CN104977847A - 一种面向常减压优化的稳态工况判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向常减压优化的稳态工况判别方法，通过选择最能表征常减压装置加工工况的参数进行稳态判断，稳态判断根据所判断的数据类型的不同，分为实时稳态判断和历史稳态判断两类：在实时任务中选择实时稳态判断，旨在对实时数据进行平稳段的鉴别，以判断是否可以进行装置的实时优化；在稳态操作知识库的建立时选择历史稳态判断，旨在对历史数据进行稳态查询和分析。判断依据指定时间范围内的数据均值和拟合直线的斜率，避免常规统计方法在常减压这类工况大范围变化情形下的误判问题。本发明尤其在加工原油切换造成生产调整较为频繁，装置瞬时波动较大时，能有效实现切油后的稳态工况及时判断，为装置实时优化奠定基础。

Description

一种面向常减压优化的稳态工况判别方法

技术领域

本发明涉及一种生产过程工况稳态判别方法，尤其涉及在常减压装置进行实时优化前，通过操作参数对常减压装置运行状态进行判断的方法，具体是一种面向常减压优化的稳态工况判别方法。

背景技术

常减压蒸馏装置是炼油加工的第一道工序，通过蒸馏可按产品生产方案将原油分割成相应的直馏汽油、煤油及各种润滑油馏分等半成品，半成品经适当精制和调配等，即可成为合格产品。常减压装置是炼油厂最大的耗能装置之一，约占炼油总耗能的25％～30％，因此通过装置实时优化，可以提高高价值产品收率，降低装置的能耗，对炼厂的经济效益提高具有极其重要的意义。

目前化工领域一般采用统计学方法和手段，选用均值、标准差、变异系数(包括极差变异系数、标准差变异系数)等统计量，以及直方图、控制图等统计技术，对生产运行进行统计稳态分析。一方面，由于抽样的局限性，样本信息不可能是总体信息的完整反应，故即使样本指数呈正态分布，上下控制界限为中心线±3倍标准差时，也会出现判断出错。另一方面，常减压装置是一个典型的多工况加工过程，在不同原油来料情况下，装置工况变化很大。类似常减压装置这样各参数波动范围大、常点较多的情况，若采用上述常规统计方法则会导致筛选过严，部分的稳态将被判定为非稳态，影响装置的实时优化，进而影响企业效益提升。

发明内容

本发明针对背景技术中存在的问题提出一种面向常减压优化的稳态工况判别方法，所述稳态工况判别方法通过选择最能表征常减压装置加工工况的参数进行稳态判断，稳态判断根据所判断的数据类型的不同，分为实时稳态判断和历史稳态判断两类：在实时任务中选择实时稳态判断，旨在对实时数据进行平稳段的鉴别，以判断是否可以进行装置的实时优化；在稳态操作知识库的建立时选择历史稳态判断，旨在对历史数据进行稳态查询和分析。

其中，实时稳态判断的步骤为：

1)以当前时间T_a作为基准，向历史方向前推时间t_a，确定数据采集的起始时间T_b，即T_b＝T_a-t_a，以t_b为时间间隔，采集该段时间范围内用以进行稳态判断的装置参数数据；

2)以t_c为间隔对采集到的参数进行平滑，即对t_c内每t_b的取值求算术平均值；

3)依据稳态判断规则判断T_b至T_a时间范围内装置是否处于稳态，稳态判断规则：若为非稳态，则等待t_c后，返回步骤1)继续判断；

若为稳态，则输出此稳态开始及结束时间，此次稳态判断结束，允许进行实时优化。

其中，历史稳态判断的步骤为：

1)确定进行稳态判断的历史数据的起始时间T₁和结束时间T₂；

2)计算ΔT＝T₂-T₁，判断ΔT是否大于等于t_a：

若ΔT＜t_a，则此次稳态判断结束；

若ΔT≥t_a，则以T₂作为首个稳态工况判断的结束时间，确定首个稳态工况判断的起始时间T_x＝T₂-t_a，此时循环迭代标识符K＝0；

3)采集T_x至T₂时间范围内的稳态参数，并对每t_c内的所有采集数据点取算术平均值，依据稳态判断规则，判断T_x至T₂时间范围内，常减压装置生产工况是否为稳态：

若为非稳态，则转步骤5)；

若为稳态，则将数据的开始时间T_x向历史方向前推t_c，得到新的数据开始时间T_x＝T_x-t_c，K＝K+1；

4)判断T_x是否在T₁和T₂时间范围内：

若T_x∈[T₁，T₂]，则返回步骤3)，以寻找最长稳态时间段；

否则转步骤5)；

5)判断K是否为0：

若K＝0，则将稳态判断的结束时间T₂向历史方向前推t_b，定义新的T₂，即T₂＝T₂-t_b，返回步骤2)；

若K≠0，则输出最长稳态时间段，计算下一次稳态判断的结束时间T₂＝T₂-t_b+t_c，返回步骤2)，对新工况进行稳态判断。

作为一种优选的实施方式，所述t_a＝3h，t_b＝5min，t_c＝30min。

作为一种优选的实施方式，所述稳态判断规则，具体是依据下式：

$-\mathrm{\γ}\≤x_i-\stackrel{\‾}{x}\≤\mathrm{\γ}$

式中x_i(1≤i≤n)为实时或历史采集的某一段时间范围内每个时间点t_i的数值，为x_i(1≤i≤n)的平均值，γ为该稳态参数对应的允许最大偏差，γ由工艺人员根据生产状况设定；若参与稳态判断的该段时间范围内的所有参数数值均在对应的允许偏差范围内，或者若该段时间范围内每个参数最多仅有一个点超出对应的允许偏差范围γ，但小于1.2γ，则对参数各点(t_i,x_i)进行线性拟合，若拟合出的直线斜率k∈[-0.1,0.1，]则认为该段时间范围内，常减压装置生产工况处于稳态。

作为一种优选的实施方式，针对参数各点(t_i,x_i)拟合出的直线为y_i＝k*t_i+b，k为拟合直线的斜率，拟合的目标函数为

优选的，选取的参数为常减压装置的原油加工流量、常压塔顶温度、实际换热终温、常一中回流量、常二线抽出量5个参数。

有益效果：

本发明提出一种面向常减压优化的稳态工况判别方法，通过选择最能表征常减压装置加工工况的参数(优选是原油加工流量、常压塔顶温度、实际换热终温、常一中回流量、常二线抽出量5个操作参数)进行稳态分析，实现对常减压装置运行工况状态的准确判断，尤其在加工原油切换造成生产调整较为频繁，装置瞬时波动较大时，能有效实现切油后的稳态工况的及时判断，为装置实时优化奠定基础。除此之外，通过对常减压装置历史数据的稳态判断，建立稳态操作知识库，为基于相似工况查询的油种切换指导提供数据基础。

附图说明

图1为实时稳态判断流程图；

图2为历史稳态判断流程图。

具体实施案例

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以某企业常减压装置为例，该企业常减压装置具有炼化企业典型工艺，包括初馏塔、常压塔和减压塔。选取原油加工流量、常压塔顶温度、实际换热终温、常一中回流量、常二线抽出量这5个稳态参数的多个平稳段数据进行分析。根据该企业的具体生产情况，由工艺人员决定操作参数所允许的最大偏差γ分别为：原油加工流量30t/h、常压塔顶温度3.0℃、实际换热终温4.0℃、常一中回流量6.0t/h、常二线抽出量1.0t/h。

1.实时稳态判断

1)以当前时间T_a(2015-05-19 16:00)作为基准，向历史方向前推3h，确定数据采集的起始时间T_b(2015-05-19 13:00)，以5min为时间间隔，采集该段时间范围内常减压装置的原油加工流量、常压塔顶温度、实际换热终温、常一中回流量、常二线抽出量5个参数的装置数据，如表1所示：

表1 实时稳态判断参数数据(平滑前)

2)以30min为间隔对采集到的稳态参数数据进行平滑，平滑后的各参数数据如表2所示：

表2 实时稳态参数数据(平滑后)

时间范围	原油加工流量	常压塔顶温度	实际换热终温	常一中回流量	常二线抽出量
						2015/5/19 13:00:00～13:30:00	738.19	138.02	294.17	115.16	64.98
2015/5/19 13:30:00～14:00:00	741.91	138.20	292.90	115.14	64.96
						2015/5/19 14:00:00～14:30:00	736.25	138.36	293.01	115.05	64.75
2015/5/19 14:30:00～15:00:00	734.31	138.47	294.51	114.97	64.69
						2015/5/19 15:00:00～15:30:00	742.95	138.24	296.14	114.95	64.87
2015/5/19 15:30:00～16:00:00	742.72	137.78	295.66	115.06	64.02

3)判断在该段时间范围内(2015-05-19 13:00至2015-05-19 16:00)的原油加工流量、常压塔顶温度、实际换热终温、常一中回流量、常二线抽出量是否满足稳态要求，通过下列3个步骤实现。

(1)判断各参数的取值是否在允许偏差范围内，各参数的偏差如表3所示：

表3 各稳态参数数据(平滑后)与其均值的差值

依据表3中的各参数实际偏差，对比各参数允许的最大偏差可以看出，各参数的值均在对应的允许偏差范围内。

(2)在满足步骤(1)的基础上，对各参数数值(平滑前)进行线性拟合，拟合得到的各直线斜率如表4所示。

表4 各参数线性拟合直线斜率

拟合直线	原油加工流量偏差	常压塔顶温度偏差	实际换热终温偏差	常一中回流量偏差	常二线抽出量偏差
						k	0.088	-0.004	-0.082	-0.006	-0.020

由于各参数的拟合曲线斜率k均满足k∈[-0.1,0.1]，则认为其满足稳态判断步骤(2)的指标要求。

可见，依据本发明稳态判断条件，该段时间范围内(2015-05-19 13:00至2015-05-1916:00)装置处于稳态。此时输出稳态起始时间和结束时间，此次稳态判断结束，后续可以进行装置的实时优化。

2.历史数据稳态判断

1)确定进行稳态判断的历史数据的起始时间T₁(2015-05-19 12:30)和结束时间T₂(2015-05-1916:00)；

2)计算ΔT,ΔT＝T₂-T₁＝3.5h，ΔT>3h；

3)以T₂(2015-05-19 16:00)作为首个稳态工况判断的结束时间，计算得到首个稳态工况判断的起始时间T_x＝T₂-3h，即2015-05-19 13:00，此时K＝0；

4)以5min为时间间隔，采集T_x(2015-05-19 13:00)至T₂(2015-05-19 16:00)时间范围内的原油加工流量、常压塔顶温度、实际换热终温、常一中回流量和常二线抽出量，如表5所示。

表5 历史稳态参数数据(平滑前)

5)对每30min内所有采集数据点取平均值，并依据稳态判断规则判断，得到在T_x至T₂时间范围内，常减压装置生产工况为稳态(详见实时数据稳态判断)；

6)将数据的开始时间T_x(2015-05-19 13:00)向历史方向前推30min，计算得到新的数据开始时间T_x(2015-05-19 12:30)，此时K＝K+1＝1；

7)判断新计算得到的T_x∈[T₁,T₂]，采集T_x至T₂时间范围内装置稳态参数，并以30min为时间间隔对数据采集点进行平滑，计算结果如表6所示：

表6 稳态参数数据(平滑后)

时间范围	原油加工流量	常压塔顶温度	实际换热终温	常一中回流量	常二线抽出量
						2015/5/19 12:30:00～13:00:00	738.27	137.73	293.23	115.24	65.05
2015/5/19 13:00:00～13:30:00	738.19	138.02	294.17	115.16	64.98
						2015/5/19 13:30:00～14:00:00	741.91	138.20	292.90	115.14	64.96
2015/5/19 14:00:00～14:30:00	736.25	138.36	293.01	115.05	64.75
						2015/5/19 14:30:00～15:00:00	734.31	138.47	294.51	114.97	64.69
2015/5/19 15:00:00～15:30:00	742.95	138.24	296.14	114.95	64.87
						2015/5/19 15:30:00～16：00:00	742.72	137.78	295.66	115.06	64.02

8)计算各参数与均值的偏差，如表7所示：

表7 各稳态参数的采集值与均值的偏差

由表7可见，各参数在各时间点的采集值均在对应的允许偏差范围内。

9)对各稳态参数在各时间点的采集值(平滑前)进行线性拟合，得到的各直线斜率如表8所示。

表8 稳态参数拟合直线斜率

拟合直线	原油加工流量偏差	常压塔顶温度偏差	实际换热终温偏差	常一中回流量偏差	常二线抽出量偏差
						k	0.089	0.005	0.070	-0.006	-0.019

由于各参数指标的拟合曲线斜率均在[-0.1，0.1]范围内，满足稳态判断要求。即在时间范围(2015-05-19 12:30至2015-05-19 16:00)内装置处于稳态。

10)将数据的开始时间T_x(2015-05-19 12:30)向历史方向前推30min，计算得到新的数据开始时间T_x(2015-05-19 12:00)，此时K＝K+1＝2；

11)判断判断K＝2≠0，则输出最长稳态时间段(2015-05-19 12:30～16:00，并计算下一次稳态判断的历史数据结束时间T₂＝T₂+25min(2015-05-19 12:25)；

12)计算ΔT＝T₂-T₁，ΔT<3h，此次稳态判断结束。

尽管本发明已经参照附图和优选实例进行了说明，但是，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本发明的各种更改、变化，和等同物有所附的权利要求书的内容涵盖。

本发明未涉及技术均与现有技术相同，或可采用现有技术实现。

Claims (7)

1.一种面向常减压优化的稳态工况判别方法，其特征在于所述稳态工况判别方法通过选择最能表征常减压装置加工工况的参数进行稳态判断，稳态判断根据所判断的数据类型的不同，分为实时稳态判断和历史稳态判断两类：在实时任务中选择实时稳态判断，旨在对实时数据进行平稳段的鉴别，以判断是否可以进行装置的实时优化；在稳态操作知识库的建立时选择历史稳态判断，旨在对历史数据进行稳态查询和分析。

2.根据权利要求1所述的一种面向常减压优化的稳态工况判别方法，其特征在于实时稳态判断的步骤为：

1)以当前时间T_a作为基准，向历史方向前推时间t_a，确定数据采集的起始时间T_b，即T_b＝T_a-t_a，以t_b为时间间隔，采集该段时间范围内用以进行稳态判断的装置参数数据；

2)以t_c为间隔对采集到的参数进行平滑，即对t_c内每t_b的取值求算术平均值；

3)依据稳态判断规则判断T_b至T_a时间范围内装置是否处于稳态：

若为非稳态，则等待t_c后，返回步骤1)继续判断；

若为稳态，则输出此稳态开始及结束时间，此次稳态判断结束，允许进行实时优化。

3.根据权利要求1所述的一种面向常减压优化的稳态工况判别方法，其特征在于历史稳态判断的步骤为：

1)确定进行稳态判断的历史数据的起始时间T₁和结束时间T₂；

2)计算ΔT＝T₂-T₁，判断ΔT是否大于等于t_a：

若ΔT＜t_a，则此次稳态判断结束；

若ΔT≥t_a，则以T₂作为首个稳态工况判断的结束时间，确定首个稳态工况判断的起始时间T_x＝T₂-t_a，此时循环迭代标识符K＝0；

3)采集T_x至T₂时间范围内的稳态参数，并对每t_c内的所有采集数据点取算术平均值，依据稳态判断规则，判断T_x至T₂时间范围内，常减压装置生产工况是否为稳态：

若为非稳态，则转步骤5)；

若为稳态，则将数据的开始时间T_x向历史方向前推t_c，得到新的数据开始时间T_x＝T_x-t_c，K＝K+1；

4)判断T_x是否在T₁和T₂时间范围内：

若T_x∈[T₁，T₂]，则返回步骤3)，以寻找最长稳态时间段；

否则转步骤5)；

5)判断K是否为0：

若K＝0，则将稳态判断的结束时间T₂向历史方向前推t_b，定义新的T₂，即T₂＝T₂-t_b，

返回步骤2)；

若K≠0，则输出最长稳态时间段，计算下一次稳态判断的结束时间T₂＝T₂-t_b+t_c，

返回步骤2)，对新工况进行稳态判断。

4.根据权利要求2或3任一所述的一种面向常减压优化的稳态工况判别方法，其特征在于所述t_a＝3h，t_b＝5min，t_c＝30min。

5.根据权利要求2或3任一所述的一种面向常减压优化的稳态工况判别方法，其特征在于所述稳态判断规则，具体是依据下式：

$-\mathrm{\&gamma;}\&le;x_i-\stackrel{\&OverBar;}{x}\&le;\mathrm{\&gamma;}$

式中x_i(1≤i≤n)为实时或历史采集的某一段时间范围内每个时间点t_i的数值，为x_i(1≤i≤n)的平均值，γ为该稳态参数对应的允许最大偏差，γ由工艺人员根据生产状况设定；若参与稳态判断的该段时间范围内的所有参数数值均在对应的允许偏差范围内，或者若该段时间范围内每个参数最多仅有一个点超出对应的允许偏差范围γ，但小于1.2γ，则对参数各点(t_i,x_i)进行线性拟合，若拟合出的直线斜率k∈[-0.1,0.1]，则认为该段时间范围内，常减压装置生产工况处于稳态。

6.根据权利要求5所述的一种面向常减压优化的稳态工况判别方法，其特征在于针对参数各点(t_i,x_i)拟合出的直线为y_i＝k*t_i+b，k为拟合直线的斜率，拟合的目标函数为

$Min\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{(y_i-x_i)}^2.$

7.根据权利要求1所述的一种面向常减压优化的稳态工况判别方法，其特征在于选取的参数为常减压装置的原油加工流量、常压塔顶温度、实际换热终温、常一中回流量、常二线抽出量5个参数。