煉油精餾過程軟測量與綜合優(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、提高人民生活水平的同時也給環(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)平臺上實現(xiàn)了過程的操作與自動控制，然而，由于常規(guī)檢測技術(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，導致精餾過程的

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

3、動態(tài)機理建模、軟測量、推斷控制及綜合優(yōu)化控制的理論和應用問題。論文的主要工作歸納如下： (1)針對以往精餾過程動態(tài)仿真過程求解時采用迭代算法計算多組分混合物泡點，存在運算量大、動態(tài)模型難以收斂的問題，提出了一種采用由穩(wěn)念機理模型計算提供初值、基于支持向量機回歸算法計算混合物泡點的新算法，以使動態(tài)模型收斂并提高動態(tài)仿真過程的計算效率。以某煉油企業(yè)氣體分餾裝置動態(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格動態(tài)機理模型，

4、并基于新算法對系統(tǒng)進行了動態(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，模型的計算效率有較大提高，為動態(tài)模擬系統(tǒng)的開發(fā)應用與優(yōu)化控制策略的設計提供了支持。 (2)針對精餾過程產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)無法在線檢測的問題，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)合的實時軟測量方法。為考慮主導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)改進線性嶺回歸算

5、法，實現(xiàn)了精餾過程產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)的在線檢測。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)針對目前精餾過程工藝設計和軟測量工程應用之間的脫節(jié)，實施精餾過程參數(shù)軟測量時由于輔助變量傳感器的位置和分布都已經(jīng)固定，導致軟測量應用開發(fā)成本高、輔助變量選擇受到約束等問題，提出了集成軟測量的概念。利用精餾塔動態(tài)機理模型，從工藝設計環(huán)節(jié)對輔助變量選擇、建模方法對軟測量性能的影響展開研究，仿真結(jié)果表明，擾動條件下靠近進料板的塔板溫

6、度對精餾成分影響較大，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量的估計精度。在此基礎上，對某煉油企業(yè)常減壓精餾過程常壓塔航煤干點軟測量進行了研究。通過采集的輔助變量數(shù)據(jù)和產(chǎn)品化驗數(shù)據(jù)驗證，實驗結(jié)果表明，建立的軟測量模型具有良好的估計精度，干點估計的絕對誤差小于3℃，滿足煉油企業(yè)對航煤質(zhì)量監(jiān)控的要求。 (4)針對精餾過程常規(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量的非線

7、性串級推斷控制策略。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量的推斷控制策略，通過精餾過程動態(tài)仿真平臺分別對單端和雙端成分串級推斷控制策略性能進行分析。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)簡單，易于實施。在此基礎上，提出了常減壓精餾過程常壓塔航煤干點的推斷控制策略。 (5)在深入分析精餾過程機理的基礎上，以提高精餾過程產(chǎn)率和降低生產(chǎn)能耗為目標，建立了氣體精餾過程脫丙烷塔的產(chǎn)