Подбор параметров

 

Имеющаяся в GIBBS возможность подбора параметров позволяет автоматически решать широкий круг задач инженерного моделирования с достижением заданных характеристик рабочих потоков, в том числе – их товарных характеристик.

 

Функция подбора параметров реализуется с помощью рабочих элементов контроля потока и энергии. 

 

 - контроль потока

 

 - контроль энергии

 

Эти элементы доступны на вкладке «Контроль данных» Панели агрегатов.

 

Включить функцию подбора параметра

 

Чтобы эти элементы и функция подбора параметра стали доступны, необходимо включить соответствующий пункт в главном меню «Расчет>Подбор параметра». Теперь элементы контроля можно использовать для подбора параметров. Нанести на схему числовой поток можно, выбрав соответствующий тип потока в правом нижнем углу панели агрегатов. 

 

Включить видимость числовых потоков и коннекторов

 

Чтобы было удобнее работать с подбором параметров, можно включить видимость элементов, отвечающих за подбор параметров, а именно – числовых потоков и коннекторов. Это можно сделать через главное меню «Вид> Числовые потоки и коннекторы».

 

Числовой поток

 

Теперь в моделируемой схеме, наряду с вещественными и энергетическими, могут появиться числовые потоки (представлены пунктирной линией). Они могут быть присоединены к любому рабочему элементу. Числовой поток формируется в элементах контроля потока и энергии и представляет собой один из параметров для расчета того рабочего элемента, к которому он присоединен.

 

Рассмотрим работу функции подбора параметров на примере.

 

Пример 1. Подбор качества продукта деэтанизатора

 

Пусть требуется получить заданное содержание этана в нижнем продукте деэтанизатора. Схема процесса приведена ниже.

 

Создайте проект и соберите схему, как показано на рисунке. Соедините числовой поток из элемента контроля потока SC-1 с числовым коннектором колонны T-1. Это позволит изменять свойства потока s12 варьируя выбранным параметром отбора пара сверху колонны  T-1. Задайте компоненты и состав сырья – потока s4 (молярные доли):

 

Methane

0.19797

Ethane

0.29244

Propane

0.19083

i-Butane

0.05154

n-Butane

0.12872

i-Pentane

0.04988

n-Pentane

0.06475

n-Hexane

0.00736

n-Heptane

0.00315

n-Octane

0.00288

n-Nonane

0.00271

n-Decane

0.00250

n-C11

0.00239

n-C12

0.00150

n-C13

0.00116

n-C14

0.00009

n-C15

0.00013

 

Пусть температура потока будет 5 оС, давление – 2.1 МПа. Расход потока – 20 тонн/час. Задайте следующие параметры схемы:

 

Давление после V-1 – 2.0 МПа

Количество 1 потока в Sp-1 – 160 кМоль/час (это значение будет начальным приближением. Можно задавать его в закладке контроля данных элемента SC-1)

 

Минимальная разность температур в E-1 – 10 оС

Выходная температура прямого потока в E-1 – 80 оС (будет выбрано выполнимое условие)

 

Давление вверху колонны T-1 - 2.0 МПа

Давление внизу колонны T-1 - 2.0 МПа

Температура верхней тарелки (нач. значение) колонны T-1 – 5 оС

Температура нижней тарелки (нач. значение) колонны T-1 – 150 оС

Отбор пара сверху колонны T-1  – 140 Кмоль/час

 

Выполните расчет схемы, не помечая контроллер, или отключите функцию подбора параметра  в главном меню «Расчет>Подбор параметра». Это позволит получить приближение для подбора параметра. После этого включите функцию подбора.

 

Задайте параметры в закладке контроля данных элемента SC-1. В настройках параметра агрегата (колонны T-1, т.к. SC-1 соединен по числовому потоку d13 с колонной  T-1)  выберите «отбор пара», задайте минимальное и максимальное значения этого параметра и его начальное значение (например – 100, 200, 140). Программа подбора параметра будет изменять значение параметра в заданном диапазоне и начнет это делать с заданного начального значения. Бланк свойств элемента SC-1 показан ниже.

 

 

В настройках функции потока  выберите «концентрация», «Весовая доля» и компонент, в данном случае – этан. Задайте требуемую концентрацию – 0.02 (2%).

 

В закладке «Параметры» измените точность на 0.0001 (по умолчанию – 0.001). В этой вкладке также можно контролировать значения функции и аргумента для трех последних итераций и число итераций. Также можно включить ключ «расчет сначала». Если ключ включен, в процессе расчета счетчик итераций обнулится, и процесс подбора параметра будет выполняться снова так, как будто никаких предыдущих расчетов не было.

 

 Закройте форму, нажав кнопку Ok.

 

Продолжите расчет (F9) или кнопкой  панели инструментов. Если процесс расчета будет окончен нормально, значение массовой концентрации этана, равной 0.02 будет достигнуто при отборе пара сверху деэтанизатора 154.3 кмоль/час.

 

Пример 2. Подбор количества водо-метанольного раствора для предотвращения образования гидратов в низкотемпературной установке

 

Схема установки приведена на рисунке. В этой схеме 95% (масс.) раствор метанола в воде используется для предотвращения образования гидратов в рекуперативном теплообменнике E-2, где газ охлаждается до –14.5 град. С  и в низкотемпературном сепараторе S-13, где газ имеет температуру меньше –30 град. С. Однако, наиболее уязвим теплообменник E-2, так как перед ним произведено только первичное отделение конденсата и влаги.

В установку поступает газоконденсатная смесь в количестве 345 тыс. нм3/час под давлением 13 МПа с температурой 25 град. С следующего состава (молярные доли):

 

Methane

0.81697

Ethane

0.09033

Propane

0.02433

i-Butane

0.00473

n-Butane

0.01027

i-Pentane

0.00330

n-Pentane

0.00408

Nitrogen

0.00902

CO2

0.00183

H2O

0.00806

Fr-325

0.00755

Fr-375

0.01148

Fr-425

0.00615

Fr-475

0.00190

 

Fr-325 – Fr – 475 – углеводородные псевдокомпонентыPseudo с температурами кипения 325 –475 К. Давление в S-13 составляет 7.8 МПа, давление в PP-1 составляет 4.1 МПа. Блок эжекторов моделируется смесителем с заданным выходным давлением, составляющим 7.8 МПа.

 

Для автоматического подбора требуемого количества водометанольного раствора используем элемент контроля потока SC-1, установленный после теплообменника, и дозатор MeOH. Установим настройки SC-1 как показано на рисунке:

 

 

В качестве начального приближения количества метанола можно задать, например, 20 или 30 кмоль/час. В теплообменнике Е-2 задана выходная температура –14.5 град. С. Как было сказано выше, это наиболее критическое место в схеме. Поэтому зададим температуру безгидратного режима –15 град. С. Отметим для расчета всю схему, кроме дозатора MeOH. (это нужно для получения начального приближения для расчета). Получим решение. Отметим также дозатор.

 

Продолжим расчет (F9). Если процесс расчета будет окончен нормально, значение расхода водометанольного раствора составит 25.6 кмоль/час или 792 кг/час.

 

Пример 3. Расчет сборной сети трубопроводов

 

Этот пример показывает, как элементы контроля потока и дозатора можно использовать для расчета параметров сборной трубопроводной сети. Задача заключается в том, чтобы определить для заданных трубопроводов количества или входные давления потоков таким образом, чтобы на выходе при смешении все потоки имели одинаковое давление. Схема решения такой задачи показана ниже.

 

В дозаторах Dose-1 и Dose-3 выполняется подбор расхода, а в Dose-2 - подбор входного давления. Параметры трубопроводов (диаметры и профили) заданы. Некоторая сложность может возникнуть в задании границ изменения параметров, а также в том, что для метода расчета перепада давления ExpertDP возможны немонотонные зависимости перепада давления от расхода, связанные с накоплением жидкости в трубопроводе.

 

Настройка функций потока

 

В качестве контролируемой функции потока можно выбрать:

 

-Концентрацию любого компонента

-Термодинамические (теплофизическиеDVRpt) параметры

-Параметры свойств потока (дополнительные характеристики потокаDVRpt)

-Также можно выбрать температуру начала замерзания диоксида углерода или температуру начала образования газового гидрата.

 

Получение нового приближения

 

Чтобы получить новое приближение параметра, задайте новое значение функции в панели настройки функции потока (закладка «контроль данных» формы свойств элемента контроля потока) и продолжите расчет (F9). Если новое значение функции не сильно отличается от старого, возможно необходимо будет повторно продолжить расчет.

 

Точность подбора параметра

 

Точность по аргументу (или по величине числового потока, соединяющего элемент контроля и какой – либо агрегат) зависит от заданной точности расчета рециклаDATACASE. Эта точность определяет максимальную разницу между предыдущим и последующим значениями аргумента. Точность по заданному значению функции определяется в закладке «Параметры» формы свойств элемента контроля потока (по умолчанию – 0.001).

 

Контроль энергии

 

Принцип работы этого элемента такой же, что и у элемента контроля потока. В настройках функции потока можно задать только количество тепла. 

 

На что следует обратить внимание при использовании функции подбора параметра

 

1. В настройках функции потока  можно выбрать многие характеристики потока. Вы должны представлять, что выбранный параметр является функционально зависимым.

2. В настройках параметра агрегата можно выбрать любой доступный параметр рабочего элемента, с которым соединен числовым потоком элемент контроля. Вы должны представлять, что выбранный параметр влияет на выбранное значение функции. Наличие функциональных связей никак не контролируется.

3. Вы можете задать такие диапазоны изменения параметра или такие значения искомых функций, которые не имеют физического смыла или не могут быть достигнуты. Это никак не контролируется.

4. Вы можете соединить элемент контроля с рабочим элементом, который не оказывает никакого влияния на поток, на котором установлен элемент контроля. В этом случае функция контроля параметра не будет работать.

5. Чем ближе к решению будет начальное приближение, тем более надежно будет получено такое решение.