hysys动态模拟介绍

Hysys.Dynamic---动态流程模拟软件化工流程模拟系统分为两大类：稳态模拟及动态模拟系统。

稳态模拟系统以所有工艺参数不随时间变化为前提。

由于干扰的存在，实际装置的工艺参数是不断变化的。

我们无法用稳态软件，求出装置不同调节通道的时间常数和它的动态特性，所有的控制方案的选择只能靠参考已有的生产装置或大概的理论定性分析。

为了分析实际装置，找出最佳的操作条件，人们不得不冒极大的风险用实际装置做试验，而得到的只是某些特定条件下的回归公式。

动态模拟系统将时间变量引入系统，即系统内部的性质随时间而变。

它将稳态系统、控制理论、动态化工及热力学模型、动态数据处理有机地结合起来，通过求解巨型常微分方程组来进行动态模拟。

这种软件要求庞大的资源及多任务操作系统，过去只能在大型机上运行，同时由于操作非常复杂，动态模拟软件在国外也只能为极少数权威及专家所享用。

由于微机的高速发展及Microsoft Windows 软件的推出，改变了DOS 对微机资源及单任务的限制，使得动态模拟系统在微机上运行成为可能。

加拿大Hyprotech公司不负众望，以雄厚的技术实力，率先开发出微机版动态模拟系统Hysys1.0。

动态模拟系统Hysys的推广及应用必将给石油化工设计领域、生产领域、研究领域带来一场深刻的革命，成为石化领域划时代的里程碑。

化工模拟软件基本是沿两个方面发展和提高，一是在化工模拟理论和技术方面发展，以使软件应用范围更广泛；另一方面是在软件及计算机辅助工具发展，也就是研究更好的方法，使工程师更易掌握、使用这种软件，在研究方案中更灵活地运用这种软件。

近年来，第一方面发展很快，后一方面则进展很慢。

由于前一方面各家公司的水平都较高，所以后一方面就显得尤为重要。

将两者结合起来，利用新一代的编程工具开发新一代的模拟软件，必将给化工模拟行业带来一场变革。

Hyprotech在软件发展过程中始终坚持一个宗旨：“使软件操作简单、方便，工程师易学、易懂”。

达到这个目的的方法之一就是工程师在使用过程中能随心所欲地更改变量，软件运行中的任何时刻都可暂停以观察数据的变化。

这就是我们所说的“完全交互式软件”，这就是Hyprotech公司的第一代产品HYSIM。

它也是世界上第一个完全交互式的化工模拟软件。

Hyprotech的成功源于两个方面，其一是Hyprotech不断发展的技术能力；其二是Hyprotech对计算机技术发展带来的潜在新技术的认识，以及对这种变化做出的快速反应。

从交互模拟到微机上的交互模拟技术，Hyprotech一直以提供创新的软件而领先于世界。

Hysys以具有十几年世界各地化工、石油领域的应用历史的HYSIM为其坚实的基础。

Hysys包含更多、更复杂的物性计算包及单元操作。

为了能更快速、准确得到计算结果，我们增加了强大的初始化及快速迭代计算工具。

同时我们还增加了系统优化、反应蒸馏、先进的变量计算表，用于控制研究的控制器和传递函数发生器。

2002年7月，Hyprotech公司与AspenTech公司合并，Hyprotech成为AspenTech公司的一部分。

Hysys.Dynamic动态模拟软件的特点：1 最先进的集成式工程环境由于使用了面向目标的新一代编程工具，使集成式的工程模拟软件成为现实。

在这种集成系统中，流程、单元操作是互相独立的、流程只是各种单元操作这种目标的集合，单元操作之间靠流程中的物流进行联系。

在工程设计中稳态和动态使用的是同一个目标，然后共享目标的数据，不需进行数据传递。

因此在这种最先进且易于使用的系统中用户能够得到最大的效益。

2 强大的动态模拟功能：先介绍一下动态模拟方法及过程：流程稳态模拟收敛后，首先定义单元操作的动态数据(如：分离器的几何尺寸，液位高度等)，安装控制仪表，然后就可以进入动态，开始动态模拟。

动态模拟过程中，你可以随时调整温度、压力等各种工艺变量(这就是Windows的多任务)。

观察它们对产品的影响以及变化规律。

你可以随时停下来，转回静态。

由于动态和静态是相同对象的共享，所以动静之间的转换非常容易。

Hysys提供了以下进行动态模拟的控制单元：PID控制器：可完成对任何变量的控制。

传递函数发生器：可产生任何形式的过程传递函数，如：一阶环节、二阶环节、微分和积分环节。

用它们可以模拟任何被控对象及干扰源。

数控开关：在动态过程中，可通过检查某操作条件而控制另一变量的开或关，进而达到对整体装置的控制。

功能强大的变量计算表：每个表任意个变量。

这个表象一台在线挂在实际装置上的控制机，它可以引入流程中的任何变量，然后在表中处理(该表可以进行各种函数及逻辑运算)，将其结果再送回流程，指定给某些变量，从而达到控制某些变量的目的。

3 神奇的干板开车：任何容积式设备都可以在没有物料的条件下开车启动，分馏塔的干板开车(尤其是分凝器塔)是动态模拟技术中的一大难题。

Hysys 能实现这一功能，这对装置开工方案的研究有着十分重要的意义。

4 内置人工智能：在系统中设有人工智能系统，它在所有过程中都能发挥非常重要的作用。

当输入的数据能满足系统计算要求时，人工智能系统会驱动系统自动计算。

当数据输入发生错误时，该系统会告诉你哪里出了问题。

5 数据回归包：数据回归整理包提供了强有力的回归工具。

用实验数据或库中的标准数据通过该工具用户可得到焓、气液平衡常数K的数学回归方程(方程的形式可自定)。

用回归公式可以提高运算速度，在特定的条件下还可使计算精度提高。

6 严格物性计算包：Hysys提供了一组功能强大的物性计算包，它的基础数据也是来源于世界富有盛名的物性数据系统，并经过本公司的严格校验。

这些数据包括16,000个交互作用参数和1,800多个纯物质数据。

7 功能强大的物性预测系统：对于Hysys标准库没有包括的组分，可通过定义假组分，然后选择Hysys的物性计算包来自动计算基础数据。

8 DCS接口：Hysys通过其动态链接库DLL与DCS控制系统链接。

装置的DCS数据可以进入Hysys，而Hysys的工艺参数也可以传回装置。

通过这种技术可以实现：1)在线优化控制；2)生产指导；3)生产培训；4)仪表设计系统的离线调试。

9 事件驱动：将模拟技术和完全交互的操作方法结合，使HYSIM获得成功。

而利用面向目标的技术使Hysys这一交互方式提高到一个更高的层次，即事件驱动。

当你在研究方案时，需要将许多工艺参数放在一张表中，当变化一种或几种变量时，另一些也要随之而变，算出的结果也要在表中自动刷新。

这种几处显示数据随计算结果同时自动变化的技术就叫事件驱动。

通过这种途径能使工程师对所研究的流程有更彻底的了解。

10 工艺参数优化器：软件中增加了功能强大的优化器，它有五种算法供您选择，可解决无约束、有约束、等式约束及不等式约束的问题。

其中序列二次型是比较先进的一种方法，可进行多变量的线性、非线性优化，配合使用变量计算表，你可将更加复杂的经济计算模型加入优化器中，以得到最大经济效益的操作条件。

11 窄点分析工具：利用Hysys的窄点分析技术可对流程中的热网进行分析计算，合理设计热网，使能量的损失最小。

12 方案分析工具：某些变量按一定趋势变化时，其它变量的变化趋势如何呢？了解这些对方案分析非常重要。

比如，当研究塔的回流比和产品质量的变化对热负荷、产量、温度的影响时，在Hysys的方案分析中选回流比和产品质量作为自变量，给出它们的变化范围和步长，Hysys就开始计算，最后会给出一个汇总表。

13 各种塔板的水力学计算：Hysys增加了浮阀、填料、筛板等各种塔板的计算，使塔的热力学和水力学同时解决。

14 任意塔的计算：我们以前接触的软件中所有分馏塔都是软件商提供了一个最全的塔，然后让用户自己选择保留部分。

试问，若用户有一个塔，其上部分为吸收-解析塔，下部分为提馏塔，这种塔该如何计算呢？Hysys就可以。

由于采用了面向目标的编程工具，塔板、重沸器、泵、回流罐等等都是相互独立的目标。

人们可以任意组合这种目标，而完成各种各样的任意塔，十分方便。

动态模拟软件在工业生产和工业设计方面的应用：1.工业装置安全分析和预测：工业装置的整体动态流程模拟是单体设备安全分析和安全预测的基础，模拟系统可以向单体设备安全分析系统提供可靠的工艺数据。

通过动态模拟可以使装置运行在操作极限状态。

极限状态操作数据对于安全分析来说是必不可少的，不用动态模拟系统我们不可能得到这些数据，因为人们不可能在实际装置上做极限操作试验。

2.装置操作规律的研究：掌握装置运行特点和操作规律对装置的安全分析和预测起着决定性的作用。

试想若不知道该装置如何运行和如何操作，能分析和预测该装置内某一单体设备的安全运行规律吗？3.控制方案的研究及连锁控制调试：控制方案及紧急事故的连锁响应在实际生产过程中起着相当重要的作用。

使用Hysys动态模拟软件，能使工艺和控制两个专业融合在一起，发挥各自的长处。

这样，在模拟过程中就可以对装置进行动态操作，设定干扰和人为设定事故状态，研究确定最佳的控制方案和紧急事故的连锁响应的安全可靠性。

4.分析装置操作、生产过程中的瓶颈问题，设计最佳的流程方案对于有循环物流的生产装置，尤其是化工反应装置，由于计量仪表的误差存在，如果流程设计不合理，生产过程中可能会由于循环物料过多或过少而使生产系统崩溃。

这种过程用稳态模拟软件是无法描述的，用动态软件则可以分析过程的关键环节，模拟这种崩溃的全过程。

5.确定安全的开工方案：装置安全、平稳地开车启动是生产中的关键技术。

用Hysys可以模拟开工过程，看到开车过程中各种工艺参数，尤其是关键设备，如蒸馏塔板的汽液相负荷变化，压缩机和机泵的压力及液体和气体的携带量等，从而研究各种开车方案，以保证开工的安全。

6.计算间歇生产过程的安全问题：如间歇精馏、间歇反应等。

7.计算特殊的非稳态过程：计算系统紧急放空的安全问题。

当系统内部压力、温度不等时，用稳态软件不能计算。

(稳态软件的放空系统假设所有涉及的放空单元的物流混合形成一股物流再进行放空计算)。

另外，当计算蒸馏塔放空阀及压力调节阀时也只能用动态软件来完成。

这种特殊非稳计算主要靠Hysys的强大变量计算表功能和过程传递函数功能，利用微分逼近的原理来完成的。

利用这一新型的工具，安全工程师可以分析解决许多前人无法解决的工程难题。

8.安全生产指导和调优：由于动态软件Hysys能完全模拟装置动态操作过程，动态的计算完全采用严格的热力学模型。

所以，动态计算的结果也十分准确。

相反，以前的过程仿真系统的主要目的是培训，所以它的计算核心只是回归公式或简化计算，其结果只是一种热力学趋势，决不是实际装置的数据。

在动态模拟中，还可将装置的工艺参数调到各种极限状态，这在实际装置上是决不允许的，以找出装置的操作规律或分析装置生产问题的原因。