景的气体防护区域等级定量划分。数值计算表明,气体防护区域定量划分可为火气系统探测器布设提供理论支持。     

基于改进粒子群算法的乙苯脱氢过程多目标优化

设计了一种基于支配关系构造非支配解集的多目标粒子群算法(MOPSO),将当前找到的非支配解保存到一个外部集——最优解集,利用支配更新其最优解集,多次迭代后得到Pareto最优解集。把乙苯脱氢反应过程的收率和选择性作为优化目标,动力学模型和实际生产状况作为约束条件构造乙苯脱氢过程的多目标优化问题,利用改进的多目标粒子群算法进行优化求解。基于求得的Pareto最优解集研究了各个操作条件对乙苯脱氢生产过程收率和选择性的影响,为后续乙苯催化脱氢系统实施先进控制奠定了基础。     

基于NSGA-Ⅱ的模拟移动床色谱分离过程多目标操作优化

多目标优化策略被应用于模拟移动床过程的操作优化中，采用一种基于Pareto最优解的多目标优化算法——NSGA-Ⅱ算法，以分离联萘酚对映体的模拟移动床色谱分离过程作为研究对象，利用模拟移动床TMB数学模型，以分离性能指标作为目标函数进行了多目标操作优化设计。优化结果表明，NSGA-Ⅱ算法得到的非劣解在目标空间分布均匀，算法收敛性和鲁棒性好。基于NSGA-Ⅱ算法的面向分离性能多目标优化设计方法为模拟移动床分离过程的工艺设计和操作指导提供了有效的工具。     

电-气互联系统的多目标优化

针对电-气互联系统的运行成本(包括电力系统成本和天然气系统成本)和污染排放成本综合优化问题,在粒子群优化算法的基础上利用Pareto优势原理挑选最优解,获得Pareto非劣解集.以IEEE5-NGS10构成的电-气互联系统为例进行多目标优化计算,求解Pareto曲线,并根据所得Pareto曲线找出了多目标优化的最优解,...     

一模多腔端子塑封充模平衡度模糊优化

多型腔小尺寸塑件注射成型中,型腔填充不平衡影响了制品质量及生产率的提高。针对精密端子多型腔塑封,以平衡度为目标衡量熔体流动平衡性,设计了各级流道平衡的多目标优化问题。在正交试验的基础上,构建了各级流道平衡度的Kriging数学模型,并通过NSGAⅡ遗传算法,求得平衡度多目标Pareto front解集前沿,然后通过模糊评判方法,从Pareto front解集前沿中筛选出满足条件的理想解。根据优选方案试验,结果表明,各级流道平衡性远高于初始方案,制品不良率小于0. 5%,生产过程得到有效控制。     

激光对射式可燃气体探测器在压气站工艺区布置方案研究

为进一步提升压气站场的安全性,拟在站场露天工艺区域布置可燃气体探测器。由于工艺区为敞开区域,常规的点式探测器难以发挥效用,因此拟采用激光对射式探测器。本文对该区域内的微量泄漏进行了数值模拟分析,得出了量程、报警浓度以及布置高度对可燃气体探测器布置的影响,提出露天工艺区域激光对射式探测器的布置建议,为压气站露天工艺区域可燃气体探测器的选型和布置方案提供指导。     

罐区可燃气体探测器优化设置研究进展

从定性、定量优化气体探测器布局的三个研究阶段进行了分析总结:依据经验和标准规范制定布设方案,没有具体的定量指标,精确度低,会导致探测器检测性能不高;基于模拟气体泄漏扩散结果,针对高危风险区域重点布设探测器,该方法具有可信度,但未能系统量化整体风险;基于数学规划方法优化探测器布局,能实现在各种可能泄漏场景下探测器检测性能综合表现最优,该方法更科学合理。     

多目标优化在化工领域中的应用进展

环境友好的化工过程不仅需要关注与生产过程收益密切相关的原材料费用、设备费与操作费等,还要综合考虑生产过程的安全性与废弃物的环境危害等指标。多目标优化是在综合考虑各个目标的情况下,根据问题的需要,寻求一组合适的优化方案即Pareto解集。文章主要从动力学、生产过程、产品供应链等方面综述了近几年多目标优化在不同化工生产过程中的应用。     

A risk-based methodology for the optimal placement of hazardous gas detectors

Hazardous gas detection systems play an important role in preventing catastrophic gas-related accidents in process industries. Even though effective detection technology currently exists for hazardous gas releases and a majority of process installations have a large number of sensitive detectors in place, the actual operating performance of gas detection systems still does not meet the expected requirements. In this paper, a risk-based methodology is proposed to optimize the placement of hazardous gas detectors. The methodology includes three main steps, namely, the establishment of representative leak scenarios, computational fluid dynamics (CFD)-based gas dispersion modeling, and the establishment of an optimized solution. Based on the combination of gas leak probability and joint distribution probability of wind velocity and wind direction, a quantitative filtering approach is presented to select representative leak scenarios from all potential scenarios. The commercial code ANSYS-FLUENT is used to estimate the consequence of hazardous gas dispersions under various leak and environmental conditions. A stochastic mixed-integer linear programming formulation with the objective of minimizing the total leak risk across all representative leak scenarios is proposed, and the greedy dropping heuristic algorithm (GDHA) is used to solve the optimization model. Finally, a practical application of the methodology is performed to validate its effectiveness for the optimal design of a gas detector system in a high-sulfur natural gas purification plant in Chongqing, China. The results show that an appropriate number of gas detectors with optimal cost-effectiveness can be obtained, and the total leak risk across all potential scenarios can be substantially reduced. This methodology provides an effective approach to guide the optimal placement of point-type gas detection systems involved with either single or mixed gas releases.     

基于控制室爆炸载荷的可燃气云等价尺寸阈值

火气系统是防控气体泄漏灾害的重要安全屏障。可燃气体泄漏后与空气混合形成可燃气云,其爆炸属于体积爆炸,具有复杂性和多变性,因此将其折算为等价气云并提出阈值尺寸计算方法,是实现火气系统探测器网络量化布设的关键输入指标。选取控制室为受体,以载荷作为爆炸冲击波超压的临界值,运用多能法倒序计算,逆推得到对应的等价气云尺寸作为探测阈值,进而利用等价气云方法与高斯扩散模型得到火气系统探测临界时间。通过某LNG罐区案例分析,定量确定了该罐区可承载的气云尺寸最大值及扩散临界时间。数值计算表明,等价气云尺寸阈值不仅可以作为火气系统探测设计的量化输入指标依据,并可对探测时间设置以及气体泄漏及爆炸的防控措施提供理论支持。     

A novel X-ray computed tomography method for fast measurement of multiphase flow

A new approach based on an improved genetic algorithm (GA) was proposed to implement the image reconstruction when using X-ray computed tomography (XCT) for the application of fast measurement of multiphase flow dynamics. Instead of directly using a traditional XCT, we pursued to develop a different discrete tomography (DT) method, aiming to achieve a high resolution in time during the measurements with only limited projection data. The proposed method assumed that the interested multiphase flow can be simplified as having distinct dense and dilute phases so that the local phase concentration can be binary-coded, e.g., 0 or 1 in a gas bubbling system. The mathematical problem under these circumstances is strongly ill-posed, and thus tackled with an optimization approach, i.e., a GA incorporated with the underlying physics as some constraints. The numerical simulations mimicking the physical measurements demonstrated the feasibility of the new approach, namely GA-XCT, especially with high robustness to the noise. Experiments were performed to simulate a transient measurement on the gas bubbles in water, with a portable X-ray tube and a 2D plane detector as the hardware and a static object rotating in between. The results further provided the validation of the GA-XCT being superior to the conventional algorithm, e.g., filtered back-projection (FBP) technique, in dealing with the tomography of multiphase system with binary local density field.     

可变模态分解算法及其在天然气管道泄漏检测中的应用

对可变模态分解算法在天然气管道泄漏信号检测中的应用做了研究。通过对其噪声鲁棒性、过度分解和不饱和分解特性的分析,并与经验模态分解和小波分解进行对比,证明可变模态分解算法在天然气管道泄漏信号检测与分析方面的可行性和有效性,并且可变模态分解具有更好的噪声鲁棒性和泄漏信号检测效果。     

可燃和有毒气体检测器在聚丙烯装置中的应用

为保障聚丙烯装置的生产安全和人身安全,检测泄漏的可燃气体和有毒气体的浓度并及时报警以预防火灾与爆炸和人身事故的发生。在聚丙烯装置中设置了以下四种固定式可燃和有毒气体检测器,根据聚丙烯装置需要检测的气体的介质不同,聚丙烯装置中设置了碳氢气体检测器、氢气气体检测器、氧气气体检测器、一氧化碳气体检测器,根据聚丙烯装置需要检测的气体释放源的不同位置在全厂不同位置,进行合理的整合及布置不同数量的可燃和有毒气体检测器,以保证在装置运行期间及时发现并处理危险气体的泄漏问题,保证全厂装置的正常运行。     

Improved infeasible path optimization for sequential modular simulators—II: the optimization algorithm

Recently it was shown that chemical processes modeled by steady-state simulators could be optimzied without repeatedly converging the process simulation. Instead, optimization and simulation of the flowsheet can be performed simultaneously, along an infeasible path, thus leading to much more efficient performance.In this two-part study, we describe several improvements to this infeasible-path approach. This second article deals with theoretical and computational improvements to the optimization algorithm. Because recycle convergence and optimization occur simultaneously, the consequences of algorithmic failure can be severe, since little useful information is recoverable. Here we consider and improve several factors that affect the efficiency and robustness of the successive quadratic programming (SQP) optimization algorithm.The improvements are demonstrated on several small problems as well as on three chemical process problems. The results show significant improvement in performance as predicted from the theory.     

Z形管不同位置泄漏的数值模拟

油气管道的泄漏易引发重大的安全事故并造成巨大的经济损失,特别是我国有些地区管网运行已有30多年,发生泄漏几率很大。及时发现管道泄漏事故并作出合理的解决方案,对控制事故的发展和减少由此带来的损失有着重要的意义。利用CFD仿真软件和有限容积法借助多相流VOF模型,研究了上下两个弯头的Z形管不同漏点的复杂工况,考虑了重力的影响,对其压力场进行了数值模拟,并对不同位置漏点对泄漏的影响做出了理论分析。     

浙江省级天然气管道第三方破坏失效概率计算方法探讨

第三方破坏不仅取决于管道自身条件,而且还受外部环境、运行管理条件的直接影响,所引起的管道失效概率具有很强的随机性。本文对欧洲输气管道失效数据库提供的相关失效数据进行线性回归分析,结合浙江省级天然气管道运行情况,基于风险评估第三方破坏评分体系与权重确定方法,综合考虑管道环境和运行管理条件,提出了管道第三方破坏失效概率预测模型。运用VB语言编制了计算程序,对8条管线进行计算,计算结果表明:对浙江省级天然气管道失效概率影响最大的因素是管径、壁厚和埋深。所建立的预测模型可作为评判输气管道第三方破坏的量化指标,为浙江省级天然气管道的运行、维护和检测提供参考依据。