6

Click here to load reader

[IEEE 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC) - Guilin, China (2009.06.17-2009.06.19)] 2009 Chinese Control and Decision Conference - Study on the optimal operation of

  • Upload
    le

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: [IEEE 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC) - Guilin, China (2009.06.17-2009.06.19)] 2009 Chinese Control and Decision Conference - Study on the optimal operation of

��������������*

��1����

1���

1

1. �����������������, ����, ��, 110004, ��

��: [email protected]

� �: �������������������������������. �����������

�����������, ���������, ������������, ��������� NSGA-

�����. ���������, �������������������.

���: ����, �����, ����, ���

Study on the Optimal Operation of the Steam Network in the Refinery

WU Hao1�LUO Xiaochuan

1�YU Le

1

1. Key Laboratory of Process Industry Automation (MOE), Northeastern University, Shen Yang 110004, China

E-mail: [email protected]

Abstract: Based on other people’s study of steam network, a network which integrated with process units was

obtained. This dissertation has proposed a constrained multi objective model, and NSGA-�(Non-dominated Sorting

Genetic Algorithm -�) will solve it quickly. A real industrial example has been analyzed and the improvements are

identified.

Keywords: Steam Network, Multi-objectives optimal, Genetic Algorithm, Refinery

1���

�������������������

����������������������

����������������������

��������������������

���������������������

����������������������

����������������[1]�� 1 ��

��������

�������������������

����������������������

��������������������

����������������������

���������������������

�������������

2�����

����������������

������������������-��

�������-���-�����������

������������������� 2�

*����������973���(2009CB320601)����

������ (70721001, 60604025)�������� ���

(NCET-08-0105)��������������������

*Supported by National Basic Research Program (973 Program) of

China(2009CB320601)�National Natural Science Foundation of China

(70721001, 60604025), Program for New Century Excellent Talents in

University (NCET-08-0105), the Scientific Research Foundation of

State Education Ministry for the Returned Overseas Chinese Scholars.

�1 �����

� 2 �����������

����/��������������

���� 2������� ��������

�������������������

5496978-1-4244-2723-9/09/$25.00 c© 2009 IEEE

Page 2: [IEEE 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC) - Guilin, China (2009.06.17-2009.06.19)] 2009 Chinese Control and Decision Conference - Study on the optimal operation of

�������������������

����������������������

���������������������

������������������

������������� ���0�1�

����������������������

�����������������

�������������������

��������������������

������������� �������

��������������������

[6]���������������������

���������������������

����������������������

����������������������

������� 1.0Mpa ����������

���������� ������

������ �����������

��������������������

������������������

� 3���������

�3 �������

3�����

�������������������

���������������������

����������������������

��� 0�1�����������������

��������

3.1 ����

�������������������

������(1)���������������

���(2)����������������

��������������

MaxP PPp

p

= � (1)

( )

( )

MinC CR COF CMu u u

u

CS CE PRr

r

= + +�

+ + + � (2)

3.2 ����

3.2.1 ����������

���������������/����

������������� �� (3)��

FMp,m�����������������

��������������������

�������/���������������

, , ,GM FM

p m r m p mκ × =� � (3)

,p mκ ������

,FM

p m�������

2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC 2009) 5497

Page 3: [IEEE 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC) - Guilin, China (2009.06.17-2009.06.19)] 2009 Chinese Control and Decision Conference - Study on the optimal operation of

������ ���������������

��������� 0�1 ���������

,p sk ���� p�������� s�����

����������������������

��� , ,p sk FMp m

× �����������

���������������������

, 1p ss

k ≤� (4)

3.2.2 ����������

�������������������

���������������������

�������������������

�����������������

(5)��������������� ��

�����������������������

,( ), ,p s p

uFU k H GUsu s uH H

s w

η= × ×� �

−(5)

������ ���������

�������������������

���������������������

����������������

� �������� �(6)�C���G Gi o�

������������ N ��� ����

3 4 5G C C G C Ni o

= + + (6)

3.2.3 ��������

��������������������

��������������������

������������������� �

�����������������

a����������������������

��(7)� k�����������������������������

, ,GU k FMs u p m

=� � (7)

b���������������������

����α ����

, ,FU GUs u s u

α =� � (8)

c�������������������

���������������������

������������������

����D��������������

,D GU

s u=� � (9)

3.2.4 ����

a�������

������������������� t�

����(10)�RMm������������

,FM RM

p m m≤ (10)

b������

��������������������

�����������������������

����������� minΦ � maxΦ ������

������������

min max,GM

r mΦ ≤ ≤ Φ (11)

4�����

�����������������Pareto

���������������������

���������GA����������

���[7]�����������������

����������������������

���������NSGA-��

4.1 ����

NSGA-���������������

���������������������

���������������������

��������������� 4 ������

���������� 1 2 3[ , , ... ]nx x x x x= ���

���������������������

� �������������������

����������������

nxix

�4 �������

4.2 ����

�������������������

������� Pareto ����Goldberg ����

Pareto �������������������

���������������������

���������� Pareto ���������

������ ������[8]�Kalyanmoy

Deb ����������� �� ����

NSGA[9]������������������

��

4.3 ����

NSGA-�����������������

�� �������������NSGA-�

��� � (rank)� ����� (crowded

comparison operator)������������

����������(elitism)��������

5498 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC 2009)

Page 4: [IEEE 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC) - Guilin, China (2009.06.17-2009.06.19)] 2009 Chinese Control and Decision Conference - Study on the optimal operation of

��������������������

��

������� 1P�����������

��� 1Q ��������������

� t������ tQ ��� tP���� tR ��

���2N �

tR ��� �� �� 1 2 LF F F�� ����

�������

������� ���

� 1 iF F� �� ����� �������

1tP+ ����� ( )i i<LF ��������

N �� iF ������ ��� i( , )nsort F � �

�� 1tN P+− ���� 1tP+ �����N �

�������������� �

� ��� ��������

����������������

���������������������

� �������������������

�������������� �����

����������������������

����������������������

���������������������

���

���� �� � ����������

��� NSGA-�����������1) �

�������� pn 2)��� ������ pS 3)

��� �� dI[i] �

����������� rankr ������

������������������

��������� ��������� 5�

1 2z z� ������� a b h�� ������

1 2 5F F F�� ��� �����������

����� �������

� 5 � �����

�� dI[i] ������ i ������ i

���������������� 6 ����

��������� [ ]I i m���� I ��� i

���m������� max min

m mf f� �����m

��������������

max min

d m mI[i] = (I[i+1]m - I[i - 1]m) / (f - f ) (12)

�6 �� ��

� � � � � � � � � � �

i( , )nsort F � �� iF ������ 1tP+ ������

� rankr � �� dI[i] �NSGA-��� ����

���� ��� ������� i j� ���

�� n� ���� � rank ranki j< ����

rank ranki j= � d di j> ���� ni j� �� ���

����������������� ��

���� ������������������

���� �����

4.4 ������

NSGA-����������������

������������� �������

������1�������2���

�������3�����������

�������1���� � ��� �2�

������ ���3������������

������������������

�����

4.5 ����

������������� ������

�������������������

�������� ���chld���� y�

����betaq���������������

��

1 0.5 (( 1 2) - ( 2 - 1))

2 0.5 (( 1 2) ( 2 - 1))

chld y y betaq y y

chld y y betaq y y

= × + ×

= × + + ×(13)

2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC 2009) 5499

Page 5: [IEEE 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC) - Guilin, China (2009.06.17-2009.06.19)] 2009 Chinese Control and Decision Conference - Study on the optimal operation of

4.6 ����

������������������

�������������������

����� y����� yn���������

yu� yl������������������

���

( - )yn y deltaq yu yl= + × (14)

5�����

� 3 ������������������

��������������������

�����������������������

�������������65t/h�������

����������������������

��������������������� 1�

2���� ���� 1�����������

�����

� 1. ������ �����%, �� t/��

����

� � ��

��

� � � � � � � � � �

����

��

�����

��

��

��

��

�� ��

�� ��

��

� �� ��

��

��

��

� ��

��3.2 8.3 35.2 0.2 93 42.39 33.14 3.59 39.4 10.78 12.55 15.4 28 16 6.6

��1056 7066 4160 3665 7795 5500 5978 3665 1035 4160 3665 7035 7519 4160 3665

� 2. �������������

�� ��

������ 120/d

������ 50/d

������ 50/t

�������������������

��� Pareto���������������

�� �����������������

������������ �������

�������������������

������� ����������

��������������������

����������������������

��� Pareto���������������

��������������������

����������� Pareto���

�� 7���������������

������������ ���������

�����������������

������������������

����������� ���������

������ 300000t/h ����������

��������� 250679 �/h——136928

�/h����������� 15094 �/h����

�������——�������������

����

�7 ���Pareto��

6���

������������������

��������������� �����

����������������������

���������� Pareto��������

��������������������

��������������������

����������������������

5500 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC 2009)

Page 6: [IEEE 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC) - Guilin, China (2009.06.17-2009.06.19)] 2009 Chinese Control and Decision Conference - Study on the optimal operation of

���������

�����

[1] �. ��� �����������. ����.

2000�30(12)�1-5.

[2] ���, ���, ��!. �����������

����.����������. 2003�02�.

[3] ���, �, ���, ��". ��������

����������.��������. 2005�

02�.

[4] Zhang J, Zhu X X, Towler G P. A simultaneous

optimization strategy for overall integration in

refinery planning[J ].Ind Eng Chem Res,2001,

40(12):2640-2653.

[5] ��. ����������������.��,�

�����,2005.

[6] ���, �. ����������������

�. �������. 2006.11�11�1057-1060.

[7] Srinivas N, Deb K. Multiobjective optimization

using nondominated sorting in genetic algorithms.

J Evol Comput 1994;2(3):221–48.

[8] De Jong K A. An Analysis of the Behavior of a

Class of Genetic Adaptive Systems. Doctoral

Dissertation, University of Michigan, 1975

[9] Deb K, Agrawal S.,Pratap A.,etal., A fast elitist

nondominated sorting genetic algorithm for

mufti-objective optimization�NSGA-II [A] [J],

Proc of the Parallel Problem Solving from Nature

VI Conf, Faris, 2000:849-858.

���

1,...,p P= ���������������

1,...,r R= ��������������

1,...,s S= ����������

1,...,m M= ���������

1, ,u U= ⋅⋅⋅ ������������

1, ,k K= ⋅⋅⋅ ��������������������

���

�����

oH �����

gH ����

s1 s2H H� ���������

wH ���

PM �����

uCM ���u�������

CS ��������CE��������

iCG �����������

uCOF ����� nU �����

kPI ����������������

mCOF ��� t�����e�������m���

��

rPR ��� t����� e�������m����

���

mCM ��� t����� e�������m���

����

p,mκ ������� e������� m���� p��

�/���

mRM �������m�����

pPP ��������

r,mGM ����� r�������m����

uη �������u�����

,FUs u�������u���� s����

,GUs u����� s�������u����

2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC 2009) 5501