[发明专利]天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统

说明书

本发明公开了一种天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统，通过设置在物理层内的SCADA系统采集三甘醇脱水装置的各类数据并构成物理数据，通过设置数据层实现物理层与虚拟层之间的数据交互；通过在虚拟层内设置由几何模型、工艺流程模型和虚实映射模型融合得到的数字孪生模型，虚实映射模型获取物理数据以输入到几何模型、工艺流程模型，几何模型根据三甘醇脱水装置由三维建模软件创建得到，工艺流程模型由物理模型实时驱动，分别由稳态仿真模型和动态仿真模型推算工艺参数和动态时序响应过程，从而得到孪生数据，以实时预测三甘醇脱水装置的脱水性能和能耗数据。

技术领域

本发明属于天然气脱水技术领域，具体的为一种天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统。

背景技术

随着大数据、云计算、物联网和人工智能等新一代的信息技术的兴起，数字孪生的在工业领域中的应用越来越广泛。通过在数字空间中构建物理实体的数字孪生模型，将物理模型与孪生模型进行实时映射，使孪生模型反映物理实体的状态、行为和活动，在优化控制、模拟仿真、空间重构等方面有着广阔的应用场景。数字孪生技术已在智能制造、智慧城市等多个领域有研究和应用，但在石化领域中，研究和应用依旧较少。近年来，以煤炭为主的传统能源结构对生态环境造成的环保压力不断增大，天然气作为清洁、高效的能源，其需求也越来越高。

三甘醇脱水系统由于其高效、稳定和低成本的特点被广泛应用于天然气储运中。水露点和水含量是反映脱水性能的重要指标，脱水性能参数可以使用在线水露点分析仪监测。然而，因为检测介质等原因，在线分析仪容易受到干扰，准确性低。因此，工程中通常采用人工巡检，但存在检测设备昂贵、效率低的问题。

三甘醇脱水的工艺优化是油气储运领域研究的热点，目前优化方式通常基于某一特定时间节点的工况进行优化，而脱水装置在实际运行中，工况随时间变化，现有的优化方法效果并不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统，实现物理空间与数字空间的映射，使物理空间的天然气三甘醇脱水装置与数字空间的孪生模型并行运行，以实现对脱水性能的实时监测。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统，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。