Algoritme med menneskeligt element kunne skabe sikrere, mere miljøvenlige petrokemiske planter

Forskere ved Texas A&M University har for nylig udviklet en mere omfattende matematisk ramme, der kan hjælpe ingeniører på petrokemiske anlæg til ikke kun at reducere produktionsomkostninger og øge økonomisk gevinst, men også gøre disse fabrikker mere sikre og mere miljøvenlige. Forskerne sagde, at deres nye algoritme er en one-stop-løsning, der kan hjælpe ingeniører med at vælge det mest optimale design til kemiske behandlingsenheder inden for deres driftsanlæg.

"Nyheden ved vores algoritme er, at den giver et sofistikeret beslutningsværktøj, der kan bruges af projektingeniører til at beslutte mellem konkurrerende designs for deres kemiske behandlingsenheder, sagde Dr. Prerna Jain, der arbejdede i Mary Kay O'Connor Process Safety Center som kandidatstuderende ved Texas A&M og i øjeblikket er ingeniør hos et olie- og gasfirma. "Vores værktøj integrerer data fra potentielle udstyrsfare, økonomiske data, og endnu vigtigere, kompleks, mand-maskine interaktioner for at generere et enkelt numerisk output. Dette tal peger derefter på et design, der maksimerer profit, mens det stadig sænker miljø- og farlige påvirkninger. "

En artikel om forskerholdets resultater blev offentliggjort i oktober i ACS Sustainable Chemistry and Engineering.

Inden oliebaserede produkter bruges til daglig brug, som opvarmning af boliger eller opstartskøretøjer, råolie passerer gennem en række behandlingstrin til forfining og emballering. Imidlertid, hver forarbejdningsfase kan designes på forskellige måder ved hjælp af forskellige teknologier og en variabel mængde arbejdskraft. Også, hvert design kan variere meget med hensyn til omkostninger, sikkerhed, miljøpåvirkning og vedligeholdelse.

For at vælge et design blandt mange mulige muligheder, ingeniører ty ofte til en numerisk værdi kaldet investeringsafkast. Denne måling, i sin enkleste version, angiver den økonomiske fordel eller fortjeneste, der følger af en bestemt initial monetær investering på et givet design. Imidlertid, ingeniører bruger ofte mere omfattende algoritmer, der inkluderer faktorer som miljøpåvirkning og arbejdstageres sikkerhed til at beregne afkast af investeringsværdier.

Men Jain bemærkede, at selv disse mere komplekse algoritmer stort set har overset sociale faktorer, f.eks. hvor ofte driftsproceduremanualer på et kemisk anlæg opdateres, eller hvor ofte udstyrsvedligeholdelse udføres. Dette menneskelige element er vigtigt at inkludere, når investeringsafkastet beregnes, hun sagde, fordi defekte interaktioner mellem mennesker og udstyr ofte ligger til grund for katastrofer for kemiske anlæg, som brande og eksplosioner.

Dr. Mahmoud El-Halwagi, professor og Bryan Research and Engineering Chair i Artie McFerrin Department of Chemical Engineering ved Texas A&M, påpegede, at sociale og sikkerhedsmæssige faktorer typisk overvejes, efter at der er truffet større designbeslutninger vedrørende det kemiske anlæg. "På dette tidspunkt, vigtige designkomponenter er allerede færdige, og det bliver ret vanskeligt at foretage væsentlige designændringer, " han sagde.

For at afhjælpe disse underskud, Jain og hendes team udviklede en endnu mere detaljeret matematisk ramme, der kunne implementeres ved design af kemiske behandlingsenheder. Desuden, deres algoritme inkluderede nu mand-maskine interaktioner.

I den nye algoritme, de tilsluttede en mængde kaldet resiliens, eller et kemisk anlægs evne til at komme sig efter en stresset tilstand.

"Ligesom et gummibånd kun kan strækkes til dets elastiske grænse, før det går i stykker, kemiske anlæg, hvis den bruges til deres maksimale kapacitet og uden sikkerhedsforanstaltninger på plads, kan nedbrydes, fører til katastrofer, "sagde Jain." Ved at inkorporere modstandsdygtighed i vores algoritme, vi ønskede at inkludere de komplekse interaktioner mellem menneske og teknologi, der kan påvirke modstandsdygtighed og, i forlængelse, skøn over investeringsafkastet. "

Når algoritmen var fuldt udviklet, forskerne brugte det til at sammenligne forskellige designs af gaskompressorsystemer, der ofte bruges i kemiske anlæg. I særdeleshed, de stod i modsætning til værdien af ​​investeringsafkastet for et kompressionssystem, der findes i et kemisk anlæg med fem andre hypotetiske designs.

Jain og hendes kolleger fandt ud af, at efter at have taget sociale faktorer i betragtning, det mest lovende kompressorsystemdesign var ikke det, der allerede var i det eksisterende anlæg, men den, som forskerne havde skabt.

Jain bemærkede, at deres observationer indikerer muligheden for at bruge deres algoritme til at evaluere nye procesdesignideer, der findes i teorien, men ikke er blevet afprøvet i et eksisterende anlæg.

"Der er ofte tøven i energibranchen med at investere i et nyt procesdesign, hvis det ikke er blevet evalueret endnu, "sagde Jain." Med vores algoritme, vi har nu muligheden for at brainstorme idéer til nye procesdesigner og teste dem virtuelt, uden egentlig at have brug for dem til at blive fysisk sat op og køre. I øvrigt, vi kan fodre algoritmen med tal, der svarer til forskellige sociale faktorer, der vedrører kemiske anlæg. I processen, vi kan støde på en ny, bedre design, der er sikrere for arbejdere og mere miljøvenligt. "