專利名稱：用于協(xié)調(diào)和優(yōu)化液化天然氣(lng)工藝的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及工藝控制系統(tǒng)，更具體而言涉及用于協(xié) 調(diào)和優(yōu)化液化天然氣(LNG)工藝的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在碳?xì)寤衔锏纳嫌紊a(chǎn)中，特定儲(chǔ)層(reservoir)通 常產(chǎn)生油，而其他儲(chǔ)層通常產(chǎn)生氣體(gas )和濃縮天然氣液體(NGL )。 NGL的價(jià)格經(jīng)常接近原油的價(jià)格，使其成為高價(jià)值產(chǎn)品。此外，與NGL 相關(guān)聯(lián)的天然氣通常富含乙烷和甲烷，因此作為燃料源是有用的。然 而，天然氣通常難以通過管道傳輸，且通常是在遠(yuǎn)離主要需求區(qū)域的 位置生產(chǎn)。通過在低溫液化天然氣，天然氣的體積減小(例如減小為 1/600 )。該工藝使得油輪可以通過海路運(yùn)輸液化天然氣(LNG)，這比 通過管道運(yùn)輸更為經(jīng)濟(jì)。LNG的生產(chǎn)是發(fā)展中的產(chǎn)業(yè)，在全世界建立越 來越多的生產(chǎn)工廠以滿足來自諸如美國、英國和日本的國家的增長的 需求。由于所涉及的天然氣和殘留液體的數(shù)量，LNG工藝通常位置盡可 能靠近離岸生產(chǎn)設(shè)施。來自單個(gè)地點(diǎn)的LNG的生產(chǎn)可超過一千萬噸每 年。所生產(chǎn)的LNG通常以"熱值(heating value)"為基礎(chǔ)來 出售，意味著LNG是按以美元為單位的值(通常每百萬英國熱量單位 或BTU)來出售。LNG生產(chǎn)工廠通常將所生產(chǎn)的LNG分為低熱值(LHV) 或高熱值(HHV)的質(zhì)量。熱值經(jīng)常受到供給至該工藝的原料的質(zhì)量以 及加工操作本身的影響。LNG鏈內(nèi)原料的加工可以使用先進(jìn)工藝控制技 術(shù)來控制。 LNG工藝的原料經(jīng)常受上游操作沖擊。運(yùn)行上游生產(chǎn)工藝 的通常方法是不考慮天然氣質(zhì)量對(duì)下游加工地點(diǎn)的影響，而是著眼于 本地生產(chǎn)并嘗試和最大化本地盈利能力。這種選擇通常是由各種井生 產(chǎn)多少的NGL來驅(qū)動(dòng)的。這經(jīng)常使得NGL產(chǎn)量更高的井成為優(yōu)先的生 產(chǎn)井，即使天然氣質(zhì)量會(huì)對(duì)LNG質(zhì)量產(chǎn)生有害的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于協(xié)調(diào)和優(yōu)化液化天然氣(LNG)工藝的系 統(tǒng)和方法。在第一實(shí)施例中， 一種方法包括，使用第一工藝控制系統(tǒng) 控制第一工藝以及使用第二工藝控制系統(tǒng)控制第二工藝。該方法也包
括一起控制第一和第二工藝控制系統(tǒng)，以及使用第一和第二工藝控制 系統(tǒng)二者來優(yōu)化至少一個(gè)工藝目標(biāo)。在特定實(shí)施例中，第一工藝是天 然氣液體生產(chǎn)工藝，笫二工藝是液化天然氣生產(chǎn)工藝。在第二實(shí)施例中， 一種設(shè)備包括，至少一個(gè)能夠同時(shí)控制 第一工藝控制系統(tǒng)和第二工藝控制系統(tǒng)的處理器，該第一工藝控制系 統(tǒng)控制第一工藝，該第二工藝控制系統(tǒng)控制第二工藝。該處理器也能 夠使用第一和第二工藝控制系統(tǒng)二者優(yōu)化至少一個(gè)工藝目標(biāo)。在第三實(shí)施例中， 一種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì) 上，并且可由處理器執(zhí)行。該計(jì)算機(jī)程序包括用于同時(shí)控制第一工藝 控制系統(tǒng)和第二工藝控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，該第一工藝控 制系統(tǒng)控制第一工藝，該第二工藝控制系統(tǒng)控制第二工藝。該計(jì)算機(jī) 程序也包括使用第一和第二工藝控制系統(tǒng)二者優(yōu)化至少一個(gè)工藝目標(biāo) 的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，其中第一工藝是天然氣液體生產(chǎn)工藝，第二 工藝是液化天然氣生產(chǎn)工藝。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過下述附圖、說明書和權(quán)利要求，可以 容易地顯見其他技術(shù)特征。


為了更全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)在結(jié)合附圖來參考下述說明 書，附圖中圖l說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性工藝控制系統(tǒng)；圖2說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于天然氣液體(NGL)生 產(chǎn)加工操作的示例性工藝控制系統(tǒng)；圖3說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于液化天然氣(LNG)生 產(chǎn)加工操作的示例性工藝控制系統(tǒng)；圖4說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于優(yōu)化NGL生產(chǎn)加工和LNG生產(chǎn)加工操作的示例性工藝控制系統(tǒng)；以及圖5說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于協(xié)調(diào)和優(yōu)化LNG工藝的 示例性方法。
具體實(shí)施例方式圖l說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性工藝控制系統(tǒng)100。 圖1所示的工藝控制系統(tǒng)100的實(shí)施例僅僅用于說明?？梢允褂霉に?控制系統(tǒng)100的其他實(shí)施例而不背離本發(fā)明的范圍。在該示例性實(shí)施例中，工藝控制系統(tǒng)100包括一個(gè)或多個(gè) 工藝元件102a-102b。工藝元件102a-102b代表可以執(zhí)行多種功能中的 任意功能的工藝或生產(chǎn)系統(tǒng)中的部件。例如，工藝元件102a-102b可 代表馬達(dá)、催化裂化器、閥、以及生產(chǎn)環(huán)境中的其他工業(yè)設(shè)備。工藝 元件102a-102b可代表在任何合適工藝或生產(chǎn)系統(tǒng)中的任何其他或附 加部件。工藝元件102a-102b中每個(gè)包括在工藝或生產(chǎn)系統(tǒng)中用于執(zhí) 行一個(gè)或多個(gè)功能的任何硬件、軟件、固件、或者其組合。盡管本示 例中僅示出兩個(gè)工藝元件102a-102b，工藝控制系統(tǒng)100的具體實(shí)施中 可包括任意數(shù)目的工藝元件。兩個(gè)控制器104a-104b耦合到工藝元件102a-102b?？刂?器104a-104b控制工藝元件102a-102b的操作。例如，控制器104a-104b 能夠監(jiān)視工藝元件102a-102b的操作并提供控制信號(hào)到工藝元件 102a-102b?？刂破?04a-104b中每個(gè)包括用于控制工藝元件 102a-102b中的一個(gè)或多個(gè)的任何硬件、軟件、固件、或者其組合?？?制器104a-104b例如可包括運(yùn)行GREEN HILLS INTEGRITY操作系統(tǒng)的 POWERPC處理器家族的處理器105或者運(yùn)行MICROSOFT WINDOWS操作 系統(tǒng)的X86處理器家族的處理器105。兩個(gè)月良務(wù)器106a-106b耦合到控制器104a-104b。服務(wù)器 106a-106b執(zhí)行各種功能以支持控制器104a-104b和工藝元件 102a-102b的操作和控制。例如，服務(wù)器106a-106b可以記錄由控制器 104a-104b收集或產(chǎn)生的信息，例如與工藝元件102a-102b的操作有關(guān) 的狀態(tài)信息。服務(wù)器106a-106b還可以執(zhí)行控制控制器104a-104b的 操作的應(yīng)用程序，由此控制工藝元件102a-102b的操作。此外，服務(wù) 器106a-106b可以提供對(duì)控制器104a-104b安全的訪問。服務(wù)器
6106a-106b的每一個(gè)可包括用于提供對(duì)控制器104a-104b的訪問或控 制的任何硬件、軟件、固件、或者其組合。服務(wù)器106a-106b例如可 代表運(yùn)行MICROSOFT WINDOWS操作系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)(例如桌上型計(jì) 算機(jī))。作為另一示例，服務(wù)器106a-106b可包括運(yùn)行GREEN HILLS INTEGRITY操作系統(tǒng)的POWERPC處理器家族的處理器或者運(yùn)4亍 MICROSOFT WINDOWS操作系統(tǒng)的X86處理器家族的處理器。 —個(gè)或多個(gè)操作員站108a-108b耦合到服務(wù)器 106a-106b，且一個(gè)或多個(gè)操作員站108c耦合到控制器104a-104b。 操作員站108a-108b代表向使用者提供對(duì)服務(wù)器106a-106b的訪問的 計(jì)算或通信裝置，服務(wù)器106a-106b隨后可以向使用者提供對(duì)控制器 104a-104b和工藝元件102a-102b的訪問。操作員站108c代表向使用 者提供對(duì)控制器104a-104b的訪問(而不使用服務(wù)器106a-106b的資 源)的計(jì)算或通信裝置。作為特定示例，操作員站108a-108c可使用 由控制器104a-104b和/或服務(wù)器106a-106b收集的信息，使得使用者 可回顧工藝元件102a-102b的操作歷史。操作員站108a-108c還可4吏 得使用者能夠調(diào)整工藝元件102a-102b、控制器104a-104b、或者服務(wù) 器106a-106b的操作。操作員站108a-108c的每一個(gè)可包括用于支持 使用者對(duì)系統(tǒng)100的訪問和控制的任何硬件、軟件、固件、或者其組 合。操作員站108a-108c例如可代表具有顯示器和運(yùn)行MICROSOFT WINDOWS操作系統(tǒng)的處理器的個(gè)人計(jì)算機(jī)。在本示例中，操作員站108b中的至少一個(gè)遠(yuǎn)離服務(wù)器 106a-106b。遠(yuǎn)程站通過網(wǎng)絡(luò)110耦合到服務(wù)器106a-106b。網(wǎng)絡(luò)110 促進(jìn)系統(tǒng)100內(nèi)各種部件之間的通信。例如，網(wǎng)絡(luò)110可在網(wǎng)絡(luò)地址 之間通信網(wǎng)際協(xié)議(IP)包、幀中繼幀、異步傳輸模式(ATM)單元、 或者其他合適的信息。網(wǎng)絡(luò)110可包括一個(gè)或多個(gè)局域網(wǎng)(LAN)、城 域網(wǎng)(MAN)、廣域網(wǎng)(WAN)、例如互聯(lián)網(wǎng)的全球網(wǎng)的全部或部分、或 者在一個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)的任意其他(多個(gè))通信系統(tǒng)。在本示例中，系統(tǒng)100還包括兩個(gè)附加的服務(wù)器 112a-112b。服務(wù)器112a-112b執(zhí)行各種應(yīng)用程序以控制系統(tǒng)100的整 體操作。例如，系統(tǒng)100可以在加工或生產(chǎn)工廠或其他設(shè)施中使用， 服務(wù)器112a-112b可執(zhí)行用于控制該工廠或其他設(shè)施的應(yīng)用程序。作 為具體示例，服務(wù)器112a-112b可執(zhí)行應(yīng)用程序，例如企業(yè)資源計(jì)劃
7(ERP)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、或者任何其他或附加的工廠或工藝控 制應(yīng)用程序。服務(wù)器112a-112b的每一個(gè)可包括用于控制系統(tǒng)100的 整體操作的任何硬件、軟件、固件、或者其組合。如圖1所示，系統(tǒng)100包括支持系統(tǒng)100內(nèi)的部件之間的 通信的各種冗余網(wǎng)絡(luò)114a-114b和單一網(wǎng)絡(luò)116a-116b。這些網(wǎng)絡(luò) 114a-114b、 116a-116b的每一個(gè)代表促進(jìn)系統(tǒng)100內(nèi)部件之間的通信 的任何合適的網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)絡(luò)的組合。網(wǎng)絡(luò)114a-114b、 116a-116b例如 可代表以太網(wǎng)。工藝控制系統(tǒng)100根據(jù)具體需要可具有任何其他合適 的網(wǎng)絡(luò)拓樸。盡管圖1說明了工藝控制系統(tǒng)100的一個(gè)示例，不過可對(duì) 圖1進(jìn)行各種改變。例如，控制系統(tǒng)可包括任意數(shù)目的工藝元件、控 制器、服務(wù)器和操作員站。圖2說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于天然氣液體(NGL)生 產(chǎn)加工操作的示例性工藝控制系統(tǒng)200。圖2所示的工藝控制系統(tǒng)200 的實(shí)施例僅僅是用于說明。可以使用工藝控制系統(tǒng)200的其他實(shí)施例 而不背離本發(fā)明的范圍。圖2的工藝控制系統(tǒng)200用于從一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)層210生產(chǎn) 天然氣和天然氣液體并將其輸送到管道212。所涉及的化學(xué)和機(jī)械工藝 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的。在本示例中，工藝控制系統(tǒng)200 包括主NGL工藝控制應(yīng)用程序202，該應(yīng)用程序控制系統(tǒng)200內(nèi)涉及的 次工藝(sub-process )。次工藝包括由脫水和分離控制器204以及由 壓縮和氣舉控制器206執(zhí)行的工藝。這些控制器204-206反過來控制 如上參考圖1的一般工藝控制系統(tǒng)所述的各種工藝元件208。工藝控制 系統(tǒng)200可被優(yōu)化以獲得最大天然氣液體生產(chǎn)、所生產(chǎn)的天然氣液體 的質(zhì)量、以及其他工藝目標(biāo)。圖3說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于液化天然氣(LNG)生 產(chǎn)加工操作的示例性工藝控制系統(tǒng)300。圖3所示的工藝控制系統(tǒng)300 的實(shí)施例僅僅是用于說明?？梢允褂霉に嚳刂葡到y(tǒng)300的其他實(shí)施例 而不背離本發(fā)明的范圍。圖3的工藝控制系統(tǒng)300用于通過管道212接收氣體和天 然氣液體并將其加工成LNG產(chǎn)品314,例如液化天然氣和相關(guān)產(chǎn)品。所 涉及的化學(xué)和機(jī)械工藝對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的。在本示例中，工藝控制系統(tǒng)300包括主LNG工藝控制應(yīng)用程序316，該應(yīng)用程序 控制系統(tǒng)300內(nèi)涉及的次工藝。次工藝包括由管道監(jiān)視應(yīng)用程序302、 凝析油(condensate )加工應(yīng)用程序304、酸性氣體加工應(yīng)用程序306、 洗滌塔應(yīng)用程序308、主低溫應(yīng)用程序310和分餾應(yīng)用程序312執(zhí)行的 工藝。這些應(yīng)用程序的每一個(gè)可以控制多個(gè)參考圖1的一般工藝控制 系統(tǒng)如上所述的控制器和工藝元件。所說明的應(yīng)用程序的每一個(gè)可以 與主LNG工藝控制應(yīng)用程序316通信且可以相互通信。工藝控制系統(tǒng) 300可被優(yōu)化以獲得最大液化天然氣產(chǎn)出、所生產(chǎn)的液化天然氣的質(zhì) 量、以及其他工藝目標(biāo)。圖4說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于優(yōu)化NGL生產(chǎn)加工和 LNG生產(chǎn)加工操作的示例性工藝控制系統(tǒng)400。圖4所示的工藝控制系 統(tǒng)400的實(shí)施例僅僅是用于說明?？梢允褂霉に嚳刂葡到y(tǒng)400的其他 實(shí)施例而不背離本發(fā)明的范圍。 —般而言，工藝控制系統(tǒng)400實(shí)施動(dòng)態(tài)優(yōu)化和協(xié)調(diào)技術(shù)， 使得實(shí)現(xiàn)高值NGL的改善或者最大的回收，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)LNG鏈的改善 或最佳原料氣體質(zhì)量?？梢詫?shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)工藝的"歷史最佳的"操作 點(diǎn)，而并非簡單地操作中僅僅一個(gè)asset的最佳點(diǎn)。優(yōu)化原料質(zhì)量可 以確保LNG原料氣體中例如氮?dú)獾亩栊詺怏w的數(shù)量被最大化到質(zhì)量極 限。這可以給出對(duì)投資的改善或最大的回報(bào)，因?yàn)槎栊詺怏w按照LNG 價(jià)格售出。在具體實(shí)施例中，控制方案仔細(xì)地被協(xié)調(diào)，保證LNG的質(zhì) 量規(guī)格。先進(jìn)的控制和優(yōu)化技術(shù)可以用于上游工藝和LNG工藝。具體 而言，動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)和優(yōu)化技術(shù)可以用于協(xié)調(diào)不同地點(diǎn)的工藝以及將工藝 驅(qū)動(dòng)到整體最佳。這是有益的，因?yàn)檫@可助于保證地點(diǎn)之間的及時(shí)協(xié) 調(diào)并將工藝驅(qū)動(dòng)到整體操作而非僅僅局部工藝的最佳經(jīng)濟(jì)點(diǎn)。如圖4所示，工藝控制系統(tǒng)400包括優(yōu)化工藝控制應(yīng)用程 序402，該應(yīng)用程序與NGL工藝控制應(yīng)用程序202和LNG工藝控制應(yīng)用 程序316通信并控制應(yīng)用程序202和316。在一些實(shí)施例中，NGL工藝 控制應(yīng)用程序202和LNG工藝控制應(yīng)用程序316也可以相互通信。通 過在工藝控制系統(tǒng)200對(duì)"上游"NGL生產(chǎn)和在工藝控制系統(tǒng)300對(duì)"下 游，，LNG生產(chǎn)都進(jìn)行高級(jí)優(yōu)化和控制，整體工藝目標(biāo)可以被優(yōu)化。這優(yōu) 于經(jīng)常整體效率低下的傳統(tǒng)局部水平優(yōu)化技術(shù)。工藝控制系統(tǒng)400可被優(yōu)化以獲得最大液化天然氣產(chǎn)出、所生產(chǎn)的液化天然氣的質(zhì)量、總 體收入和利潤產(chǎn)生、以及其他工藝目標(biāo)。在本實(shí)施例中，用語"應(yīng)用程序"指一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程 序、多組指令、過程(procedure )、函數(shù)、對(duì)象、類(class )、例 (instance),或者適于用合適計(jì)算機(jī)語言實(shí)施的相關(guān)數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序 可配置成運(yùn)行和控制操作工藝的特定部分。應(yīng)用程序還可配置成最大 化利潤、質(zhì)量、產(chǎn)出、或者其他目標(biāo)。作為具體示例，每個(gè)應(yīng)用程序 可配置有或者使用受操縱變量(MV)、受控變量(CV)、擾動(dòng)變量(DV) 以及控制范圍(control horizon)來操作，其中該應(yīng)用程序?qū)λ鍪?操縱變量(MV)、受控變量(CV)、擾動(dòng)變量(DV)以及控制范圍操作 以保證這些變量落在由操作員指定的極限內(nèi)。受控變量代表控制器嘗 試維持在指定操作范圍內(nèi)或者以其他方式控制的變量。受操縱變量代 表由控制器操縱以控制受控變量的變量。擾動(dòng)變量代表影響受控變量 但是該控制器無法控制的變量。在具體實(shí)施例中，為了保證應(yīng)用程序402利用任何自由度 來提高獲得利潤的能力或者其他限定目標(biāo)，應(yīng)用程序402可配置有線 性規(guī)劃(linear program, LP)經(jīng)濟(jì)學(xué)或者二次規(guī)劃(quadratic program, QP )經(jīng)濟(jì)學(xué)。這兩種不同的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化方法使用下述的最小化 策略，且二次優(yōu)化還使用理想安靜值(resting value)(或者期望穩(wěn) 態(tài)值)。目標(biāo)函數(shù)的通式為
<formula>formula see original document page 10</formula>
最小/f匕 ' ( y 乂 ，
其中14頁公式 6,代表笫i受控變量的線性系數(shù)； ^代表第j受操縱變量的線性系數(shù)； ",代表第i受控變量的二次系數(shù)； ",代表第j受操縱變量的二次系數(shù)； c^代表第i受控變量的實(shí)際安靜值；以及 cr。,代表第i受控變量的期望安靜值； m^代表第j受操縱變量的實(shí)際安靜值；以及 m^代表第j受操縱變量的期望安靜值。
如此處所示，針對(duì)每個(gè)應(yīng)用程序的優(yōu)化可能是復(fù)雜的，因?yàn)閼?yīng)用程序的范圍可包含超過二十個(gè)變量，每一個(gè)變量能夠結(jié)合到線 性或者二次優(yōu)化目標(biāo)中。假設(shè)生產(chǎn)工藝是順序的并且變更一個(gè)應(yīng)用程 序上的產(chǎn)品質(zhì)量或等級(jí)的極限會(huì)影響另一應(yīng)用程序，則存在各種應(yīng)用 程序之間的協(xié)調(diào)。下文代表各種工藝控制系統(tǒng)中的各種應(yīng)用程序如何單獨(dú) 或者組合操作的示例。這些示例僅僅是用于說明和解釋。各種應(yīng)用程 序可根據(jù)具體需求而執(zhí)行任何其他或者附加操作。管道監(jiān)視應(yīng)用程序302監(jiān)視管道212內(nèi)的材料，例如通過 測量跨過管道212的差壓。應(yīng)用程序302還檢測操作問題，例如清管 器(pig)的位置、是否有泄露、以及任何泄露所在的位置。應(yīng)用程序 302在正常操作過程中輔助工藝決定。下游LNG加工中的生產(chǎn)率受到LNG工藝控制應(yīng)用程序316 控制。該生產(chǎn)率還受到加工能力和影響加工的潛在能力的因素(例如 環(huán)境溫度)的影響。管道212的材料消耗率影響在工藝控制系統(tǒng)300 入口點(diǎn)的該管道212內(nèi)的壓力。該壓力還影響例如NGL或凝析油的非 LNG流的質(zhì)量。工藝控制系統(tǒng)300以及具有從管道212供給的工藝單元的 任何其他系統(tǒng)可以影響在供應(yīng)點(diǎn)(工藝控制系統(tǒng)200的出口點(diǎn))的壓 力。結(jié)果，工藝控制系統(tǒng)200控制在供應(yīng)點(diǎn)的壓力，這可涉及增大增 加壓力的速率，反之亦然。例如，為了增加該速率，工藝控制系統(tǒng)200 可可打開由儲(chǔ)層210供料的不同井上的阻塞閥。 一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)層210 通常通過不同井到達(dá)，且這些井的每一個(gè)經(jīng)常生產(chǎn)具有不同成份的材 料。進(jìn)入管道212的材料的總成份受到由每個(gè)井生產(chǎn)的材料的數(shù)量影 響。當(dāng)任一井生產(chǎn)惰性氣體時(shí)，到達(dá)供應(yīng)點(diǎn)的惰性氣體的數(shù)量，由來 自生產(chǎn)惰性氣體的井的材料與其余的井相比的相對(duì)數(shù)量來指示?；?生產(chǎn)最高質(zhì)量的NGL以及天然氣的井、具有最高凝析油與天然氣比例 (condensate to gas ratio, CGR)的井、或者根據(jù)其他目標(biāo)，工藝 控制系統(tǒng)200可調(diào)整阻塞閥。 一旦井完全打開，工藝控制系統(tǒng)200可
以轉(zhuǎn)移到下一個(gè)最高的井并重復(fù)該過程，直至所需數(shù)量的天然氣被提 供以增加在管道212上供應(yīng)點(diǎn)處的壓力。工藝控制系統(tǒng)200還控制局部工藝問題，例如天然氣和液 體脫水工藝、阻塞閥定位、砂體積的產(chǎn)生、以及壓力平衡的表現(xiàn)。因
ii此，工藝控制系統(tǒng)200可以不監(jiān)視其操作對(duì)受工藝控制系統(tǒng)300控制 的LNG工藝的供應(yīng)材料的成份影響。當(dāng)受工藝控制系統(tǒng)300控制的LNG 工藝有不止一個(gè)平臺(tái)供應(yīng)材料時(shí)，整體供料成份控制無法實(shí)現(xiàn)，除非 工藝控制系統(tǒng)200和工藝控制系統(tǒng)300持續(xù)通信。對(duì)于多個(gè)獨(dú)立工藝， 甚至難以將供應(yīng)點(diǎn)壓力維持在正確水平，或者難以維持正確壓力和供 料的正確成份以保證最佳產(chǎn)品成份。工藝控制系統(tǒng)400因此用于促進(jìn)工藝控制系統(tǒng)200和工藝 控制系統(tǒng)300之間的合作。優(yōu)化工藝控制應(yīng)用程序402可自動(dòng)解決和 協(xié)調(diào)這些局部工藝問題，而不需要高程度的操作員互動(dòng)。優(yōu)化工藝控 制應(yīng)用程序402例如可以滿足最大化凝析油回收的要求，同時(shí)還實(shí)現(xiàn) 管道212入口處的合適壓力。作為具體示例，工藝控制系統(tǒng)400利用 優(yōu)化工藝控制應(yīng)用程序402可優(yōu)化跨過多個(gè)單元、裝置或系統(tǒng)的工藝， 例如由工藝控制系統(tǒng)200、管道212控制的上游工藝，以及由工藝控制 系統(tǒng)300控制的LNG工藝。工藝控制系統(tǒng)200-400的操作可以由任何合適的硬件、軟 件、固件、或者其組合來執(zhí)行。例如，每個(gè)工藝控制系統(tǒng)可包括一個(gè) 或多個(gè)物理數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。此外，各種操作和應(yīng)用程序的部分或全部 可以在多個(gè)系統(tǒng)上或者在單個(gè)系統(tǒng)上執(zhí)行或運(yùn)行(只要該一個(gè)或多個(gè) 系統(tǒng)被連接以控制相關(guān)的控制器和工藝元件，無論其位于何處)。工藝控制系統(tǒng)400可提供真正的多單元優(yōu)化。工藝控制系 統(tǒng)400將來自不同系統(tǒng)的控制和優(yōu)化問題組合，隨后一起優(yōu)化這些問 題。這使得工藝控制系統(tǒng)400不僅可確定整體最優(yōu)操作點(diǎn)，還可確定 到達(dá)該點(diǎn)的最優(yōu)路徑。由于工藝控制系統(tǒng)400協(xié)調(diào)低水平的多變量控 制器，到達(dá)穩(wěn)態(tài)的總時(shí)間可達(dá)幾小時(shí)或幾天。在特定實(shí)施例中，工藝控制系統(tǒng)400通過動(dòng)態(tài)模型，使用 橋模型來鏈接應(yīng)用程序之間的變量。變量內(nèi)的滯后(例如嘗試增加管 道212內(nèi)的壓力與實(shí)際壓力增加之間的滯后)可以使用長滯后(long lag)或者空載時(shí)間(deadtime)來模擬。工藝控制系統(tǒng)400鏈接上游 和下游應(yīng)用程序，使得諸如供應(yīng)壓力的變量可以鏈接到管道入口壓力， 且諸如環(huán)境溫度的變量可以發(fā)送回上游應(yīng)用程序。如此，工藝控制系 統(tǒng)400協(xié)調(diào)跨過多個(gè)上游地點(diǎn)的應(yīng)用程序，并包括諸如凝析油或NGL 的材料的產(chǎn)量為整體最優(yōu)以及每個(gè)地點(diǎn)的產(chǎn)量得到控制。
用于每一個(gè)儲(chǔ)層210的井也可以在成份上鏈接到工藝控 制系統(tǒng)400內(nèi)，使得其對(duì)下游產(chǎn)品的影響為整體協(xié)調(diào)的一部分。這樣， 工藝控制系統(tǒng)400也可以評(píng)估上游應(yīng)用程序上的阻塞閥位置的改變與 對(duì)LNG或分餾鏈產(chǎn)品的確切影響之間的確切數(shù)學(xué)關(guān)系。因此，凝析油 產(chǎn)量可以動(dòng)態(tài)地最大化到產(chǎn)品質(zhì)量的約束，即使阻塞岡位置的改變和 影響在工藝中顯現(xiàn)之間的時(shí)間滯后可以長(例如超過八至十二小時(shí))。利用跨過整個(gè)操作的約束的動(dòng)態(tài)傳輸和協(xié)調(diào)(從上游生產(chǎn) 區(qū)域的井頭直至LNG生產(chǎn)地點(diǎn)內(nèi)的產(chǎn)品罐)，工藝控制系統(tǒng)400使得可 以產(chǎn)出更多的諸如NGL的有價(jià)值產(chǎn)品。由于工藝控制系統(tǒng)和應(yīng)用程序 可以是分層的，這種實(shí)施適于與支持工藝的其他區(qū)域的模型的整合。 例如，儲(chǔ)層模型和諸如儲(chǔ)層速度的在線約束可以包含在控制方案內(nèi)， 以保證優(yōu)化中考慮到所有約束。盡管圖2至4說明三個(gè)工藝控制系統(tǒng)，不過可以對(duì)圖2至 4進(jìn)行各種改變。例如，圖2至4中的功能區(qū)分僅僅用于說明。圖2至 4內(nèi)的各種元件可以組合或者省略，且附加部件可以根據(jù)具體需求而增 加。圖5說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于協(xié)調(diào)和優(yōu)化LNG工藝的 示例性方法500。為了方便解釋，參考結(jié)合圖2至4在上面描述的工藝 控制系統(tǒng)200-400來描述方法500。方法500可由任何合適的裝置來使 用且可用于任何合適的系統(tǒng)。在步驟502，第一工藝控制系統(tǒng)控制來自儲(chǔ)層的NGL生產(chǎn) 工藝的操作。這可包括例如控制NGL生產(chǎn)工藝的工藝控制系統(tǒng)200。在步驟504，第二工藝控制系統(tǒng)控制LNG生產(chǎn)工藝的操作。 這可包括例如控制LNG生產(chǎn)工藝的工藝控制系統(tǒng)300。在步驟506，第三工藝控制系統(tǒng)控制第一和第二工藝控制 系統(tǒng)的操作。這可包括例如協(xié)調(diào)和控制工藝控制系統(tǒng)200-300的操作 的工藝控制系統(tǒng)400內(nèi)的優(yōu)化工藝控制應(yīng)用程序402。在步驟508，第三工藝控制系統(tǒng)優(yōu)化第一和第二工藝控制 系統(tǒng)的操作以優(yōu)化至少一個(gè)工藝目標(biāo)。這可包括例如優(yōu)化工藝控制系 統(tǒng)200-300的操作的工藝控制系統(tǒng)400內(nèi)的優(yōu)化工藝控制應(yīng)用程序 402。工藝目標(biāo)可包括利潤、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量、或者任何其他 (多個(gè))工藝目標(biāo)。
13
盡管圖5說明用于協(xié)調(diào)和優(yōu)化LNG工藝的方法500的一個(gè) 示例，不過可以對(duì)圖5進(jìn)行各種改變。例如，這些步驟中的一個(gè)、幾 個(gè)或者全部可視需要進(jìn)行許多次。此外，盡管示為順序的步驟，圖5 中的各種步驟可以并行地或者按照不同次序進(jìn)行。作為具體示例，圖5 所示所有步驟可以平行地執(zhí)行。在一些實(shí)施例中，結(jié)合上述工藝管理系統(tǒng)執(zhí)行的各種功能 由計(jì)算機(jī)程序來實(shí)施或者支持，該計(jì)算機(jī)程序由計(jì)算機(jī)可讀取程序代 碼形成且包含在計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)內(nèi)。短語"計(jì)算機(jī)可讀取程序代碼" 包括任何類型的計(jì)算機(jī)代碼，包括源代碼、目標(biāo)代碼和可執(zhí)行代碼。 短語"計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)"包括可以由計(jì)算機(jī)訪問的任何類型的介質(zhì)， 例如只讀存儲(chǔ)器(R0M)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、壓縮 盤(CD)、數(shù)字視頻盤(DVD)、或者任何其他類型的存儲(chǔ)器。對(duì)在該專利文檔通篇使用的特定用詞和短語進(jìn)行定義，是 有益的。用語"耦合(couple)"及其衍生是指兩個(gè)或多個(gè)元件之間的 任何直接或間接的連通，無論這些元件是否相互物理接觸。用語"包 括"和"包含"及其衍生是指非限制地含有。用語"或"是包含性的， 指"和/或"。短語"與...相關(guān)聯(lián)"及"與之關(guān)聯(lián)的"及其衍生是指 包括、包括在...內(nèi)、與..互連、包含、包含在...內(nèi)、連接到...或與... 連接、耦合到...或與...耦合、可與...連通、與...協(xié)作、交叉、并列、近 似、約束到…或用…約束、具有、具有…的性能、等等。用語"控制 器，，指控制至少一個(gè)操作的任何裝置、系統(tǒng)、或者其一部分?？刂破?可以實(shí)施于硬件、固件、軟件、或者至少其中二者的某些組合。與任 何特定控制器相關(guān)聯(lián)的功能性可以是集中的或者分布式的，無論是本 地還是遠(yuǎn)程。盡管本發(fā)明已經(jīng)描述特定實(shí)施例和一般關(guān)聯(lián)的方法，這些 實(shí)施例和方法的變更和置換對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。 例如，本發(fā)明的教導(dǎo)不限于用于NGL和LNG生產(chǎn)系統(tǒng)，而是可以應(yīng)用 于一個(gè)或多個(gè)通常獨(dú)立的工藝的整體工藝控制將是有益的任何系統(tǒng)。 相應(yīng)地，示例性實(shí)施例的上述描述不限定或約束本發(fā)明。其他改變、 替換和變更也是可以的，這不背離由下述權(quán)利要求界定的本發(fā)明的精 神和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種方法，包括使用第一工藝控制系統(tǒng)控制第一工藝；使用第二工藝控制系統(tǒng)控制第二工藝；一起控制該第一和第二工藝控制系統(tǒng)；以及使用該第一和第二工藝控制系統(tǒng)二者優(yōu)化至少一個(gè)工藝目標(biāo)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該第一工藝包括天然氣液體生產(chǎn)工藝；以及該笫二工藝包括液化天然氣生產(chǎn)工藝。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，還包括控制在該第一工藝和該第二工藝之間傳輸天然氣液體的管道。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中該工藝目標(biāo)為由該第二工藝生產(chǎn)的液化天然氣的質(zhì)量。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中該工藝目標(biāo)為由該第二工藝生產(chǎn)的液化天然氣的數(shù)量。
6. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中該工藝目標(biāo)為由該第一工藝生產(chǎn)的天然氣液體的數(shù)量。
7. —種設(shè)備，包括至少一個(gè)處理器，其能夠同時(shí)控制第一工藝控制系統(tǒng)和第二工藝控制系統(tǒng)，該第一工藝控制系統(tǒng)控制第一工藝，該第二工藝控制系統(tǒng)控制第二工藝；以及使用該第一和第二工藝控制系統(tǒng)二者優(yōu)化至少一個(gè)工藝目標(biāo)。
8. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中該第一工藝包括天然氣液體生產(chǎn)工藝；以及該第二工藝包括液化天然氣生產(chǎn)工藝。
9. 一種包含在計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)上且可以由處理器運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序包括計(jì)算機(jī)可讀取程序代碼用于同時(shí)控制第一工藝控制系統(tǒng)和第二工藝控制系統(tǒng)，該第一工藝控制系統(tǒng)控制第一工藝，該第二工藝控制系統(tǒng)控制第二工藝；以及使用該第一和第二工藝控制系統(tǒng)二者優(yōu)化至少一個(gè)工藝目標(biāo)，其中該第一工藝包括天然氣液體生產(chǎn)工藝，該第二工藝包括液化天然氣生產(chǎn)工藝。
10.如權(quán)利要求9所述的計(jì)算機(jī)程序，其中該工藝目標(biāo)包括利潤、天然氣液體數(shù)量、天然氣液體質(zhì)量、液化天然氣數(shù)量和液化天然氣質(zhì)量中至少一個(gè)。
全文摘要
一種方法包括使用第一工藝控制系統(tǒng)控制第一工藝。該方法還包括使用第二工藝控制系統(tǒng)控制第二工藝。該方法還包括一起控制該第一和第二工藝控制系統(tǒng)。此外，該方法包括使用該第一和第二工藝控制系統(tǒng)二者優(yōu)化至少一個(gè)工藝目標(biāo)。該第一工藝可以是天然氣液體生產(chǎn)工藝，以及該第二工藝可以是液化天然氣生產(chǎn)工藝。該工藝目標(biāo)包括盈利、天然氣液體數(shù)量、天然氣液體質(zhì)量、液化天然氣數(shù)量和液化天然氣質(zhì)量的至少之一。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101460900SQ200780020215
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者B·A·科沃德 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國際公司