BRPI1005533A2 - método de operar um forno que possui uma pluralidade de queimadores - Google Patents

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William Robert Licht
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Air Prod & Chem
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Abstract

MéTODO DE OPERAR UM FORNO QUE POSSUI UMA PLURALIDADE DE QUEIMADORES. Um método de operação de um forno possuindo tubos de processo e várias bocas, onde é desejado compatibilizar as temperaturas dos tubos de processo ao critério selecionado da temperatura alvo. O presente método proporciona uma abordagem sistemática e quantitativa para determinar a forma de ajustar as vazões de queimador para resultar nas desejadas temperaturas das paredes do forno, por exemplo, para minimizar o desvio de temperatura entre as temperaturas das paredes do tubo a uma predeterminada elevação no forno.

Description

MÉTODO DE OPERAR UM FORNO QUE POSSUI UMA PLURALIDADE DE QUEIMADORES
Fundamentos da Invenção
A presente invenção está direcionada a operação de um forno possuindo uma pluralidade de queimadores e contendo uma pluralidade de tubos de processo. Em particular, a presente divulgação é dirigida a operação de um forno possuindo uma pluralidade de queimadores e contendo uma pluralidade de tubos de processo com aprimorada eficiência.
Reformadores por vapor de hidrocarboneto (vapor metano) são fornos contendo numerosos tubos de processo (incluindo configurações com mais de 400 tubos de reator), cada tubo contendo catalisador (por exemplo, um catalisador de reforma) para transportar um fluido de processo (por exemplo, vapor, e um hidrocarboneto). O forno, por exemplo, pode incluir tubos de processo que se estendem verticalmente posicionados em fileiras paralelas com cerca de 30 a 60 tubos em cada fileira. A distância entre duas fileiras de tubos é de cerca de 2 a 3 metros. Os tubos podem se estender verticalmente cerca 12 metros e um diâmetro externo 100 a 150 milímetros. Os tubos podem ser posicionados na fileira com espaçamento de centro a centro, de 250 a 500 mm. Aproximadamente 10 a 20 queimadores podem ser posicionados entre cada conjunto de duas fileiras de tubos. Um total de oito ou mais fileiras de tubos e nove ou mais fileiras de queimadores podem estar incluídos em um forno.
De modo geral, a eficiência energética em processos industriais está se tornando mais importante. Para muitos processos, tais como a produção de hidrogênio, a eficiência do processo está relacionada com a capacidade de monitorar e regular determinadas temperaturas. A medição das temperaturas de tubos de reformador em um forno reformador pode apresentar diversos desafios. Por exemplo, quando da medição das temperaturas em locais específicos nos tubos de reformador, a inconsistência na tomada das medições no local específico do tubo do reformador pode resultar em medições com maior grau de incerteza. Um acompanhamento mais preciso da temperatura no local específico no tubo reformador pode permitir a melhoria da eficiência energética, permitindo que dados mais precisos sejam utilizados para controle de processo.
As temperaturas nos tubos do forno podem variar ao longo da extensão de seus comprimentos. Os tubos podem ficar mais quentes na direção do fluxo do processo à medida que o fluxo do processo capta o calor do forno. Os tubos de processo podem esfriar devido à reação endotérmica mesmo que calor seja adicionado do forno. Esta variação axial é parte do processo. Os métodos tradicionais de controle do forno exigem uma medida de temperatura. Esta pode ser uma temperatura das paredes do tubo, a temperatura do gás de processo ou a temperatura do gás de combustão (ou alguma combinação). Nos métodos tradicionais de controle do forno, o fluxo total de combustível (ou em alguns casos oxidante ou inertes) é ajustado para controlar a temperatura, conforme descrito na Publicação da Patente norte americana U.S. No. US2007/0104641. Ajustes também podem ser feitos para controlar o perfil da temperatura axial.
A temperatura dos tubos também pode variar de um tubo para outro. Se houver variação axial é necessário comparar os tubos na mesma posição axial para determinar a variabilidade tubo a tubo. Podem haver benefícios operacionais na redução da variabilidade de tubo a tubo ou para controlar a variabilidade. Os métodos aqui descritos são destinados a abordar a questão da variabilidade tubo a tubo ou o equilíbrio do forno. Isso é feito em adição aos métodos tradicionais de controle que ajustam o fluxo global de combustível (ou outra corrente) para o controle da temperatura.
O controle da temperatura em um forno que possui tubos de processo e uma pluralidade de queimadores para aquecimento dos tubos de processo também pode apresentar diversos desafios. A complexa interação do aquecimento por chama proveniente da pluralidade de queimadores associados com a incerteza de medição de temperatura tem até o momento limitado os ganhos de eficiência. Uma forma de melhorar a eficiência de um forno reformador é manter uma uniformidade de temperatura entre os tubos de processo numa predeterminada elevação no forno.
Desse modo, a medição ou a monitoração da temperatura de cada um dos tubos numa predeterminada posição ou elevação pode ser necessária para obter a desejada melhora de eficiência. Além disso, os tubos de processo de um forno podem estar sob pressões internas muito altas (até cerca de 50 atmosferas) e em altas temperaturas (até cerca de 950 °C). Assim, uma ligeira alteração na temperatura pode reduzir a vida útil de um tubo de reator. Por exemplo, operando a aproximadamente 10 0C acima da temperatura de projeto para o tubo pode reduzir a vida útil do tubo tanto quanto a metade. O custo da reparação e/ou substituição dos tubos pode ser elevado devido ao uso de ligas especiais nos tubos que são necessários para permitir que os tubos sobrevivam às condições operacionais do forno. Como tal, os operadores do forno também medem/monitoram a temperatura do tubo para evitar que seja ultrapassada a temperatura nominal do tubo adicionalmente às tentativas de melhorias da eficiência.
A indústria deseja operar fornos contendo tubos de processo com uniformidade de temperatura em meio aos tubos de processo numa predeterminada elevação no forno. Breve Sumário da Invenção
A presente invenção está relacionada a um método de operação de um forno possuindo uma pluralidade de queimadores, cada um da pluralidade de queimadores possuindo vazões a eles associadas, o forno contendo uma pluralidade de tubos de processo. 0 método compreende:
(a) selecionar o critério da temperatura-alvo da pluralidade dos tubos de processo;
(b) medir a primeira informação de temperatura compreendendo dados para cada um da pluralidade de tubos de processo em uma primeira condição operacional;
(c) fornecer uma estimativa de uma função matemática que caracteriza uma relação entre as alterações da vazão do queimador para dois ou mais da pluralidade de queimadores numa temperatura individual que se altera para pelo menos uma porção da pluralidade de tubos de processo;
(d) calcular um primeiro ajuste da solução para a vazão alvo possuindo soluções para os dois ou mais dos queimadores consistente com as temperaturas de conformidade da pluralidade de tubos de processo relativamente ao critério da temperatura alvo para a pluralidade dos tubos de processo usando a avaliação da função matemática e a primeira informação de temperatura relativamente à pluralidade dos tubos de processo; e
(e) ajustar uma primeira válvula está a montante de pelo menos um dos dois ou mais da pluralidade de queimadores para alterar pelo menos uma das vazões dos dois ou mais da pluralidade de queimadores de acordo com o primeiro ajuste da solução para a vazão alvo onde a primeira válvula não está a montante da totalidade dos queimadores do forno.
A estimativa da função matemática pode ser representada como
<formula>formula see original document page 7</formula>
onde Δ7 representa alterações individuais de temperatura para pelo menos uma porção da pluralidade de tubos de processo, Au representa alterações na vazão do queimador para os dois ou mais da pluralidade de queimadores e G é uma matriz do ganho.
No método, a primeira informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo pode ser medido por:
capturar uma primeira pluralidade de imagens de uma área interna do forno reformador, pelo menos, algumas imagens da primeira pluralidade de imagens que estão associadas com as diferentes porções da área interna do forno reformador, em que cada imagem da primeira pluralidade de imagens compreende primeiro dado de pixel associado a uma respectiva parcela da pluralidade de tubos de processo; e
processar uma parcela do primeiro dado de pixel para obter primeira informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo.
O método pode ainda incluir:
medir segunda informação de temperatura para pluralidade de tubos de processo numa segunda condição operacional diferente da primeira condição operacional; e
onde a estimativa da função matemática fornecida na etapa (c) é calculada usando a primeira informação de temperatura e segunda informação de temperatura.
A segunda informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo pode ser medida por:
capturar uma segunda pluralidade de imagens da área interna do forno reformador, pelo menos, algumas imagens da segunda pluralidade de imagens estando associadas com diferentes porções da área interna do forno reformador, em que cada imagem da segunda pluralidade de imagens compreende segundo dado de pixel associado a uma respectiva parcela da pluralidade de tubos de processo; e
processar uma parte do segundo dado de pixel para obter as segunda informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo. A primeira informação de temperatura pode incluir valores de incerteza e a segunda informação da temperatura podem incluir valores de incerteza, e a estimativa da função matemática e/ou a estimativa atualizada da função matemática pode ser calculada utilizando os valores de incerteza da primeira informação de temperatura e valores de incerteza da segunda temperatura.
O método pode ainda incluir:
medir a segunda informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo numa segunda condição operacional diferente da primeira condição operacional e subsequente da primeira condição operacional;
calcular um segundo ajuste da solução para a vazão alvo para os dois ou mais da pluralidade de queimadores consistente com as temperaturas de conformidade a pluralidade de tubos de processo relativamente ao critério da temperatura alvo, utilizando a estimativa ou uma estimativa atualizada da função matemática e com a segunda informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo; e
ajustar a primeira válvula ou uma segunda válvula está a montante de pelo menos um dos dois ou mais da pluralidade de queimadores de alterar pelo menos uma das vazões de dois ou mais da pluralidade de queimadores de acordo com o segundo ajuste da solução para a vazão alvo em que a segunda válvula não está a montante da totalidade dos queimadores do forno reformador.
A segunda condição operacional pode resultar da condição da etapa (e).
O método pode ainda inclui:
atualização da estimativa da função matemática proveniente da segunda informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo, formando assim a estimativa atualizada da função matemática; e
a etapa de calcular o segundo ajuste da solução para a vazão alvo pode então usar a estimativa atualizada da função matemática.
A estimativa da função matemática pode incluir valores calculados a partir de elementos funcionais em que cada um dos elementos funcionais compreende uma forma funcional que compreende um primeiro parâmetro funcional, um segundo parâmetro funcional e um parâmetro geométrico caracterizando as distâncias entre cada um da pluralidade de tubos de processo e cada um da pluralidade de queimadores;
onde o primeiro parâmetro funcional de um primeiro elemento funcional dos elementos funcionais tem o mesmo valor como o primeiro parâmetro funcional de um segundo elemento funcional dos elementos funcionais; e
onde o segundo parâmetro funcional de um primeiro elemento funcional dos elementos funcionais tem o mesmo valor como o segundo parâmetro funcional de um segundo elemento funcional dos elementos funcionais.
O primeiro parâmetro funcional pode ter um valor que é o mesmo para cada um dos elementos funcionais e o segundo parâmetro funcional pode ter um valor que é o mesmo para cada um dos elementos funcionais.
A pluralidade de queimadores pode incluir duas ou mais fileiras de queimadores e a primeira válvula pode estar a montante de uma primeira fileira de queimadores. 0 método pode, então, adicionalmente compreender:
medir segunda informação da temperatura quanto a pluralidade de tubos de processo em uma segunda condição operacional diferente da primeira condição operacional e subsequente à primeira condição operacional;
calcular um segundo ajuste da solução para a vazão alvo para os dois ou mais da pluralidade de queimadores de acordo com as temperaturas de conformidade a pluralidade de tubos de processo relativamente ao critério da temperatura alvo, utilizando a estimativa ou uma estimativa atualizada da função matemática e utilizando a segunda informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo, e
ajustar uma segunda válvula está a montante de um único queimador dos dois ou mais da pluralidade de queimadores para alterar pelo menos uma das vazões do único queimador de acordo com o segundo ajuste da solução para a vazão alvo em que a segunda válvula não está a montante de qualquer queimador exceto do queimador único.
A primeira válvula pode estar a montante de um primeiro queimador sozinho dos dois ou mais da pluralidade de queimadores. O método pode, então, adicionalmente compreender:
medir a segunda informação da temperatura quanto a pluralidade de tubos de processo em uma segunda condição operacional de processo onde a segunda condição operacional do processo resulta da etapa (e);
ajustar uma segunda válvula de acordo com o primeiro ajuste da solução para a vazão alvo em que a segunda válvula está a montante de um segundo queimador único dos dois ou mais da pluralidade de queimadores;
medir a terceira informação da temperatura quanto à pluralidade de tubos de processo em uma terceira condição operacional em que a terceira condição operacional resulta do ajuste da segunda válvula de acordo com o primeiro ajuste da solução para a vazão alvo;
atualizar a estimativa da função matemática a partir da segunda informação de temperatura e da terceira informação de temperatura, formando assim a estimativa atualizada da função matemática;
calcular um segundo ajuste da solução para a vazão alvo para os dois ou mais da pluralidade de queimadores de consistente com as temperaturas de conformidade da pluralidade de tubos de processo relativamente ao critério da temperatura alvo, utilizando a estimativa atualizada da função matemática, e
ajustar pelo menos uma da primeira válvula, a segunda válvula ou a terceira válvula está a montante dos dois ou mais da pluralidade de queimadores para alterar pelo menos uma das vazões dos dois ou mais da pluralidade de queimadores de acordo com o segundo ajuste da solução para a vazão alvo no qual a terceira válvula não está a montante da totalidade dos queimadores do forno reformador.
Breve Descrição das Diversas Vistas dos Desenhos
A Figura 1 é uma vista em seção transversal de um forno.
A Figura 2 mostra uma representação dos campos da vista de uma câmera usada para adquirir dados de imagem do forno.
A Figura 3 mostra um gráfico de contorno representativo das diferenças de temperatura para uma predeterminada elevação de um forno.
A Figura 4 é um gráfico de uma função representativa.
Sempre que possível, serão usados os mesmos números de referência no transcurso dos desenhos para representar as mesmas partes. Descrição Detalhada
A presente invenção será descrita de forma mais completa daqui em diante com referência aos desenhos que acompanham, em que uma modalidade representativa da divulgação é mostrado. Essa divulgação pode, todavia, ser materializada de muitas formas diferentes e não deverá ser considerada como limitada às modalidades aqui apresentadas.
Os artigos "o" e "um", conforme usado aqui significam um ou mais quando aplicados a qualquer característica nas modalidades da presente invenção descrita na especificação e reivindicações. O uso de "o" e "um" não limita o significado de uma característica única, exceto se tal limite estiver especificamente indicado. O artigo "o" precedendo substantivos no singular ou no plural ou frases substantivadas denota uma característica particular especificada ou particulares características especificadas, e pode ter uma conotação no singular ou plural, dependendo do contexto em que é utilizado. O adjetivo "qualquer" significa um, alguns ou todos indiscriminadamente, independentemente da sua quantidade.
Como usado aqui, "pluralidade" significa pelo menos dois.
A presente invenção se refere a um método de operação de um forno onde o forno tem uma pluralidade de queimadores e contém uma pluralidade de tubos de processo. O forno pode ter pelo menos 10 queimadores, tipicamente entre 20 e 500 queimadores. Os queimadores estão tipicamente dispostos em fileiras. O forno pode conter, no mínimo, 20 tubos de processo, tipicamente entre 40 e 1000 tubos de processo. Os tubos de processo são tipicamente organizados em fileiras. As temperaturas dentro do forno, notadamente as temperaturas dos tubos do reação são reguladas mediante ajuste das vazões do combustível e/ou do oxidante através dos queimadores.
O presente método proporciona uma abordagem sistemática e quantitativa para determinar a forma de ajustar as vazões de queimador para resultar nas desejadas temperaturas de parede do tubo, por exemplo, para minimizar o desvio de temperatura entre as temperaturas da parede do tubo numa predeterminada elevação no forno.
A Figura 1 mostra uma representação da seção transversal de um forno 102 com uma pluralidade de tubos de processo 104 posicionados dentro de uma área interna 106 do forno 102. O forno 102 pode ser um reformador de vapor metano, reformador de metanol, ^raqueador' de etileno, forno de reaquecimento de plataformas, câmara de calor radiante, ou outro tipo similar de forno, reformador ou câmara. Os tubos de processo podem conter um catalisador, por exemplo, o catalisador de reforma. O catalisador pode estar em qualquer forma conhecida na arte, por exemplo, pelotas e empacotamento estruturado. Os tubos de processo 104 podem ser posicionados em uma pluralidade de fileiras 112 separados por queimadores 108. Os tubos de processo 104 podem estender de modo vertical ou horizontal no forno 102. Uma pluralidade de queimadores 108 pode ser disposta em fileiras e usada para elevar a temperatura da superfície interna 106 do forno 102 até a temperatura desejada para realizar o processo ou atividade a ser realizada dentro do forno 102. As fileiras de tubos 104 e as fileiras de queimadores 108 podem ser substancialmente paralelas. Ao longo do perímetro do forno 102 estão portas de visualização 110 que permitem que os tubos 104, queimadores 108 e qualquer outra estrutura ou característica dentro do forno 102 sejam vistas e/ou analisadas a partir de um ponto exterior ao forno 102. Os pares de portas de visualização 110 podem ser posicionados no perímetro do forno 102 em extremos opostos de uma fileira de queimadores 108.
As vazões do gás oxidante e vazões do combustível estão associadas com cada um da pluralidade de queimadores. Qualquer outro combustível conhecido ou combinação de combustíveis pode ser usado, por exemplo, o gás natural ou uma corrente de subproduto contendo metano e monóxido de carbono a partir de um adsorvente de oscilação de pressão utilizado para separar o hidrogênio proveniente de um efluente de reformador. Gases oxidantes incluem ar, o oxigênio de grau industrial, ar enriquecido com oxigênio e ar pobre em oxigênio, tais como gás de exaustão de turbinas. Este método compreende a seleção do critério da temperatura alvo (por vezes referido na arte como um alvo de otimização) para a pluralidade de tubos de processo.
Isso significa que é necessário especificar (matematicamente) o que se constitui nas temperaturas mais preferidas para a pluralidade de tubos de processo. Este alvo se aplica à variabilidade de tubo a tubo (o equilíbrio do forno) não ao longo da extensão do tubo ou ao redor do diâmetro do tubo. As temperaturas mais preferidas são uma idealização que não pode ser exatamente conceituada. Assim, o critério da temperatura alvo é um estabelecimento matemático de quais das variações práticas de temperatura são as mais preferidas. A pluralidade de tubos de processo consideradas no método não precisa incluir todos os tubos de processo no forno.
Pode ser preferível que não haja variação entre as temperaturas tubulares. Isso eqüivale a dizer que a temperatura medida de cada tubo é igual à temperatura média da totalidade de tubos. O tradicional controle de fornos permite que a temperatura média seja ajustada para cima ou para baixo, para coincidir com uma temperatura alvo fixa e esse controle tradicional pode ser sobreposto na porção superior da equalização do forno, mas não é a base para o critério da temperatura alvo.
O critério da temperatura alvo é formulado com base em uma medida de variabilidade. Muitas medidas de variabilidade são de uso comum, incluindo a variação e desvio padrão, e outras medidas de variabilidade podem ser utilizadas (por exemplo, o valor máximo medido menos o valor médio medido). As combinações podem ser construídas, as quais incluem essas diferentes medições (por exemplo, um fator ponderai vezes a variância mais um outro valor ponderai vezes a diferença entre a temperatura máxima medida e a média).
A temperatura do tubo j podem ser marcada Tj e a temperatura média dada por
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Um alvo de otimização pode ser definido pelo 2-norma, também chamado L2-norma, associado com a diferença entre todos os Tj e T que nós escrevemos simbolicamente como
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quando a barra inferior é utilizada para designar um vetor quantidade.
Aqui o vetor das temperaturas do tubo e ||
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definem a p-norma geral e para o que p=2 dá a 2-norma. Um outro critério de temperatura alvo pode ser definido como
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onde ω é um fator ponderai com valor entre 0 e 1. Com ω essa função otimização se reduz para diferenciar entre o tubo mais quente e o tubo da média. A otimização será realizada para minimizar o alvo de otimização escolhido. O critério da temperatura alvo também pode ser combinado com uma temperatura de compensação que é especificada para os tubos individuais (0j e com Θ o vetor
que designa o conjunto da totalidade de conjuntos e Θ a compensação média). Simbolicamente, isto seria
Isso permitiria, por exemplo, ter por alvo temperaturas uniformes dentro de uma região do forno que fossem diferentes das temperaturas uniformes em uma outra região. Desse modo, a especificação de uma compensação ainda que para um único tubo ajusta a temperatura alvo da totalidade dos tubos através do termo da compensação média e a compensação se aplica ao equilíbrio dentro do forno sem referência a uma específica temperatura média que controlada através dos métodos tradicionais.
Pode ser desejável especificar limites superior ou inferior de temperaturas no tubo. O alvo de otimização pode ser especificado para minimizar a variância e um tradicional conjunto controlador para aumentar ou diminuir a temperatura média para satisfazer a condição delimitadora.
O método inclui ainda medir a primeira informação de temperatura com dados para cada um da pluralidade de tubos de processo em uma primeira condição operacional. As condições operacionais incluem vazões do oxidante, as vazões de combustível, taxas de alimentação de gás reagente, taxa de produção de hidrogênio, a pressão do forno, etc.
O forno 102 pode ter portas de visualização 110 em um ou mais níveis ou elevações. A existência de portas de visualização 110 em mais que um nível permite maior capacidade de visualização dos tubos 104.
A primeira informação de temperatura da pluralidade de tubos de processo pode ser medida através da captura de uma primeira pluralidade de imagens de uma área interna do forno reformador, pelo menos, algumas imagens da primeira pluralidade de imagens estando associadas com diferentes porções da área interna do forno reformador, em que cada imagem da primeira pluralidade de imagens compreende primeiros dados de pixel associados a uma respectiva parcela da pluralidade de tubos de processo, e o processamento de uma parcela dos primeiros dados de pixel par obter a primeira informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo.
A informação da temperatura pode ser obtida tomando uma série de imagens digitais dos tubos 104 no forno 102 através das portas de visualização 110. As imagens digitais podem ser capturadas por uma câmera digital ou qualquer outro dispositivo capaz de capturar informações de imagem digital. As imagens digitais podem ser imagens digitais "paradas" de uma câmera de vídeo (ou seja, uma imagem estática de um dispositivo de imagem contínua), ou uma imagem digital média de uma câmera de video (isto é, uma imagem "média" durante algum intervalo de tempo, e não de apenas um "instantâneo" em um momento). As imagens digitais podem ser obtidas mediante apontar a câmera digital através de cada porta de visualização 110 e, em seguida, capturar a correspondente informação de imagem, ou seja, "tirar uma fotografia" da correspondente parte da área interna.
A câmera digital pode ser posicionado em um monopé ou outro dispositivo semelhante para tentar manter os desejados avanço, desvio e ângulos de rolagem nas imagens digitais e para auxiliar no posicionamento da lente da câmera no centro da porta de visualização 110. Além disso, a câmera pode ser ajustada para um modo manual para manter uma velocidade de abertura mais consistente e o foco pode ser definido para infinito.
Para obter uma imagem da área interna 106 do forno 102, que compreende os tubos 104, a câmera pode ser brevemente posicionada a uma porta de visualização 110 com o operador apontando a câmera através da porta 110 e, posteriormente, vista a pressionar o botão do obturador para capturar a imagem e, em seguida, retirando a câmera da porta de visualização 110. A Figura 2 mostra os campos de visão 120 da câmara quando fotografando imagens de diversas portas de visualização 110. Como pode ser visto na Figura 2, cada campo de visão da câmera inclui uma porção de uma ou mais fileiras de tubos 104. 0 período de tempo que a câmara está apontando através da porta vista 110 deve ser minimizado para proteger a câmera e operador da exposição ao calor excessivo radiante, porém, a câmera não deve se mover quando o botão do obturador estiver sendo pressionado para garantir que a imagem é não saia borrada. O procedimento pode ser repetido para cada porta de visualização 110 no perímetro do forno 102.
A câmera pode capturar uma imagem (ou várias imagens) através da porta vista de uma parte da área interna 106 do forno 102. A imagem pode incluir uma fileira de tubos 104 localizado no lado esquerdo da imagem e outra fileira de tubos 104 localizado no lado direito da imagem.
Além disso, a imagem pode incluir uma porta de opinião contrária. A porta de opinião contrária pode ser usado para capturar uma imagem da parede oposta do forno 102. A imagem pode incluir outras estruturas e/ou características da área interna do forno 106 102 que estão dentro do campo de visão da câmera.
A porção da área interna 106 capturados em uma imagem pode se sobrepor ou incluir trechos similares da área interna 106 capturados em outras imagens. Dito de outra forma, a porção da área interna 106 mostrada em uma imagem pode incluir estruturas ou características que também são mostradas em outras imagens. Por exemplo, as imagens tiradas a partir de portas de visualização 110 adjacentes pode mostrar lados opostos do mesmo tubo 104. Da mesma forma, as imagens tiradas a partir de portas de visualização 110 oposto pode mostrar o mesmo tubo 104 em ângulos diferentes. Além disso, as imagens não são obrigadas a corresponder ou mapear regiões especificas ou exclusivas da área interna 106 e podem mostrar regiões substancialmente semelhantes ou partes da área interna 106.
Uma imagem mostra uma parte diferente da área interna 106, se a imagem inclui uma estrutura ou característica que não é mostrada em uma outra imagem ou mostra as mesmas estruturas ou características em diferentes ângulos ou perspectivas de outras imagens.
As imagens da área interna 106 e dos tubos 104 de cada porta de visualização 110 podem ser capturadas de acordo com uma seqüência pré-determinada ou ao longo de um caminho predeterminado 202 ao redor do perímetro do forno 102, como mostrado na Figura 2. O caminho predeterminado 202 pode se estender em qualquer direção no sentido horário ou anti-horário. Ao capturar as imagens em uma seqüência pré-determinada, a subsequente identificação da porção da área interna 106 capturada em cada imagem pode ser realizada rapidamente, pois cada etapa da seqüência ou caminho corresponde a uma parte conhecida da área interna 106. As imagens da área interna 106 e dos tubos 104 podem ser feitos em qualquer ordem ou a seqüência desejada com a exigência adicional de que a correspondente parte da área interna 106 seja correlacionada com a imagem capturada. Uma vez que o forno 102 pode incluir portas de visualização 110 em lados opostos do forno 102 e em cada lado de uma fileira de tubos 104, a totalidade dos tubos 104 pode estar inclusa em pelo menos duas imagens e muitos dos tubos 104 podem estar inclusos em pelo menos quatro imagens.
Uma única câmera pode ser usada para capturar todas as imagens da área interna 106 do forno 102. A utilização de uma única câmera para capturar todas as imagens pode aumentar a consistência do subsequente processamento e análise dos dados da imagem, pelo fato de que as imagens são capturadas em condições uniformes de câmara tais como níveis uniformes de sinal de ruído e sensibilidades uniformes para diferentes comprimentos de onda. No entanto, uma pluralidade de câmeras pode ser usada para capturar imagens, mas o subsequente processamento e análise dos dados da imagem devem atender às diferenças nas condições da câmera tais como diferenças nas sensibilidades para diferentes comprimentos de onda e as diferenças nas relações de sinal-ruído como um resultado das diferenças de condições entre as câmaras e/ou modelos de câmeras. A contabilização das diferenças nas condições de câmara é necessária para tornar os dados da imagem adquirida de uma câmera correspondentes com os dados da imagem adquirida de uma outra câmera.
Ao capturar uma imagem do espaço interior do forno 106 102, a câmera pode incluir um ou mais filtros para prevenir ou reduzir que certos comprimentos de onda da luz solar atinjam o sensor de imagem ou o sensor. A imagem ou o sensor pode incluir dispositivos de carga acoplada (CCDs) e/ou dispositivos semicondutores complementares de óxido metálico (CMOS). O filtro pode ser projetado para permitir passagem de 50% da luz de um predeterminado comprimento de através do filtro e atingir o sensor. O filtro pode ser mais concebido para permitir que menos luz, ou seja, menos de 50% da luz, passem através do filtro em comprimentos de onda que são menores que o comprimento de onda pré- determinado, e para permitir que mais luz, ou seja, mais de 50% da luz passe através do filtro em comprimentos de onda que são maiores que o predeterminado comprimento de onda. O predeterminado comprimento de onda pode ser de cerca de 715 nm ou o predeterminado comprimento de onda pode estar entre cerca de 300 nm ou menos e/ou 1000 nm ou mais.
O gerador de imagens ou o sensor que é incorporado a câmera pode incluir pixels que registram a intensidade da luz recebida no pixel. O número de pixels da câmera corresponde à resolução da câmera. A câmera pode ter uma resolução entre cerca 1 megapixel (cerca 1 milhão de pixels) para cerca 10 megapixels (aproximadamente 10 milhões de pixels) ou mais. Cada pixel no sensor de imagem ou o sensor pode ter um ou mais componentes ou canais que registram a intensidade da luz. Cada pixel do sensor de imagem ou do sensor pode ter três componentes ou canais, que podem corresponder às cores vermelho (R), verde (G) e azul (B). Os canais ou componentes do pixel podem ser configurados para serem mais receptivos à luz em determinadas freqüências predeterminadas e menos receptivos à luz em outras freqüências predeterminadas durante a gravação da intensidade da luz. Em outras palavras, a luz em certas freqüências predeterminadas pode contribuir mais para a medida da intensidade global do que a luz em outras freqüências predeterminadas. Quando uma imagem é capturada, as intensidades registradas para cada canal ou componente de cada pixel são armazenadas como dados de imagem ou dados de pixel. O pixel pode ser configurado para medir a intensidade de luz no espectro visível.
Depois que as imagens do forno 102 são obtidas, os dados de imagem correspondente para cada uma das imagens podem ser carregados em um computador ou dispositivo de processamento para processamento e análises adicionais.
Cada uma das imagens pode ser processada usando o computador para corrigir, ou seja, reduzir ou eliminar qualquer distorção na imagem. Antes de cada imagem poder ser processada para corrigir a distorção na imagem, um modelo de transformação para representar cada combinação de lentes e câmera usadas para capturar as imagens pode ser construído ou criado. Para criar um modelo de transformação, uma série de modelos de distorção radial podem se criado para a combinação de lente e câmera. Um modelo de distorção radial determina a quantidade de distorção radial que pode ser introduzida por uma combinação calibrada de lente e câmera para um selecionado comprimento focai (representando a possibilidade de uma lente zoom) e selecionada distância focai. Uma vez o modelo de transformação tenha sido criado por uma combinação de lentes e câmera, o modelo de transformação pode ser aplicado para as imagens captadas por essa combinação de lentes e câmera para corrigir qualquer distorção. Métodos de correção da distorção são conhecidas na arte. Qualquer método adequado para a correção da distorção pode ser usado em conexão com a obtenção de informações de temperatura.
Além da correção de distorção, cada uma das imagens podem ser processada usando o computador para corrigir qualquer rotação ou desvio ("correção de rotação") a partir de uma posição especifica, por exemplo, uma "posição centrada". A correção de rotação pode ser realizada para corrigir a orientação vertical da imagem ("ângulo de rolagem"), para corrigir o ângulo "para cima e para baixo" ("avanço") e o ângulo para "esquerda e direita" ("guinada"). O ângulo de rolagem e de avanço podem ser corrigidos mediante a detecção da(s) borda(s) do último tubo 104 na imagem e a posição da porta de visualização 110 oposta e, em seguida, ajustar a imagem para tal que a(s) borda(s) do último tubo 104 na imagem fiquem verticais. A guinada pode ser corrigida utilizando informações da geometria do forno. Métodos de correção de rotação são conhecidos na arte. Qualquer método adequado para a correção da rotação pode ser usado em conjunto com a obtenção de informações de temperatura.
As imagens "corrigidas" podem ser processadas usando o computador para detectar ou determinar as bordas dos tubos 104 e/ou quaisquer outras características desejáveis, por exemplo, portas de visualização 110 opostas, na imagem. As bordas detectadas dos tubos 104 e as características detectadas a partir da imagem podem ser ajustadas ou modificadas, em vista de um modelo geométrico do forno 102. Um modelo geométrico é uma representação da posição no espaço de cada característica no forno (tipicamente representada por coordenadas x, y, ζ e um ponto de referência). Baseado em especificação de projeto, tal como o espaçamento entre linhas, espaçamento tubo-a- tubo e a distância entre a parede e o primeiro tubo, um modelo geométrico "as-built" pode ser desenvolvido. Devido às tolerâncias de fabricação e da movimentação do tubo resultante da expansão térmica, os tubos e outras características do forno podem não estar precisamente posicionados na mesma posição como no modelo geométrico "as-built". Este modelo pode ser modificado posteriormente para corresponder às condições reais de operação do forno, comparando as bordas detectadas nas imagens com as do modelo geométrico. Isso permite que os tubos ou outros recursos sejam identificados.
O modelo geométrico é usado como ponto de partida para identificar cada tubo. A detecção de bordas é utilizada para ajustar a localização da característica, pois os tubos podem curvar ou se mover em um ambiente de alta temperatura.
A borda dos bancos de tubos e a localização da porta de visualização são estimados com base em um esquema de modelagem que incorpora tanto informações geométricas e os resultados da detecção das bordas a partir da imagem. A informação da detecção de bordas a partir do processamento de imagem é reconciliado com os dados geométricos.
O algoritmo ou o processo de detecção de bordas avalia a possível posição das bordas e fornece uma probabilidade da distribuição de onde cada borda possa estar localizada. A probabilidade da distribuição da posição da borda é comparada com o modelo geométrico. Uma vez que existem várias bordas que sejam localizadas ao mesmo tempo, o erro entre a informação geométrica e a densidade de probabilidade da localização das bordas são minimizados para derivar a localização final das bordas.
Com a utilização do modelo geométrico e das bordas identificadas do tubo e outras características, cada tubo 104 em cada imagem pode ser identificado e segmentado. Começando com a borda detectada do último tubo 104 em uma fileira, uma grade pode ser sobreposta por sobre uma parte da imagem correspondente à fileira de tubos. A grade pode ser desigualmente espaçada e pode ser baseada em dimensões e configurações do modelo geométrico tal como o espaçamento entre fileiras de tubos e distância do centro do tubo. As linhas verticais da grelha sobreposta correspondem às bordas dos tubos 104 com base em posições conhecidas dos tubos 104 do modelo geométrico. O espaçamento entre as linhas da grade pode variar de 1 pixel a 100 pixel ou mais, dependendo da resolução da câmera usada. A grade pode incluir uma fileira de segmentos possuindo um predeterminado comprimento e/ou altura. Os segmentos podem ser centrados em uma predeterminada elevação.
Cada segmento da fileira de segmentos pode ser então verificado para determinar se o segmento é parte de um tubo 104 ou é uma outra parte da área interna 106 como parte de da detecção de uma discrepância ou defeito. Se um segmento não faz parte de um tubo 104, o segmento é desconsiderado. Os demais segmentos, que correspondem a tubos 104 em forno 102, são então utilizados na análise para determinar uma temperatura de cada um dos tubos 104 na imagem correspondente. O método utilizado para determinar valores extremos ou se um segmento é parte de um tubo é baseado em uma árvore de classificação. A árvore de classificação é desenvolvida utilizando as informações do modelo geométrico. Uma série de estatísticas diferentes são testadas para um segmento e com base no resultado dos testes, um segmento é determinado ser bom (parte de um tubo) ou mau (não é um tubo).
A temperatura dos tubos 104 podem ser determinadas com base em dados de pixel de todas as imagens. Para determinar um valor de temperatura para um tubo 104 em uma imagem, o dado de pixel no segmento do correspondente tubo 104 é processado para determinar um valor que representa uma medida de tendência central, que é então correlacionado com a temperatura. A temperatura ou o valor da temperatura é um valor representativo para um tubo. A temperatura do tubo varia ao longo de seu comprimento e uma ou mais elevações selecionadas são medidas para proporcionar valor representativo da(s) temperaturas para um tubo. O processamento dos dados de pixel, por exemplo, valores de intensidade, começa com a obtenção de um valor que representa uma medida de tendência central, para cada canal ou componente, a partir do dado de pixel dos pixels no segmento. O valor que representa uma medida de tendência central pode ser uma média dos dados de pixel. No entanto, em outras modalidades, o valor que representa uma medida de tendência central pode ser uma média, média robusta, modo ou outra medição estatística derivada do dado de pixel. 0 valor que representa uma medição da tendência central para cada canal ou componente pode ser então correlacionado com um valor de temperatura. 0 valor de temperatura para um determinado segmento a partir do valor que representa uma medida de tendência central pode estar também atribuído um valor de incerteza. 0 valor da incerteza pode quantificar a confiança no valor da temperatura determinada. Vários fatores tais como a distância entre o tubo e a câmera (comprimento do caminho, "d"), o ângulo da câmera (formado por uma fileira central da câmera e a posição do tubo 104, "α"), o número de pixels no segmento que representa o tubo, pode afetar a confiabilidade da determinação de um valor da temperatura. Se os dados de pixel incluem vários canais ou componentes, o valor da temperatura para cada um dos canais ou componentes pode ser calculado utilizando uma técnica de média estatística, por exemplo, média, média ponderada, etc, para obter um valor de temperatura individual para o segmento, que corresponda a um tubo 104.
Para obter uma correlação entre os valores de temperatura e os dados de pixel, uma relação entre temperatura e dados de pixel pode ser formada e armazenada em um banco de dados ou outro dispositivo de memória para a acessibilidade no futuro. Uma técnica para obter a relação entre dados de pixel e temperatura envolve capturar uma imagem da área interna 106 e, em seguida, logo depois acompanhar a captura da imagem com a aquisição das medições de temperatura dos tubos na porção da área interna correspondente à imagem. As medições de temperatura dos tubos pode ser realizada com um pirômetro ótico ou outro dispositivo adequado. Os valores que representam uma medida de tendência central da imagem, que correspondem aos tubos 104, são então comparados com as medições da temperatura para estabelecer uma correlação ou relacionamento entre a temperatura e o valor de pixel. Outras técnicas para obter informações de temperatura nos tubos 104 também pode ser usados para estabelecer a relação ou correlação com valores de pixels. Uma vez uma relação ou correlação entre as temperaturas e os valores de pixel seja estabelecido, a correlação pode ser usada para o subsequente processamento das imagens.
Uma vez que os valores de temperatura para cada tubo 104 em cada imagem seja determinado, os valores de temperatura a partir das imagens podem ser combinados para fornecer informações sobre a temperatura em todos os tubos 104 no forno 102. O valor da temperatura de cada tubo 104 em cada imagem é extraído e utilizado para gerar uma representação das informações de temperatura para todos os tubos 104 do forno. 102. Quando um tubo 104 em particular tem vários valores de temperatura, como resultado do tubo 104 estar em mais de uma imagem, os valores de temperatura podem ser calculados usando uma técnica de média estatística, por exemplo, média, média ponderada, etc. A incerteza dos valores da temperatura pode ser inclusa como um fator quando do cálculo da média ponderada. Uma vez que a extração e processamento dos valores de temperatura a partir das imagens estiver concluída, um valor de temperatura para cada tubo 104 no forno 102 pode ser exibido.
Em lugar de se determinar um valor de temperatura para cada tubo 104 em cada imagem, o segmento de dados ou os valores de pixel que representam uma medida de tendência central podem ser continuados para serem processados em um modo similar àquele discutido acima (incluindo a aplicação dos valores de incerteza) para gerar uma representação do forno 102 em dados de pixel ou valores estatísticos. Os dados de pixel ou valores que representam uma medida de tendência central na representação do forno podem ser então convertidos a temperaturas utilizando a relação ou a correlação discutida acima para se obter uma representação do forno com base nos valores de temperatura.
Um método de regressão multivariada (como Mínimos Quadrados Parciais) pode ser usado para estabelecer uma correlação entre a temperatura de tubos específicos para os quais as medições independentes de temperatura estão disponíveis e os dados de pixel de uma imagem. A correlação pode incorporar variáveis, incluindo mas não limitado a, os valores pixel do canal, por exemplo, valores de R, G, B, d, a, outras medições quantificáveis adequadas, e/ou combinações dos mesmos. Por exemplo, os valores correlatos da temperatura do tubo podem ser representados como (para o tubo j) e variáveis independentes como xij, onde i denota a ia variável, a partir de uma lista parcial de variáveis, onde
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Outras variáveis associadas com a temperatura do tubo podem incluir o R, G, B dos tubos anteriores e seguintes. A temperatura do tubo 104 numa predeterminada posição pode ser representada como uma combinação linear dessas variáveis com coeficientes Ai desconhecidos tal que
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Dado um conjunto de medições independentes de temperatura, Tj, onde j = 1, 2, . . ., n, que podem advir a partir de um pirômetro, os coeficientes desconhecidos podem ser determinados mediante minimizar o erro entre o dado atual e a previsão no sentido dos mínimos quadrados.
Estas avaliações podem ser realizadas sistematicamente com o auxílio de ferramentas padrão de software de estatística e matemática (por exemplo, Matlab ®). O resultado final das avaliações pode gerar uma correlação entre os dados de imagem e temperaturas dos tubos 104 no sentido dos mínimos quadrados
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permitindo estimativas de temperatura para a totalidade dos tubos nas imagens (não apenas para aqueles em que medições independente de temperatura são disponíveis). Referindo-se a Figura 3, a informação da temperatura com respeito aos tubos 104 do forno 102 pode ser exibida como um gráfico de contorno ou outra representação gráfica (cor) adequada. A Figura 3 mostra um gráfico representativo de contorno da informação da diferença da temperatura para os tubos 104 de um forno 102 numa predeterminada elevação. O gráfico pode identificar os individuais tubos de processo e fileiras. Como demonstrado, o gráfico mostra que o forno inclui regiões de temperatura acima da média 502, regiões de temperatura abaixo da média 504, e regiões de temperatura média 506.
O processo para a obtenção de informações sobre temperatura divulgados aqui podem ser aplicados a uma pluralidade de elevações no forno 102 e pode ser usado para gerar uma visão tridimensional ou representação de dados de temperatura. As portas de visualização 110 podem ser localizadas nas porções superior e inferior do forno 102. A realização do processo discutido acima com ambas as portas de visualização nas porções superior e inferior do forno 102 permite a geração de um gráfico para a porção superior e a porção inferior do forno 102. Adicionais cálculos que incorporam diferenças antecipadas na temperatura nas várias elevações podem ser incorporados em um gráfico tridimensional. A antecipada incorporação das diferenças das temperaturas permite ao gráfico levar em conta as anomalias com tubos 104 específicos. Várias fileiras de segmentos em elevações diferentes podem ser analisadas a partir das imagens. 0 uso de múltiplos segmentos em elevações diferentes também podem ser usados para gerar uma representação tridimensional de informações de temperatura.
Modalidades no âmbito do presente pedido incluem produtos de programa compreendendo midia legível por máquina para conduzir ou que possuem instruções executáveis por máquina ou estruturas de dados neles armazenados. Tais mídias legíveis por máquina podem ser quaisquer mídias disponíveis que possam ser acessados por um computador de uso geral ou computador de uso específico ou outro tipo de máquina com um processador. A título de exemplo, tal mídia legível por máquina pode incluir RAM, ROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM ou outro disco ótico de armazenamento, armazenamento em disco magnético ou outros dispositivos de armazenamento magnético, ou qualquer outro meio que possa ser usado para transportar ou armazenar o código do programa desejado na forma de instruções executáveis por máquina ou estruturas de dados e que possam ser acessadas por um computador de uso geral ou de propósito específico ou outra máquina com um processador. Quando a informação é transferida ou fornecida através de uma rede ou outra conexão de comunicação (tanto com fio, sem fio, ou uma combinação de fio ou sem fio) para uma máquina, a máquina corretamente visualiza a conexão como um meio legível por máquina. Assim, qualquer conexão é apropriadamente denominada como uma mídia legível por máquina. Combinações dos anteriores também estão incluídas no âmbito da mídia legível por máquina. Instruções executáveis por máquina compreendem, por exemplo, instruções e dados que induzem um computador de uso geral, computador de propósito específico, ou máquinas de processamento para fins especiais a executar uma determinada função ou grupo de funções.
O método de funcionamento do forno compreende ainda fornecer uma estimativa de uma função matemática que caracteriza uma relação entre as alterações da vazão de um queimador para dois ou mais da pluralidade de queimadores e alterações individuais de temperatura para pelo menos uma parte da pluralidade dos tubos de processo. Cada queimador pode ter diversos fluxos que passam através dele. Estes incluem tanto as correntes de combustível e correntes de oxidantes e pode ser possível controlar os fluxos dessas correntes aos queimadores individuais ou para apropriados subconjuntos de queimadores (tais como uma única fila de queimadores). Δ alteração do fluxo de uma dessas correntes (por exemplo, aumentando ou diminuindo a abertura fracionada de uma válvula no caminho do fluxo) irá afetar as temperaturas de um ou mais dos tubos no forno. Uma tal alteração não é pretendida afetar a totalidade dos fluxo dos combustíveis e oxidantes para o forno como um todo, apenas a distribuição de tais fluxos dentro do forno. Em termos gerais, a relação entre uma única alteração na vazão para a corrente i , onde * é um índice que especifica cada corrente na pluralidade de correntes que influenciam a distribuição de combustíveis ou oxidantes dentro do forno; o número total de tais correntes é designado Nstream) e a altp nas temperaturas dos tubos (DTj para todos os j onde j é um índice que especifica dada um dos tubos na pluralidade d tubos no forno que estão considerados no cálculo) é representado como
<formula>formula see original document page 39</formula>
onde a barra de baixo é usada para denotar uma quantidade vetorial. Nesse caso, um vetor de comprimento Ntuber o número de tubos da porção da pluralidade de tubos no forno que são controlados (e que pode, mas não necessita ser, igual ao número total de tubos no forno). Desse modo, essa equação vetorial representa as relações funcionais individuais gerais Ntube entre a alteração da vazão de uma única corrente de combustível ou oxidante e a temperatura dos tubos Ntube.
Muitas vezes é conveniente equilibrar o forno em estágios onde uma única corrente de combustível ou de oxidante é ajustada em cada estágio. As correntes podem ser designados numa ordem específica em que estão a ser utilizados para a compensação. Se um queimador tem 3 correntes de combustíveis, elas podem ser designadas como combustível 1, combustível 2 e combustível 3. Se existirem 2 de oxidante, eles podem ser designados oxidante 1 e oxidante 2. O número total de tipos de correntes pode ser designado como Mstreams. Durante o primeiro estágio, o combustível 1, propriamente, pode ser ajustado para equilibrar o forno. 0 equilíbrio como um todo pode ser feito em um único distúrbio (ou seja, usando apenas um fluxo para o equilíbrio, mesmo se várias medidas de ajuste ou iteração forem necessárias) ou estágios subseqüentes podem utilizar as outras correntes para melhorar ainda mais o equilíbrio do forno. Em um ou outro caso, quando da utilização da abordagem por etapas as únicas relações funcionais necessárias dentro de um estágio são aquelas entre a variação da temperatura do tubo (DTj) e a alteração de um único tipo de corrente à medida que ela flui através da pluralidade de queimadores (Auj). o índice em maiúscula I é usado para designar o queimador através do qual a corrente específica flui e corre de 1 até o número da pluralidade de queimadores (Nburner) considerados. No geral, o número total das correntes que fluem através da totalidade de queimadores é igual ao produto do número de tipos de corrente e o número de queimadores (isto é, Nstream = Mstream x Nburner) . É também possível definir uma correspondente um-a-um entre o índice 1 usado para designar qualquer corrente e um índice de composto onde J designa o queimador e o subscrito m designa o tipo de corrente. Desse modo, a corrente i está associada com o queimador I e se o método é aplicado no modo por estágio, os Índices são idênticos e usados para identificar uma específica corrente do queimador. O índice em minúscula será usado para designar uma corrente do queimador e o índice em maiúscula o correspondente queimador através do qual ela flui. As equações para a abordagem em modo de estágios podem ser geradas em uma forma mais explícita mediante substituir a minúscula i com a maiúscula I.
Qualquer função pode ser linearizada tal que para pequenas alterações na variável independente um valor constante representa de forma precisa a alteração na variável dependente. Essa é a primeira derivada e esse caso pode ser representado como
<formula>formula see original document page 41</formula>
Aqui, o símbolo é usado para representar a derivada parcial, pois a temperatura das paredes do tubo é tida como uma função de muitas variáveis independentes (os ui' s, que são as correntes controláveis que fluem). O símbolo
<formula>formula see original document page 41</formula>
é aqui definido como a estimativa
<formula>formula see original document page 41</formula>
de
<formula>formula see original document page 41</formula>
A função que representa a relação entre dois ou mais da pluralidade de correntes de fluxo para o queimador e as temperaturas da parede do tubo é representado como
<formula>formula see original document page 41</formula>
Este é um atalho para uma série de equações Ntube cada um dos quais fornece a alteração na temperatura das paredes do tubo para um tubo especifico em função de alterações de fluxo para a totalidade das correntes de fluxo. Uma equação única representativa pode ser escrita como
<formula>formula see original document page 42</formula>
Após a linearização da função, a equação única representativa pode ser escrita como
<formula>formula see original document page 42</formula>
Depois de substituir com o valor estimado gi,j, a função única representativa pode ser escrita como
Existem Ntube dessas equações individuais, um para cada porção da pluralidade de tubos no forno, que são controlados. Juntas, essas equações Ntube podem ser escritas em atalho como
<formula>formula see original document page 42</formula>
onde = é uma matriz com elementos funcionais g±,j e dimensões Nstream x Ntube.
Resta determinar os valores para gi,j. Este pode ser um trabalho árduo, repetitivo, se abordado experimentalmente. No entanto, existem características em um forno típico que podem ser exploradas para simplificar a tarefa. Especificamente, tubos que estão próximos de um queimador no qual o fluxo de combustível é aumentado percebem um aumento na temperatura e um aumento maior que aqueles que estão mais distantes. Os tubos que estão mais afastados do queimador que percebem um aumento no combustível podem não perceber alteração ou mesmo ainda um decréscimo na temperatura à medida que os queimadores mais próximos do tubo afastado experimentam um ligeiro decréscimo no fluxo de combustível (na medida que o fluxo total de combustível para o forno fica inalterado). Isso sugere certas formas funcionais par os elementos funcionais gi,j que fornecem estimativas de duI. Por exemplo, a forma funcional
<formula>formula see original document page 43</formula>
onde d1,j é a distância entre
o tubo de j e o queimador * (note que a maiúscula é usada para designar o queimador através do qual a corrente i flui como descrito antmt) pode ser usado. Esta fórmula tem três parâmetros (a.z, a2 e ae). No sentido mais geral, os parâmetros podem ser determinados para cada par tubo/corrente e como funções das condições operacionais e ambientais, mas essa abordagem não explora o poder dessa metodologia. Uma outra abordagem é assumir que os parâmetros (ai, a2 e a3) são válidos para todos os pares tubo/corrente dentro de classes específicas. Por exemplo queimadores podem ter dois fluxos de combustível e um conjunto de parâmetros {alr e a3) pode ser determinado para cada fluxo de combustível em separado. Os queimadores dentro do forno podem ser de diferentes tamanhos e um conjunto de parâmetros pode ser determinado para cada corrente de combustível para cada tamanho de queimador. Uma vez que as estimativas não precisam ser perfeitas, pode ser desejável limitar o número das diferentes classes e aceitar um nível de imprecisão na resposta estimada em vez de dedicar um trabalho adicional para determinação de parâmetros para mais classes.
Portanto, no método, a estimativa da função matemática (por exemplo,
<formula>formula see original document page 44</formula>
pode compreender valores calculados dos elementos funcionais g1,j) onde cada um dos elementos funcionais (g1,j) compreende uma forma funcional
(por exemplo <formula>formula see original document page 44</formula>
, que compreende um primeiro . parâmetro funcional, a1, um segundo parâmetro funcional, 32, e um parâmetro geométrico, d±rj, caracterizando as distâncias entre cada um da pluralidade de tubos de processo e cada um da pluralidade de queimadores, onde o primeiro parâmetro funcional, ai, de um primeiro elemento funcional dos elementos funcionais tem o mesmo valor como o primeiro parâmetro funcional ai, de um segundo elemento funcional dos elementos funcionais e onde o segundo parâmetro funcional, a2, de um primeiro elemento funcional dos elementos funcionais tem o mesmo valor como o segundo funcionais parâmetro, a2, de um segundo elemento funcional dos elementos funcionais.
Se gi,j é não dimensionado mediante dividir por uma alteração da corrente de fluxo de referência e multiplicar por uma alteração da temperatura de referência do tubo, e di,j é não dimensionado mediante dividir por uma escala de comprimento do forno então um conjunto de valores de parâmetros que tem a forma descrita acima é ai= -1,1, a 2= - 0,05 e aj= 1 (esses valores foram escolhidos como um exemplo representativo e não são pretendidos a descrever qualquer forno especifico nem a limitar o método de nenhum modo). A Figura 4 é um gráfico dessa função representativa com os valores do dado parâmetro. Com valores adimensionais, a^ pode ser apropriadamente escolhido para igual a 1. Valores absolutos maiores de a2 restringem o efeito direto das alterações de fluxo a uma vizinhança menor ao redor do queimador, ai pode ser escolhido para ser inferior a -1. Formas mais complexas de elementos funcionais também podem ser selecionados, por exemplo,
<formula>formula see original document page 45</formula>
Aqui, o elemento functional tem quatro parâmetros e esta função pode mais intimamente compatibilizar dados experimentais. Outras formas funcionais também podem ser escolhidas.
Valores de parâmetro (ak) usados para determinar o valor dos elementos funcionais para cada classe especifica podem ser atualizados à medida que informação adicional com respeito ao efeito das alterações da vazão da corrente do queimador sobre as alterações da temperatura do tubo é obtida. Isso é feito mediante realizar a seguinte minimização:
<formula>formula see original document page 46</formula>
onde ε·-1 é um vetor (de dimensão NtUbe) em que cada elemento é a reciproca da incerteza na medição da temperatura do tubo, o operador é utilizado para o produto no modo pontual (a.k.a produto Hadamard) dos dois vetores. Se a matriz é mal condicionada, pode ser recondicionada mediante soltar alguns dos menores autovalores.
Como indicado acima, a relação entre as alterações da temperatura na parede do tubo e alterações no fluxo do queimador podem ser influenciadas pelas condições operacionais (por exemplo, taxa de produção) ou pelas condições ambientais (por exemplo, temperatura ambiente) . Estes efeitos podem ser capturados, mediante alterar os valores de parâmetro (ak) . No entanto, os valores determinados para as condições anteriores fornecem uma estimativa razoável e um bom ponto de partida para a função matemática relacionando alterações na temperatura das paredes do tubo com as alterações nos fluxos do queimador. As alterações são feitas para os fluxos de corrente do queimador, os parâmetros podem ser atualizados conforme descrito acima.
O método de operação de um forno compreende ainda o cálculo de um segundo ajuste da solução para a vazão alvo para os dois ou mais da pluralidade de queimadores de consistente com as temperaturas de conformidade da pluralidade de tubos de processo para a limitação da uniformidade da temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo. Matematicamente, isto é feito mediante primeiramente construir um vetor que representa a diferença entre a temperatura atual do tubo (marcado Tj v j ou simplesmente T) e as temperaturas alvo (Tj* para v j or simplesmente T*) da forma T - T* (ou □ T*) e em seguida determinar a solução (□ u) que se coaduna com a função linearizada que estima a relação entre as alterações nas paredes do tubo e os fluxos do queimador sujeito à restrição de que os valores determinados (□ ui) se situam entre os limites superior e inferior nos fluxos do queimador individual. Simbolicamente, isto é
<formula>formula see original document page 47</formula>
onde o símbolo genérico ||x|| é usado para designar qualquer da variedade de alvos de otimização tais como o 2- norma discutido anteriormente. Tj* pode ser igual a T ou estar relacionado a T como descrito anteriormente. G= pode ser recondicionado.
A solução (□u) é um conjunto de alterações de fluxo do queimador que minimiza a diferença entre as temperaturas estimadas das paredes do tubo e as temperaturas alvo. Essas alterações no fluxo de conformidade podem ser implementadas como ajustes de válvulas. Quando isso é feito um novo perfil da temperatura aparecerá no forno. As temperaturas do tubo podem ser medidas, como descrito acima juntamente com os correspondentes valores da incerteza. A informação da nova temperatura pode então ser usada para estimar novos valores para os parâmetros em gi,j, bem como determinar um novo □T* tal que o processo pode ser repetido para refinar ainda mais o perfil da temperatura.
A vazão alvo de ajuste da solução pode ser qualquer
outra medida relativa às vazões de queimador, por exemplo, gás oxidante especifico e/ou vazões de combustível, alterações nas vazões, percentual de abertura/fechamento das válvulas, etc. A conformidade pode ser qualquer técnica adequada para a redução da diferença entre as temperaturas medidas e a espuma alvo.
Como descrito acima, os valores de temperatura ou informações de temperatura podem incluir valores de incerteza (ξj) . Para incorporar a incerteza na temperatura das paredes do tubo, o processo de minimização por meio do que os fluidos de conformidade são determinados é modificado para incluir uma ponderação dos elementos vetoriais individuais com a reciproca da incerteza. Isso é similar a como a incerteza foi usada para computar os valores de parâmetros na estimativa dos elementos funcionais individuais. Simbolicamente, isso é
<formula>formula see original document page 49</formula>
A modificação abrange a diferenciação de incerteza que pode ou não estar presente em diferentes temperaturas das paredes do tubo. A solução resultante coloca mais ênfase no movimento válvulas quando a incerteza associada com a temperatura é baixa em comparação a casos quando a incerteza é maior.
As restrições mais evidentes nos fluxos do queimador são os fluxos mínimos e máximos. Estes podem ser especificados para manter algum fluxo de combustível mínimo compatível com a estabilidade do queimador ou fluxo máximo de combustível associado com a combustão rica em combustível e os limites de emissão. Essas restrições de fluxo podem ser reformuladas em termos de restrições de posição da válvula para ser compatível com o caso em que as the Duí's são consideradas serem alterações na posição da válvula. Existem também restrs adicionais que podem estar inclusas. Por exemplo, uma restrição pode ser imposta ao número de válvulas que têm permissão para serem manipuladas para cada etapa do cálculo de uma vazão alvo de ajuste da solução.
O método de funcionamento do forno 102 ainda compreende uma primeira válvula de ajuste a montante de pelo menos um dos dois ou mais da pluralidade de queimadores 108 para alterar pelo menos uma das vazões de dois ou mais da pluralidade de queimadores 108 em acordo com o primeiro ajuste da solução para a vazão alvo.
Referência a uma primeira válvula inclui uma ou mais válvulas uma vez que o "um" significa um ou mais quando aplicado a qualquer característica. A primeira válvula pode ser uma válvula de controle de fluxo do gás oxidante ou uma válvula de controle de fluxo do gás combustível. A primeira válvula pode ser uma válvula acionada ou válvula manual. A primeira válvula que é ajustada não é uma válvula principal do gás ou válvula principal do combustível para controlar o fluxo total relativamente ao forno como um todo o qual é controlado através dos métodos tradicionais preferivelmente de ser uma válvula que controla o fluxo para um apropriado subconjunto dos queimadores e portanto influencia a distribuição do fluxo.
O método de funcionamento do forno 102 pode ainda compreender medir a segunda informação da temperatura quanto a pluralidade de tubos de processo numa segunda condição operacional diferente da primeira condição operacional. A segunda condição operacional é subsequente (em um momento posterior) à primeira condição operacional.
A segunda informação de temperatura pode ser medida em um modo similar à primeira informação de temperatura.
Em combinação com qualquer das outras características, a segunda informação de temperatura da pluralidade de tubos de processo pode ser medida através da captura de uma segunda pluralidade de imagens de uma área interna do forno reformador, pelo menos, algumas imagens da segunda pluralidade de imagens estando associadas com diferentes porções da área interna do forno reformador, em que cada imagem da segunda pluralidade de imagens compreende segundo dado de pixel associado com uma respectiva porção da pluralidade de tubos de processo, e processar uma parcela do segundo dado de pixel para obter a segunda invenção de temperatura quanto à pluralidade de tubos de processo.
A segunda condição operacional pode ser o resultado de testes de circuito aberto da resposta de temperatura das vazões de gás oxidante/combustível para os queimadores. O teste em circuito aberto inclui o caso onde uma corrente de fluxo de um único queimador é ajustada especificamente para o propósito de determinar os parâmetros usados para definir os elementos funcionais para uma classe específica de fluxos do queimador. As estimativas dos parâmetros podem ser calculadas usando a primeira informação de temperatura e a segunda informação de temperatura resultantes das alterações na vazão do queimador. Se 0T é usado para designar as temperaturas medidas na condição inicial e ,Γ é usado para designar as temperaturas medidas na condição subsequente, então ΔT=1T-0T e os parâmetros de temperatura são determinados para
<formula>formula see original document page 52</formula>
r onde os elementos
<formula>formula see original document page 52</formula>
de ε__ são definidos como
<formula>formula see original document page 52</formula>
□u é um vetor com somente um elemento não-zero (□uj) correspondente à corrente do fluxo do queimador que foi ajustada para o teste em circuito aberto. Qualquer número de testes em malha aberta pode ser realizado para obter mais informações sobre a temperatura (2T, 3T,) para validar a forma do elemento funcional escolhido para gi,j, refinar as estimativas de parâmetro, para desenvolver estimativas de parâmetro para classes adicionais de fluxos de queimador ou em diferentes condições operacionais.
Alternativamente para a realização de testes em circuito aberto, a segunda condição operacional onde a segunda informação de temperatura é medida pode resultar do ajuste da primeira válvula de acordo com o primeiro ajuste da solução para a vazão alvo. Com cada ajustamento de uma ou mais válvulas, informação adicional de temperatura pode ser medida e os resultados usados para atualizar as estimativas dos parâmetros. O método de funcionamento do forno 102 pode ainda compreender o cálculo de um segundo ajuste da solução para a vazão alvo para os dois ou mais da pluralidade de queimadores consistentes com as temperaturas de conformidade da pluralidade de tubos de processo relativamente ao critério da temperatura alvo utilizando a estimativa ou uma estimativa atualizada da função matemática e utilizando a segunda informação de temperatura para a pluralidade de tubos de processo. A estimativa da função matemática ou uma estimativa atualizada da função matemática é avaliada usando os valores fornecidos segunda informação de temperatura para calcular o segundo ajuste da solução para a vazão alvo. O segundo ajuste da solução para a vazão alvo tem soluções atualizadas ou secundárias para os dois ou mais da pluralidade de queimadores. A mesma estimativa da função matemática usada anteriormente pode ser provida com base na nova informação da temperatura. No caso de uma estimativa atualizada da função matemática ser usada, a estimativa da função matemática é atualizada a partir da segunda informação de temperatura. A função matemática é atualizada mediante reavaliar os parâmetros do elemento funcional (a*) , utilizando a nova informação do segundo dado de temperatura. No caso em que existem várias condições, resultando em múltiplas leituras de temperatura e múltiplas posições de válvula, o resultado é combinado por <formula>formula see original document page 54</formula>
, onde £ é o índice que identifica cada uma das diferentes condições avaliadas.
As restrições relacionadas com as posições mínima e/ou máxima permitidas para as válvulas podem ser tomadas em consideração para estimar a próxima ação de controle. A restrição pode ser uma restrição física (ou seja, a válvula totalmente aberta ou totalmente fechada). A restrição pode ser baseada na experiência que uma válvula não deve ser aberta ou fechada para além de uma determinada posição.
Outras restrições podem ser devidas ao número total de queimadores permitidos a serem movimentados em cada interação, ou o número total das válvulas permitidas serem fechadas, ou a alteração máxima na contrapressão que é permitida.
Após o segundo ajuste da solução para a vazão alvo ser calculada, o modo de funcionamento do forno pode adicionalmente compreender o ajuste da primeira válvula ou de uma segunda válvula está a montante de pelo menos um dos dois ou mais da pluralidade de queimadores para alterar pelo menos uma das vazões de dois ou mais da pluralidade de queimadores de acordo com o segundo ajuste da solução para a vazão alvo. A primeira válvula ou segunda válvula que é ajustada não é uma válvula principal de gás oxidante ou válvula principal de combustível para o controle total do fluxo para o forno como um todo o qual é controlado através dos métodos tradicionais preferivelmente de ser uma válvula que controla o fluxo para um apropriado subconjunto dos queimadores e portanto influencia a distribuição do fluxo.
O forno pode ser operado para primeiramente ajustar as válvula de cabeça que regulam cada fileira de queimadores seguido pelo ajuste das válvulas do queimador individual que controla cada queimador individual.
A pluralidade de queimadores pode incluir duas ou mais fileiras de queimadores e a primeira válvula que é ajustada em resposta à primeiro ajuste da solução para a vazão alvo pode estar a montante de uma primeira fileira de queimadores. Uma fileira de queimadores é uma pluralidade de queimadores ligados a um encabeçamento comum e possuindo saídas dispostas em um alinhamento substancialmente reto. A segunda válvula que é ajustada em resposta à segundo ajuste da solução para a vazão alvo pode estar a montante de um único queimador dos dois ou mais da pluralidade de queimadores para alterar pelo menos uma das vazões do único queimador de acordo com o segundo ajuste da solução para a vazão alvo. Uma vez que a segunda válvula regula apenas um único queimador, a segunda válvula não está a montante de qualquer queimador exceto o queimador único.
A definição das correntes de fluxo do queimador e a representação da alteração na temperatura das paredes do tubo relativamente às alterações nas correntes de fluxo do queimador com uma única expressão para cada classe é uma poderosa ferramenta que explora o padrão geométrico regular do forno e permite que a matriz de ganho seja mais plenamente preenchida com relativamente menos perturbações (isto é, uma para cada classe) . A Figura 1 mostra que os tubos 14 que rodeiam o queimador 16 estão em uma relação semelhante como a dos tubos 24 que rodeiam o queimador 26.
Espera-se que os tubos 24 irão responder às alterações no queimador 26 de forma muito igual ao modo que os tubos 14 respondem às alterações no queimador 14. Esta expectativa foi confirmada experimentalmente. Da mesma forma, a definição de cada elemento da matriz de ganho com base em uma forma funcional que está relacionada com considerações geométricas (a distância entre o bico e o tubo) aumenta ainda mais a eficiência do método. Isso garante que os efeitos relativamente menores sobre os tubos são considerados distantes, mesmo que apenas aproximadamente. A soma dos efeitos menores podem ser significativas, de modo que ignorar estes todos torna a solução final deste grande problema menos eficiente.
Em uma modalidade, após o cálculo de uma vazão alvo de ajuste da solução, as válvulas a montante de cada queimador podem ser ajustada uma de cada vez, a informação da temperatura medida após cada ajuste, e a informação da temperatura medida após cada ajuste utilizada para atualizar a estimativa para a função matemática . A atualização para a estimativa da função matemática pode ser feita depois de algumas ou todas as alterações anteriores prescritas da anterior vazão alvo de ajuste da solução terem sido feitas. Esta abordagem tem a vantagem de melhorar mais rapidamente a estimativa da função matemática.
Nesta modalidade, a primeira válvula está a montante de um primeiro queimador sozinho dos dois ou mais da pluralidade de queimadores. 0 método pode ainda compreender, em seguida, medir a informação de temperatura para a segunda pluralidade de tubos de processo em uma segunda condição operacional em que a segunda condição operacional resulta do ajuste da primeira válvula, ajuste de uma segunda válvula de acordo com o primeiro ajuste da solução para a vazão alvo em que a segunda válvula está a montante do segundo queimador sozinho dos dois ou mais da pluralidade de queimadores, medir a terceira informação da temperatura para a pluralidade de tubos de processo em uma terceira condição operacional onde a terceira condição operacional resulta do ajuste da segunda válvula de acordo com o primeiro ajuste da solução para a vazão alvo, atualização da estimativa da função matemática a partir da segunda informação de temperatura e da terceira informação de temperatura, formando assim a estimativa atualizada da função matemática, calcular um segundo ajuste da solução para a vazão alvo possuindo soluções para os dois ou mais da pluralidade de queimadores consistente com as temperaturas de conformidade da pluralidade de tubos de processo relativamente ao critério da temperatura alvo utilizando a estimativa atualizada da função matemática; e ajustar pelo menos uma da primeira válvula, a segunda válvula ou terceira válvula está a montante dos dois ou mais da pluralidade de queimadores para alterar pelo menos uma das vazões dos dois ou mais da pluralidade de queimadores de acordo com o segundo ajuste da solução para a vazão alvo em que a terceira válvula não está a montante da totalidade dos queimadores do forno reformador.
A presente invenção será melhor compreendida com referência ao exemplo a seguir, que é destinado a ilustrar, mas não para limitar o escopo da invenção. A invenção é definida exclusivamente pelas reivindicações.
Exemplo 1
Este exemplo ilustra o método em prática. Etapa 1. O critério da temperatura alvo para uniformizar as temperaturas do tubo dentro do forno, furnace,
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foi o escolhido. Este critério é a soma ponderada da diferença 2-norma e «-norma entre a temperatura individual do tubo e a média de todas as temperaturas que são registradas.
Etapa 2. A informação da temperatura numa condição inicial, Tj, compreendendo dados para cada um da pluralidade de tubos de processo j foi medida utilizando uma câmera digital modificada, onde j é 1 ao longo do número total de tubos de processo visíveis no forno, Ntube. Neste caso, mais de 90% dos tubos foram visíveis nas imagens. A informação da temperatura relativamente à pluralidade de tubos do processo foi medida através da captura de uma pluralidade de imagens (tirando uma "foto") de uma área interna do forno reformador, pelo menos, algumas imagens da pluralidade de imagens estando associadas a diferentes partes da área interna do forno reformador, em gue cada imagem da pluralidade de imagens compreende a dado de pixel associado a uma parcela da pluralidade de tubos de processo. A informação da temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo foi obtida por processamento de uma parcela dos dados de pixel. "Fotos" dos tubos foram tomadas e uma correlação utilizada para converter as imagens para um valor de temperatura e a respectiva incerteza. A estimativa da incerteza da temperatura nas paredes do tubo foi provida pelo desvio padrão da estimativa da temperatura das paredes do tubo e designada como as £j. As temperaturas Tjf juntas na condição inicial formam um vetor de temperatura que é designado por qT . As incertezas Sj juntas na condição inicial formam um vetor de incerteza qs . Os dados da temperatura inicial mostraram uma difusão de temperatura de mais de 50 °C, o que está consistente com a difusão de temperatura que se pode obter utilizando as técnicas já conhecidas na arte.
Etapa 3. Uma estimativa de uma função matemática, foi feita usando o conhecimento já existente. A função matemática caracteriza uma relação entre as alterações na temperatura das paredes do tubo e as alterações na posição da válvula de controle do fluxo de fuell a um queimador individual. = é uma matriz com elementos funcionais g±rj e dimensões Nburner χ Ntube.
A forma dos elementos funcionais g±,j neste exemplo foi
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onde os elementos funcionais g±rj são os ganhos de uma alteração na posição da válvula (medido em °C/percentual de abertura da válvula) associado com a corrente de combustível fuell no queimador I e tubo de reator j ; dI,j é a distância do tubo de reator j ao queimador I (medida em metros) e ai, e a 3 , são os parâmetros que correlacionam a relação entre as vazões de queimador e as temperaturas do tubo de reator. Os valores iniciais de alr a2 e a3 , foram 45 (°C/%), 2,3m"1, 0,5 (°C/%), respectivamente. Os valores iniciais de ai, a2 e a 3 , foram fornecidas com base nas estimativas. A posição da válvula está relacionada com a vazão de combustível através de uma curva de válvula (que descreve a resistência da válvula), o diferencial de pressão e as propriedades físicas do fluido. Matematicamente, essa conversão é conseguida através da aplicação da regra da cadeia. Neste exemplo, a real alteração do fluxo de fluxo não foi computada; em lugar disso a alteração na posição da válvula que afeta o fluxo foi a variável determinada.
Etapa 4. Nesse forno, há dois diferentes queimadores dimensionados. Os queimadores da fileira lateral (aquela adjacente a uma parede de refratários) são apenas 65% maiores que os queimadores no interior do forno.
A alteração percentual na posição da válvula de um queimador na fileira lateral tem se tanto apenas ~65% de alteração no fluxo de corrente de combustível (e portanto na temperatura das paredes do tubo) como uma alteração similar em um queimador de uma fileira interna. Para dar conta disso, a totalidade dos elementos de ganho associados com os queimadores da fileira lateral são multiplicados por essa relação de trabalho, 0,65. Em seguida, os ganhos modificados, para os queimadores laterais são os seguintes:
<formula>formula see original document page 61</formula>
para cada I correspondente a um queimador lateral.
Etapa 5. As temperaturas medidas do tubo, T, vetor de incerteza ε, a estimativa atual de G, e uma função ponderal w foram utilizados para estimar as alterações na posição da válvula que irá determinar o fluxo de fuell para cada queimador,
<formula>formula see original document page 62</formula>
que melhor satisfez ao critério da temperatura alvo. O critério da temperatura alvo escolhida contém um fator de ponderação, w, que foi inicialmente ajustado para 1,0. Foi descoberto que começando com w = 1 e terminando com w = 0,5 o equilíbrio forno converge mais rapidamente do que com um valor constante de w. A alteração na posição da válvula que controla o fluxo da corrente de combustível fuell através de cada queimador é calculado de tal forma que
<formula>formula see original document page 62</formula>
se submete a uma limitação para o limite inferior, LB± de abertura 20% e um limite superior, UB, de abertura 100% para cada. Foi descoberto que a inclusão de uma restrição adicional que limita o número de alterações da válvula a 5 permite uma aplicação prática mais fácil, melhora a estabilidade da convergência e elimina as irrelevantes pequenas alterações na válvula. Esse conjunto de alterações da válvula que satisfaz a minimização é a solução em conformidade.
Etapa 6. As alterações da válvula 5 associadas com a solução em conformidade são feitas às válvulas do queimador. Após o efeito das alterações na vazão da corrente do queimador sobre a temperatura ocorrerem (esperou-se um mínimo de 2 horas em cada interação), informação adicional da temperatura do tubo compreendendo dados para cada um dos tubos foi coletada utilizando a câmera digital modificada como na etapa 2. As "fotos" dos tubos foram tomadas e uma correlação utilizada para converter as imagens para valores de temperatura em uma segunda condição que se representa como um vetor ιT, com o correspondente vetor de incerteza ιε para cada um da pluralidade de tubos de processo.
Etapa 7. Após o movimento inicial da válvula a variação da temperatura foi reduzida para menos de 50 °C, porém o tubo mais quente ainda estava acima da temperatura necessária para uma máxima vida útil do tubo. Desse modo, o método foi continuado mediante primeiramente atualizar os parâmetros ax, a2, e a3 de acordo com a etapa 8.
Etapa 8. Considerando os novos dados de temperatura, ιTr com a correspondente incerteza \ε, o dado anterior de temperatura 0T, com a correspondente incerteza e as correspondentes alterações de válvula, os parâmetros alr a2, e aj foram reavaliados. Os parâmetros alr a2, e a3 são reavaliados de acordo com
<formula>formula see original document page 63</formula>
Para a primeira atualização, somente um conjunto de dados está disponível para a reavaliação dos parâmetros alf ã2, e a3 como mostrado nessa equação. Nas etapas subseqüentes, todas as etapas temporais anteriores foram inclusas como discutido anteriormente.
As etapas 3 a 8 são repetidas utilizando os parâmetros S1, ã2, e a 3 atualizados em cada interação. Após 3 interações a temperatura máxima do tubo foi menor que 15 °C acima da média e a variação total é de ~40°C. Os valores finais dos parâmetros ã2, e a3 foram 44,4
(°C/%), -3,3m^1, -0,23 (°C/%), respectivamente.
Embora apenas algumas características e modalidades da invenção tenham sido mostradas e descritas, muitas modificações e alterações podem ocorrer para aqueles hábeis na arte (por exemplo, as variações de tamanhos, dimensões, estruturas, formas e proporções dos vários elementos, os valores dos parâmetros (por exemplo, temperaturas, pressões, etc), arranjos de montagem, utilização de materiais, cores, orientações, etc), sem materialmente se afastar das novas orientações e vantagens do assunto mencionado nas reivindicações. A ordem ou seqüência de todas as etapas do processo ou método pode ser alterada ou re-seqüenciados de acordo com modalidades alternativas.
Portanto, deve ser entendido que as reivindicações apresentadas são pretendidas a abranger a totalidade de tais modificações e alterações como se inseridas dentro do real espírito da invenção.além disso, em um esforço para proporcionar uma descrição concisa das modalidades representativas, a totalidade das características da presente implementação podem não estar totalmente descritas (isto é, aquelas não relacionadas com o melhor modo de realização da invenção, ou aquelas não correlacionadas a permitirem a invenção reivindicada. Deverá ser notado que no desenvolvimento de qualquer das tais implementações atuais, como em qualquer projeto de engenharia ou de esboço, numerosas implementações de decisões especificas podem ser feitas. Um tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e trabalhoso, mas não obstante pode ser uma rotina a ser experimentada quando ao projeto, fabricação, e produção por aqueles usualmente versados na técnica tendo o desta divulgação, sem experimentação indevida.

Claims (12)

1. MÉTODO DE OPERAR UM FORNO QUE POSSUI UMA PLURALIDADE DE QUEIMADORES, cada um da pluralidade de queimadores possuindo vazões associadas com ele, o forno contendo uma pluralidade de tubos de processo, o método caracterizado por compreender: (a) selecionar o critério da temperatura alvo para a pluralidade de tubos de processo; (b) medir a primeira informação de temperatura compreendendo dados para cada um da pluralidade de tubos de processo em uma primeira condição operacional em que a primeira informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo é medida por: capturar uma primeira pluralidade de imagens de uma área interna do forno reformador, pelo menos algumas imagens da primeira pluralidade de imagens estando associadas com as diferentes porções da área interna do forno reformador, em que cada imagem da primeira pluralidade de imagens compreende primeiros dados de pixel associados com uma parcela da pluralidade de tubos de processo; e processar uma parte dos primeiros dados de pixel para obter a primeira informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo; (c) proporcionar uma estimativa de uma função matemática caracterizando uma relação entre as alterações de vazão do queimador para dois ou mais da pluralidade de queimadores e alterações de temperatura individual para pelo menos uma parcela da pluralidade de tubos de processo; (d) calcular primeiro ajuste da solução para a vazão alvo para os dois ou mais da pluralidade de queimadores de acordo com as temperaturas de conformidade da pluralidade de tubos de processo relativamente ao critério da temperatura alvo para a pluralidade de tubos utilizando a estimativa da função matemática e a primeira informação da temperatura para a pluralidade dos tubos de processo; e (e) ajustar uma primeira válvula está a montante de pelo menos um dos dois ou mais da pluralidade de queimadores para alterar pelo menos uma das vazões dos dois ou mais da pluralidade de queimadores de acordo com o primeiro ajuste da solução para a vazão alvo onde a primeira válvula não está a montante da totalidade dos queimadores do forno.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente compreender: medir a segunda informação da temperatura quanto a pluralidade de tubos de processo em uma segunda condição operacional diferente da primeira condição operacional; e onde a estimativa da função matemática fornecida na etapa (c) é calculada usando a primeira informação de temperatura e a segunda informação de temperatura.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a segunda informação da temperatura para a pluralidade de tubos de processo ser medida por: capturar uma segunda pluralidade de imagens da área interna do forno reformador, pelo menos algumas imagens da segunda pluralidade de imagens estando associados com diferentes porções da área interna do forno reformador, em que cada imagem da segunda pluralidade de imagens compreende segundo dado de pixel associado com uma parcela da pluralidade de tubos de processo; e processar uma parte do segundo dado de pixel para obter a segunda informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a primeira informação de temperatura incluir valores de incerteza e a segunda informação de temperatura incluir valores de incerteza; e onde a estimativa da função matemática e/ou estimativa atualizada da função matemática serem calculadas utilizando os valores da incerteza da primeira informação de temperatura e os valores da incerteza da segunda invenção de temperatura.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente compreender: medir uma segunda informação de temperatura para a pluralidade de tubos de processo numa segunda condição operacional diferente da primeira condição operacional e subsequente à primeira condição operacional; calcular um segundo ajuste da solução para a vazão alvo possuindo soluções para os dois ou mais da pluralidade de queimadores consistente com as temperaturas de conformidade da pluralidade de tubos de processo relativamente às critério da temperatura alvo utilizando a estimativa ou uma estimativa atualizada da função matemática e utilizando a segunda informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo; e ajustar a primeira válvula ou uma segunda válvula está a montante de pelo menos um dos dois ou mais da pluralidade de queimadores para alterar pelo menos uma das vazões de dois ou mais da pluralidade de queimadores de acordo com o segundo ajuste da solução para a vazão alvo em que a segunda válvula não está a montante da totalidade dos queimadores do forno reformador.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a segunda condição operacional resulta da etapa (e).
7. Método, de acordo com a reivindicação5, caracterizado por adicionalmente compreender: atualizar a estimativa da função matemática da segunda informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo, formando assim a estimativa atualizada da função matemática; e onde a etapa de cálculo do segundo ajuste da solução para a vazão alvo utiliza a estimativa atualizada da função matemática.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a estimativa da função matemática compreender os valores calculados a partir dos elementos funcionais onde cada um dos elementos funcionais compreenderem uma forma funcional compreendendo um primeiro parâmetro funcional, um segundo parâmetro funcional e um parâmetro geométrico caracterizando as distâncias entre cada um da pluralidade de tubos de processo e cada um da pluralidade de queimadores; onde o primeiro parâmetro funcional de um primeiro elemento funcional dos elementos funcionais tem o mesmo valor como o primeiro parâmetro funcional de um segundo elemento funcional dos elementos funcionais; e onde o segundo parâmetro funcional de um primeiro elemento funcional dos elementos funcionais tem o mesmo valor como o segundo parâmetro funcional de um segundo elemento funcional dos elementos funcionais.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o primeiro parâmetro funcional possuir um valor que é o mesmo para cada um dos elementos funcionais e onde o segundo parâmetro funcional possuir um valor que o mesmo para cada um dos elementos funcionais.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, onde a pluralidade de queimadores compreende duas ou mais fileiras de queimadores e onde a primeira válvula está a montante de uma primeira fileira de queimadores, o método caracterizado por adicionalmente compreender: medir a segunda informação da temperatura quanto a pluralidade de tubos de processo em uma segunda condição operacional diferente da primeira condição operacional e subsequente à primeira condição operacional; calcular um segundo ajuste da solução para a vazão alvo para os dois ou mais da pluralidade de queimadores consistente com as temperaturas de conformidade da pluralidade de tubos de processo para o critério da temperatura alvo utilizando a estimativa ou uma estimativa atualizada da função matemática e utilizando a segunda informação de temperatura relativamente à pluralidade de tubos de processo; e ajustar uma segunda válvula está a montante de um único queimador dos dois ou mais da pluralidade de queimadores para alterar pelo menos uma das vazões do único queimador de acordo com o segundo ajuste da solução para a vazão alvo em que a segunda válvula não está a montante de qualquer queimador exceto do queimador único.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, onde a primeira válvula está a montante de um primeiro queimador sozinho dos dois ou mais da pluralidade de queimadores, o método caracterizado por adicionalmente compreender: medir a segunda informação da temperatura quanto a pluralidade de tubos de processo em uma segunda condição operacional de processo onde a segunda condição operacional do processo resulta da etapa (e); ajustar uma segunda válvula de acordo com o primeiro ajuste da solução para a vazão alvo em que a segunda válvula está a montante de um segundo queimador único de dois ou mais da pluralidade de queimadores; medir a terceira informação da temperatura quanto à pluralidade de tubos de processo em uma terceira condição operacional em que os resultados operacionais da terceira condição operacional resulta do ajuste da segunda válvula de acordo com o primeiro ajuste da solução para a vazão alvo; atualizar a estimativa da função matemática a partir da segunda informação de temperatura e da terceira informação de temperatura, formando assim a estimativa atualizada da função matemática; calcular um segundo ajuste da solução para a vazão alvo para os dois ou mais da pluralidade de queimadores de consistente com as temperaturas de conformidade da pluralidade de tubos de processo para o critério da temperatura alvo utilizando a estimativa atualizada da função matemática; e ajustar pelo menos uma da primeira válvula, a segunda válvula ou uma terceira válvula a montante dos dois ou mais da pluralidade de queimadores para alterar pelo menos uma das vazões dos dois ou mais da pluralidade de queimadores de acordo com o segundo ajuste da solução para a vazão alvo no qual a terceira válvula não está a montante da totalidade dos queimadores do forno reformador.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a estimativa da função matemática ser representada como <formula>formula see original document page 73</formula> onde AT representa as alterações de temperatura individual para o pelo menos uma parcela da pluralidade de tubos de processo, Au representa alterações de vazão do queimador para os dois ou mais da pluralidade de queimadores e G é uma matriz de ganho.
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