煉油精餾過程軟測(cè)量與綜合優(yōu)化控制的研究.pdf

1、煉油工業(yè)發(fā)展迅速，在繁榮經(jīng)濟(jì)、提高人民生活水平的同時(shí)也給環(huán)境帶來了污染，并造成了能源的削減。連續(xù)精餾過程是煉油企業(yè)中最普遍的操作單元。連續(xù)精餾過程是依靠能耗來達(dá)到組分分離的目的，是煉油工藝流程中最大的能耗裝置，其能耗約占煉油企業(yè)總能耗的三分之一。目前，我國煉油精餾過程裝置基本都在集散控制系統(tǒng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了過程的操作與自動(dòng)控制，然而，由于常規(guī)檢測(cè)技術(shù)和過程控制方法的限制，為保證產(chǎn)品的質(zhì)量，精餾過程裝置的操作與控制往往偏于保守，導(dǎo)致精餾過程的

2、能耗較大，收率較低。 以過程模型為基礎(chǔ)的先進(jìn)控制技術(shù)與優(yōu)化控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)精餾過程節(jié)能、降耗、增效目標(biāo)的最直接的手段之一，集散控制平臺(tái)也為先進(jìn)控制與優(yōu)化控制技術(shù)的應(yīng)用提供了良好的軟硬件條件。因此，精餾過程先進(jìn)控制與優(yōu)化控制的研究對(duì)于煉油企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效目標(biāo)具有重要的理論意義和實(shí)際意義。 本文以煉油企業(yè)中的連續(xù)精餾過程為研究對(duì)象，在深入分析精餾過程原理的基礎(chǔ)上，針對(duì)當(dāng)前精餾過程常規(guī)控制中存在的一系列問題，系統(tǒng)研究了精餾過程的

3、動(dòng)態(tài)機(jī)理建模、軟測(cè)量、推斷控制及綜合優(yōu)化控制的理論和應(yīng)用問題。論文的主要工作歸納如下： (1)針對(duì)以往精餾過程動(dòng)態(tài)仿真過程求解時(shí)采用迭代算法計(jì)算多組分混合物泡點(diǎn)，存在運(yùn)算量大、動(dòng)態(tài)模型難以收斂的問題，提出了一種采用由穩(wěn)念機(jī)理模型計(jì)算提供初值、基于支持向量機(jī)回歸算法計(jì)算混合物泡點(diǎn)的新算法，以使動(dòng)態(tài)模型收斂并提高動(dòng)態(tài)仿真過程的計(jì)算效率。以某煉油企業(yè)氣體分餾裝置動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)開發(fā)為背景，以脫丙烷塔為例，建立了精餾過程的嚴(yán)格動(dòng)態(tài)機(jī)理模型，

4、并基于新算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真與分析。仿真結(jié)果表明，該模型能較好的模擬裝置生產(chǎn)操作狀況，模型的計(jì)算效率有較大提高，為動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用與優(yōu)化控制策略的設(shè)計(jì)提供了支持。 (2)針對(duì)精餾過程產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)無法在線檢測(cè)的問題，提出了一種新的基于靈敏矩陣分析和直接優(yōu)化的非線性核嶺回歸相結(jié)合的實(shí)時(shí)軟測(cè)量方法。為考慮主導(dǎo)變量和輔助變量的相關(guān)性，提出采用新的基于靈敏度分析的輔助變量選擇算法；利用滿足Mercer條件的核函數(shù)改進(jìn)線性嶺回歸算

5、法，實(shí)現(xiàn)了精餾過程產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)的在線檢測(cè)。仿真結(jié)果表明，該方法在小樣本條件下具有很好的泛化效果。 (3)針對(duì)目前精餾過程工藝設(shè)計(jì)和軟測(cè)量工程應(yīng)用之間的脫節(jié)，實(shí)施精餾過程參數(shù)軟測(cè)量時(shí)由于輔助變量傳感器的位置和分布都已經(jīng)固定，導(dǎo)致軟測(cè)量應(yīng)用開發(fā)成本高、輔助變量選擇受到約束等問題，提出了集成軟測(cè)量的概念。利用精餾塔動(dòng)態(tài)機(jī)理模型，從工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)輔助變量選擇、建模方法對(duì)軟測(cè)量性能的影響展開研究，仿真結(jié)果表明，擾動(dòng)條件下靠近進(jìn)料板的塔板溫

6、度對(duì)精餾成分影響較大，優(yōu)化選擇輔助變量集和核嶺回歸算法建模提高了精餾成分軟測(cè)量的估計(jì)精度。在此基礎(chǔ)上，對(duì)某煉油企業(yè)常減壓精餾過程常壓塔航煤干點(diǎn)軟測(cè)量進(jìn)行了研究。通過采集的輔助變量數(shù)據(jù)和產(chǎn)品化驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，建立的軟測(cè)量模型具有良好的估計(jì)精度，干點(diǎn)估計(jì)的絕對(duì)誤差小于3℃，滿足煉油企業(yè)對(duì)航煤質(zhì)量監(jiān)控的要求。 (4)針對(duì)精餾過程常規(guī)控制策略即用溫度間接控制產(chǎn)品成分存在著控制精度低的問題，提出了一種新的基于核嶺回歸軟測(cè)量的非線

7、性串級(jí)推斷控制策略。副環(huán)采用常規(guī)的溫度間接控制策略，主環(huán)采用基于核嶺回歸軟測(cè)量的推斷控制策略，通過精餾過程動(dòng)態(tài)仿真平臺(tái)分別對(duì)單端和雙端成分串級(jí)推斷控制策略性能進(jìn)行分析。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)控制方案比較，新控制策略的控制質(zhì)量有了較大提高，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。在此基礎(chǔ)上，提出了常減壓精餾過程常壓塔航煤干點(diǎn)的推斷控制策略。 (5)在深入分析精餾過程機(jī)理的基礎(chǔ)上，以提高精餾過程產(chǎn)率和降低生產(chǎn)能耗為目標(biāo)，建立了氣體精餾過程脫丙烷塔的產(chǎn)