HYSYS的特色、功能和应用领域

hgsjclub 化工研学社 2023-10-08

相信很多人在准备做过程模拟模拟方向时都要在软件的选择上犹豫好久，除了Aspen和HYSYS外，还有PRO/II、gPROMS、以及开源的DWSIM、COCO等等（关于这些软件的介绍点击文末往期精选中相关文章）。当然，做为过程模拟软件它们一定都包含了物性数据库、热力学方法库、化工单元过程库、功能模块库、收敛方法库等，最基础的功能基本是一样的，但是每个软件都有自己的特色，在选择之前我们应当了解自己的需求，以及各软件的特色和适用领域。

今天就来简单聊一聊HYSYS。

HYSYS的前世今生

加拿大Hyprotech公司创建于1976年，是世界上最早开拓石油、化工方面的工业模拟、仿真技术的跨国公司。其技术广泛应用于石油开采、储运、天然气加工、石油化工、精细化工、制药、炼制等领域。它在世界范围内石油化工模拟、仿真技术领域占主导地位。Hyprotech 已有17000多家用户，遍布80多个国家，其注册用户数目超过世界上任何一家过程模拟软件公司。2010年，世界各大主要石油化工公司都在使用 Hyprotech 的产品，包括世界上名列前茅的前15家石油和天然气公司，前15家石油炼制公司中的14家和前15家化学制品公司中的13家。2002年7月AspenTech公司将Hyprotech公司收购，变成了现在我们熟知的Aspen HYSYS。

Aspen HYSYS是面向油气生产、气体处理和炼油工业的模拟、设计、性能检测的过程模拟，软件分动态和稳态两大部分。

HYSYS在国内外应用非常广泛，你所熟知的国外化工企业基本都是HYSYS用户，如BP、Chevron、Dow、DuPont、Exxon Mobil、Fluor Daniel、Monsanto、 Glaxo SmithKline、Rohm Hass、Bayer、Shell、PraxAir、UOP等，国内用户总数已超过50家，所有的油田设计系统全部采用该软件进行工艺设计，深受各类设计院、研究院青睐。

这么过硬的实力，不愧敢在官网宣称自己是过程模拟软件No.1！

HYSYS的特色与功能

HYSYS软件与同类软件相比具有非常好的操作界面（也很漂亮！），方便易学，软件智能化程度高。

（1）非序贯模拟技术

序贯模拟是指模拟软件中各种单元操作的入口和出口是固定的，即数据不能通过出口给定反算入口状态，即所谓的倒推式计算。由于Aspen HYSYS系统中物流是智能的，物流的数据可以沿任意方向传递，因此能够完成倒推式计算，这就是非序贯模拟技术。该方法常见的应用实例之一就是在火炬放空系统的计算中，已知尾部压力而倒推出上游应具有的压力。

（2）最先进的集成式工程环境

由于使用了面向目标的新一代编程工具，使集成式的工程模拟软件成为现实。在这种集成系统中，流程、单元操作是互相独立的、流程只是各种单元操作这种目标的集合，单元操作之间靠流程中的物流进行联系。在工程设计中稳态和动态使用的是同一个目标，然后共享目标的数据，不需进行数据传递。因此在这种最先进且易于使用的系统中用户能够得到最大的效益。

（3）强大的动态模拟功能

动态模拟的方法及过程是在流程稳态模拟收敛后，首先定义单元操作的动态数据（如分离器的几何尺寸、液位高度等），安装控制仪表，然后开始动态模拟。动态模拟过程中，可以随时调整温度、压力等各种工艺变量，观察它们对产品的影响以及变化规律，还可以随时暂停转回静态。Aspen HYSYS提供了PID控制器、传递函数发生器、数控开关、变量计算表等动态控制单元。由于动态和静态共享相同对象，所以动静之间的转换非常容易。

（4）内置人工智能

在系统中设有人工智能系统，它在所有过程中都能发挥非常重要的作用。当输入的数据能满足系统计算要求时，人工智能系统会驱动系统自动计算。当数据输入发生错误时，该系统会告诉你哪里出了问题。

（5）数据回归包

数据回归整理包提供了强有力的回归工具。用实验数据或库中的标准数据通过该工具用户可得到焓、气液平衡常数K的数学回归方程(方程的形式可自定)。用回归公式可以提高运算速度，在特定的条件下还可使计算精度提高。

（6）严格物性计算包

HYSYS 提供了一组功能强大的物性计算包，它的基础数据也是来源于世界富有盛名的物性数据系统，并经过本公司的严格校验。这些数据包括20000个交互作用参数和4500 多个纯物质数据。

（7）功能强大的物性预测系统

对于HYSYS 标准库没有包括的组分，可通过定义假组分，然后选择HYSYS 的物性计算包来自动计算基础数据。

（8）DCS接口

HYSYS 通过其动态链接库DLL与DCS控制系统链接。装置的DCS 数据可以进入HYSYS，而HYSYS的工艺参数也可以传回装置。通过这种技术可以实现：1）在线优化控制；2）生产指导；3）生产培训；4）仪表设计系统的离线调试。

（9）事件驱动

将模拟技术和完全交互的操作方法结合，使HYSIM获得成功。而利用面向目标的技术使HYSYS这一交互方式提高到一个更高的层次，即事件驱动。当你在研究方案时，需要将许多工艺参数放在一张表中，当变化一种或几种变量时，另一些也要随之而变，算出的结果也要在表中自动刷新。这种几处显示数据随计算结果同时自动变化的技术就叫事件驱动。通过这种途径能使工程师对所研究的流程有更彻底的了解。

（10）工艺参数优化器

软件中增加了功能强大的优化器，它有五种算法供您选择，可解决无约束、有约束、等式约束及不等式约束的问题。其中序列二次型是比较先进的一种方法，可进行多变量的线性、非线性优化，配合使用变量计算表，你可将更加复杂的经济计算模型加入优化器中，以得到最大经济效益的操作条件。

（11）窄点分析工具

利用 HYSYS的窄点分析技术可对流程中的热网进行分析计算，合理设计热网，使能量的损失最小。

（12）工况方案分析工具

某些变量按一定趋势变化时，其它变量的变化趋势如何呢？了解这些对方案分析非常重要。比如，当研究塔的回流比和产品质量的变化对热负荷、产量、温度的影响时，在HYSYS的方案分析中选回流比和产品质量作为自变量，给出它们的变化范围和步长，HYSYS就开始计算，最后会给出一个汇总表。

（13）各种塔板的水力学计算

HYSYS包含了浮阀、填料、筛板等各种塔板的计算，使塔的热力学和水力学同时解决。随着版本更新，水力学校核的功能不断完善。

（14）任意塔的计算

我们以前接触的软件中所有分馏塔都是软件商提供了一个最全的塔，然后让用户自己选择保留部分。试问，若用户有一个塔，其上部分为吸收-解析塔，下部分为提馏塔，这种塔该如何计算呢？HYSYS就可以。由于采用了面向目标的编程工具，塔板、重沸器、泵、回流罐等等都是相互独立的目标。人们可以任意组合这种目标，而完成各种各样的任意塔，十分方便。

（15）分析装置的瓶颈问题

对于有循环物流的生产装置，尤其是化工反应装置，由于计量仪表存在误差，如果流程设计不合理，生产过程中可能会由于循环物料过多或过少而使生产系统崩溃。这种过程用稳态模拟软件是无法描述的，用动态软件则可以分析过程的关键环节，模拟这种崩溃的全过程。

（16）操作员培训系统（OTS）

装置在未建成之前，可以将所有DCS控制系统通过 Aspen HYSYS的DCS接口，即通过组态软件FX和Aspen HYSYS对接。利用Aspen HYSYS代替实际装置，可进行两方面的工作：一是DCS系统的安全调整和运行，二是工人的操作训练。工程师可以人为设置生产故障让工人研究解决，以此加速培养高水平的操作工人。

Aspen HYSYS软件的强大功能使得油气加工的设计计算变得简单而可靠。此外，Aspen HYSYS可生成各类工艺报表、性质关系图以及塔和换热设备的剖面图，并可方便地生成工艺流程图。与其他软件不同，Aspen HYSYS系统不是按常规顺序模块方式传递信息，而是在流程图上实现信息双向传递，即可在流程的任意一处增减设备或开始计算，从而为用户进行方案比较或计算提供了极大的方便。这是Aspen HYSYS区别于其他软件的最大特点，使其在气体加工、石油炼制、石油化工、化学工业和合成燃料工业等许多工业领域都有着广泛的应用。

HYSYS的应用领域

Aspen HYSYS软件分稳态和动态两大部分，主要用于油田地面工程建设设计和石油石化炼油工程设计计算分析，其动态部分可用于原油生产和储运系统的动态分析。

对于油田地面建设，该软件可以解决以下问题：