[发明专利]天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统

权利要求书

1.一种天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统，其特征在于：包括物理层、数据层和虚拟层；

所述物理层内设有SCADA系统，所述SCADA系统包括用于实时采集数据的传感器和用于控制所述三甘醇脱水装置的工艺参数的PID控制器；

所述数据层内设有PI实时数据库和数据库服务器，所述SCADA系统采集得到的物理数据存储在所述PI实时数据库内，且PI实时数据库内的物理数据经数据预处理后再存储到所述数据库服务器内；

所述虚拟层内设有所述三甘醇脱水装置的数字孪生模型，所述数字孪生模型由几何模型、工艺流程模型和虚实映射模型融合得到；

所述几何模型采用三维建模软件在数字空间内创建得到，所述几何模型中的每个设备均添加控制脚本以根据输入的物理数据控制信息与数据更新；

所述工艺流程模型由流程仿真模型和实时数据接口组成，所述流程仿真模型包括稳态仿真模型和动态仿真模型；所述稳态仿真模型通过虚拟设备模块搭建仿真流程，且所述稳态仿真模型根据输入的物理数据以推算出流程中的工艺参数；所述动态仿真模型为在所述稳态仿真模型的基础上添加流程的PID控制器得到，所述动态仿真模型用于反映所述三甘醇脱水装置开停车或受到工况扰动时的动态时序响应过程；

所述虚实映射模型通过所述数据库服务器获取实时的物理数据并将物理数据输入到所述几何模型和工艺流程模型内，所述工艺流程模型根据输入的物理数据运算产生孪生数据以实时预测所述三甘醇脱水装置的脱水性能和能耗数据。

2.根据权利要求1所述的天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统，其特征在于：所述虚拟层内还设有能耗优化模型，所述能耗优化模型内具有根据所述孪生数据对所述三甘醇脱水装置的工艺参数进行优化的参数优化算法，所述虚实映射模型将所述参数优化算法优化得到的工艺参数输入到所述SCADA系统的PID控制器。

3.根据权利要求2所述的天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统，其特征在于：三甘醇脱水装置中的能耗是所有能耗设备消耗能源的总和，其能耗模型为：

其中，E为设备总耗能，X＝(x₁,x₂,…,x_j,…x_m)为工艺流程中的工艺参数，x_j表示第j个工艺参数；E_i为设备i(i∈N)在工艺参数X下的耗能；

参数优化算法优化工艺参数的目标函数为：

参数优化算法优化工艺参数的约束条件为：

(1)脱水性能满足设定的脱水指标要求；

(2)脱水流程中，各环节的工艺参数均在各自允许的范围之内。

4.根据权利要求2所述的天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统，其特征在于：所述参数优化算法采用PSO粒子群算法、退火算法或遗传算法。

5.根据权利要求1-4任一项所述的天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统，其特征在于：还包括应用服务层，所述应用服务层用于数字孪生模型的可视化展示与操作。