Process operability emerged in the last decades as a powerful tool for the design and control of chemical processes. Recent efforts in operability have been focused on the calculation of the desired input set for process design and intensification of natural gas utilization applications described by nonlinear models. However, there is still a gap in terms of problem dimensionality that nonlinear operability methods can handle. To fill this gap, in this article, the incorporation of bilevel and parallel programing approaches into classical process operability concepts is discussed. Results on the implementation of the proposed method show a reduction in computational time up to two orders of magnitude, when compared to the original results without parallelization. These results could be extrapolated for use in a supercomputer as presented in the computational time analysis performed. In terms of intensification, the proposed approach can produce a natural gas combined cycle plant modular design with a dramatic reduction in size, from the original 400 to 0.11 MW, while still keeping the high net plant efficiency. This approach thus provides a computationally efficient framework for process intensification of high‐dimensional nonlinear energy systems toward modularity. The proposed approach also enables the verification of a modular design and conditions that can be obtained according to economic and physical constraints associated with a specific natural gas well production. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 3042–3054, 2018

中文翻译：

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基于双级和并行编程的可操作性方法，以增强流程和模块化

在过去的几十年中，过程可操作性成为了设计和控制化学过程的强大工具。可操作性方面的最新努力已集中在计算所需的输入集上，以进行过程设计和非线性模型描述的天然气利用应用的强化。但是，就非线性问题而言，非线性可操作性方法可以解决的问题仍然存在。为了填补这一空白，在本文中，讨论了将双层和并行编程方法结合到经典过程可操作性概念中的问题。与没有并行化的原始结果相比，所提出方法的实施结果显示计算时间最多减少了两个数量级。如执行的计算时间分析所示，可以将这些结果外推用于超级计算机。在集约化方面，所提出的方法可以生产天然气联合循环电厂的模块化设计，其尺寸从原来的400兆瓦大幅降低至0.11兆瓦，同时仍保持了较高的净电厂效率。因此，该方法为高维非线性能源系统向模块化的过程强化提供了有效的计算框架。所提出的方法还能够验证可根据与特定天然气井生产相关的经济和物理约束条件获得的模块化设计和条件。©2018美国化学工程师学会 所提出的方法可以生产天然气联合循环工厂的模块化设计，其尺寸从原来的400兆瓦大幅减少到0.11兆瓦，同时仍然保持了很高的净工厂效率。因此，该方法为高维非线性能源系统向模块化的过程强化提供了有效的计算框架。所提出的方法还能够验证可根据与特定天然气井生产相关的经济和物理约束条件获得的模块化设计和条件。©2018美国化学工程师学会 所提出的方法可以生产天然气联合循环工厂的模块化设计，其尺寸从原来的400兆瓦大幅减少到0.11兆瓦，同时仍然保持了很高的净工厂效率。因此，该方法为高维非线性能源系统向模块化的过程强化提供了有效的计算框架。所提出的方法还能够验证可根据与特定天然气井生产相关的经济和物理约束条件获得的模块化设计和条件。©2018美国化学工程师学会 因此，该方法为高维非线性能源系统向模块化的过程强化提供了有效的计算框架。所提出的方法还能够验证可根据与特定天然气井生产相关的经济和物理约束条件获得的模块化设计和条件。©2018美国化学工程师学会 因此，该方法为高维非线性能源系统向模块化的过程强化提供了有效的计算框架。所提出的方法还能够验证可根据与特定天然气井生产相关的经济和物理约束条件获得的模块化设计和条件。©2018美国化学工程师学会AIChE J，64：3042–3054，2018