基于Linux集群系統(tǒng)的乙烯裂解爐分布式并行優(yōu)化.pdf

1、乙烯是石油化學(xué)工業(yè)中重要的基礎(chǔ)原料之一，其產(chǎn)量和技術(shù)水平一直以來被作為衡量一個國家石化工業(yè)發(fā)展水平的標志。裂解爐是乙烯生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵組成部分，對裂解爐工藝流程的模擬和優(yōu)化成為一種有效提高乙烯工業(yè)經(jīng)濟效益的輔助手段。由于裂解爐系統(tǒng)的復(fù)雜性，基于過程機理和嚴格物性計算的裂解爐數(shù)學(xué)模型具有大規(guī)模、非線性等特點，導(dǎo)致基于裂解爐機理模型的優(yōu)化命題求解需要耗費大量時間，隨著計算機科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用并行計算技術(shù)提高此類優(yōu)化問題的求解效率成為引人

2、注目的熱點。由于分布式計算的趨勢，在并行優(yōu)化領(lǐng)域的研究主要集中在開發(fā)大粒度的并行算法上，粒子群算法是一種重要的非數(shù)值并行算法，其優(yōu)良的天然并行性為開發(fā)大粒度的并行算法提供了有利條件。本文以乙烯裂解爐分布式并行優(yōu)化為研究課題，主要研究工作包括:
　　 (1)結(jié)合Kumar分子反應(yīng)動力學(xué)和結(jié)焦動力學(xué)模型，基于擬穩(wěn)態(tài)假設(shè)條件，建立了具有參數(shù)校正模塊的SRT-Ⅲ型石腦油裂解爐輻射段運轉(zhuǎn)全周期穩(wěn)態(tài)工藝數(shù)學(xué)模型并進行了仿真，模型仿真結(jié)果與實

3、際生產(chǎn)工況吻合，可以真實反映裂解爐的操作特性。
　　 (2)在比較各種并行計算機體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用Linux集群系統(tǒng)構(gòu)建了高性能計算平臺，給出了集群系統(tǒng)的具體設(shè)計方案。通過基于HPL(HighPerformanceLinpack)的集群性能測試結(jié)果，提出了對集群系統(tǒng)性能進改進的優(yōu)化方法。
　　 (3)為滿足開發(fā)大粒度并行算法的需要，提出了一種新的基于主從通信模式的并行協(xié)同粒子群優(yōu)化算法(LPC-PSO)，提出的算法通

4、過基于MPI消息傳遞接口的Linux集群系統(tǒng)并行實現(xiàn)，利用五個常用基準測試函數(shù)對其性能進行了驗證，并研究了通訊周期和處理器數(shù)目對于并行算法性能的影響;仿真結(jié)果驗證了算法的有效性和可靠性，尤其對于復(fù)雜的高維多模態(tài)函數(shù)具有較好的優(yōu)化性能，并且表明通訊周期的選取對算法收斂性能有較大影響。
　　 (4)研究了裂解爐全周期內(nèi)調(diào)整操作參數(shù)的一類優(yōu)化命題，以裂解全周期內(nèi)乙烯和丙烯平均收率和為目標函數(shù)，選取全周期內(nèi)各擬穩(wěn)態(tài)出口溫度(COT)作為