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《北京化工大学》 2008年
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延迟焦化装置先进控制方法研究与应用

张伟勇  
【摘要】:延迟焦化是一种加工重油,特别是劣质减压渣油的炼油工艺。随着原油资源的匮乏和原油品质的重质化、劣质化,延迟焦化在原油深度加工中地位日益突出。延迟焦化是最难控制的炼油装置之一,其特点是半连续操作、干扰多、温度高、易结焦。我国延迟焦化加工能力居世界第二位,但自动控制水平却相对落后于其它炼油装置。本文针对延迟焦化装置的关键设备—延迟焦化加热炉(简称焦化炉),综合应用化工原理、控制理论、人工智能和计算机技术等多学科的理论和技术,从生产过程的内在机理出发,对焦化炉的先进控制、异常工况的诊断与补偿和炉管结焦厚度的在线估计及相关内容进行了研究。主要工作及研究结果如下: 1.针对焦化炉干扰多,具有时变和非线性特性,控制要求高等特点,在建立焦化炉的机理动态模型基础上,对焦化炉出口温度控制提出了一种自适应状态反馈预测控制方法。通过将炉膛温度和经温度压力补偿后的燃料气流量作为状态变量,采用实测状态反馈,克服了常规加热炉出口温度串级控制方法中不能同时克服进入流量副回路和炉膛温度副回路的干扰的缺点。针对负荷经常变化和炉管结焦导致的非线性和时变特性,提出了在线进行模型自适应的方法,增强了焦化炉抗干扰和对各种工况的适应能力。HYSYS仿真和某120万吨/年焦化炉的应用结果表明,控制效果明显提高。 2.针对焦化炉炉管注汽量突增后引起炉出口温度大的反向响应并大幅超温,进行了汽量突增诱发大幅超温过程的机理分析,提出了基于专家规则和多传感器数据融合的方法,准确地判断出注汽量突增影响,并提出了基于模型的热平衡补偿和专家智能相结合的异常工况专家控制方法,可以在注汽量突增时及时给出合适的超前补偿。现场运行表明,所提方法抑制了焦化炉出口温度的大幅超温,为焦化装置的安全和长周期运行奠定了基础。 3.焦化炉炉管结焦是影响装置开工周期的主要原因之一,并导致燃料和动力消耗增加,处理量下降。为了监视焦化炉运转特性,提出了一种焦化炉辐射室内炉管结焦厚度的在线估计方法。根据炉管管壁温度测点的分布,对炉管进行分段集结法建模。利用传热、反应等模型和实测的过程变量,计算不同炉管段的总传热阻力和焦炭层传热阻力,从而确定不同炉管段的结焦厚度。对历史工业数据的计算结果表明,所提方法可有效的估计结焦变化的趋势。所提结焦计算方法可以为现场生产操作提供指导,提高装置运行的安全性和经济性。 4.针对多支路通用管式加热炉出口温度不均衡,提出了基于稳态能量平衡的支路平衡控制方法,并进行了稳定性分析。支路平衡控制采用长控制周期的稳态控制和区域控制,以避免频繁调整引起系统内各回路之间的动态耦合。对以燃料气为主要燃料的多种燃料混烧加热炉,提出了一种燃料气理想阀位区间控制,以节省高价格的燃料油,并保证燃料气有一定的调节能力。上述方法与出口温度自适应状态反馈预测控制相结合,形成了加热炉出口温度的一种综合控制方法。在某500万吨/年常压炉上的长期应用表明,所提方法控制效果良好。针对三种燃料混烧的分子筛装置热油炉,改进了基于燃料流量热平衡的出口温度控制方法并成功应用。 5.针对网络控制系统中网络数据传输普遍存在随机时延等问题,在采用预测控制时,提出了对反馈通道和前向通道分别进行补偿的策略。对反馈通道,通过对采样数据附加时间戳,选择和利用控制器当前时刻所能得到的最新输出测量值,修改预测控制中的反馈修正算法,可补偿测量数据的随机时延、数据丢失和数据时序错乱对控制性能的影响。对前向通道网络时延,通过在执行器端加入接收缓冲区,将前向通道的传输时延变为固定时延,并将此固定时延加入预测模型之中。对补偿器结构的分析和仿真结果表明,所提出的策略可有效的补偿网络传输时延等问题。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP273

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