Optymalna alokacja zapewniająca bezpieczeństwo w układach procesowych oparta na przepływach sieciowych

Bezpieczeństwo stanowi w inżynierii procesowej czynnik krytyczny, o którym należy pamiętać podczas całego czasu eksploatacji układów procesowych. W niniejszym artykule przedstawiono nową metodę optymalnej alokacji zasobów, opartą na przepływach w sieci, mającą zapewnić bezpieczeństwo układów procesowych. Istniejące optymalne alokacje zasobów wspierające bezpieczeństwo opierają się na rozwiązaniach fizycznych (np. unowocześnianiu podstawowych elementów wyposażenia i wbudowywaniu nadmiarowości) nieodpowiednich dla układów procesowych, które ulegają częstym awariom. Takie rozwiązania pociągają za sobą konieczność częstych alokacji fizycznych, które poważnie zakłócają normalne działanie całego układu. Dodatkowo, metody fizyczne stosuje się tylko wtedy, kiedy uszkodzenia układu nawarstwią sie do pewnego stopnia. Stan układu procesowego w inżynierii chemicznej często ulega wahaniom z powodu wielu czynników, takich jak niekontrolowane uwolnienie energii czy użycie niejednolitych materiałów produkcyjnych. Częste wahania mogą prowadzić do awarii układu. Konieczna jest zatem umiejętność unikania akumulacji błędów poprzez kontrolę wahań i stabilizację stanu układu, co prowadzi do zapewnienia bezpieczeństwa układu procesowego. W niniejszej pracy przedstawiamy metodę optymalnej alokacji, opartą na przepływach w sieci, która umożliwia osiągnięcie powyższego celu. Wedle nowej metody, przepływy osiągalne konstruuje się na podstawie przepływów w sieci układu, stanu wyposażenia układu oraz wymagań procesu. Wzory rozwiązań dla zmiennych stanu konstruowanych przepływów osiągalnych dają wartości korygujące, które używane są do kontrolowania wahań systemu i stabilizacji jego stanu. Prezentowane studium przypadku demonstruje możliwe zastosowania i efektywność proponowanej metody.

Safety is a critical factor to be considered throughout the entire lifetime of process systems in process engineering. This paper presents a novel optimal resource allocation method based on network flows for assuring the safety of process systems. Existing optimal resource allocations for safety mainly depend on physical ways (for example, updating core equipments, and incorporating redundancies), which are not suitable for process systems experiencing frequent malfunctions. As a result, frequent physical allocations are needed, which severely interrupt the normal operation of the entire system. In addition, the physical methods are applied only when system faults accumulate to some extent. The state of a process system in chemical engineering often dithers due to many factors such as uncontrollable energy release and inconsistent production of materials. The frequent dithering can lead to the system failure. It is necessary to be able to avoid the accumulation of errors by controlling the dithering and stabilizing the system state, thus assuring the safety of the process system. In this paper, we propose a network flow-based optimal allocation method to achieve the above goal. Feasible flows will be constructed based on the system’s network flow, system equipment status, and process requirements. The solution formulas to the state variables of the constructed feasible flows give the adjustment values, which are used to control the dithering of the system, thus stabilize the system state. A case study is given to show the application and effectiveness of the proposed method.