CN111359523A - 一种油品调合的先进控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种油品调合的先进控制系统。该系统包括：（1）针对油品调合装置建立多变量模型矩阵；（2）通过辅助计算模块收集调合装置数据并计算多变量矩阵子模型的增益系数；（3）利用参数传递模块将模型系数传递给矩阵模型；（4）通过多变量控制平台实时对调合装置进行控制与优化。

Description

一种油品调合的先进控制系统

技术领域

本发明涉及了石油化工领域，具体涉及一种油品调合装置基于先进控制系统的优化控制方法。

背景技术

在炼化企业的油品调合的过程中，往往由多个组分油参与调合，调合出的成品油包含严格的多属性指标要求，例如汽油调合中辛烷值、硫含量和氧含量等，传统的在线生产控制方法通过离线测算后给出固定配方或通过复杂的算法进行控制与优化。实际使用中离线方法生产出的成品油容易出现质量过剩或不合格，而使用复杂的算法在线控制对组分油的属性是否有在线检测以及对在线检测结果的准确性依懒很大，使用中常常因为分析仪缺乏维护或模型失配而无法使用。

APC先进控制系统在流程行业，尤其是石油化工领域已有很多应用，实施先进控制能够提升装置的操作水平和经济效益。然而现有的先进控制系统缺乏一种能够有效应用与油品调合装置的控制策略而无法使用。因此，设计一种油品调合装置的先进控制系统意义重大。

发明内容

本发明旨在克服现有技术上的缺陷，提出一种模型结构简单、仅依靠调合头的在线分析检测而不需要组分油的在线分析检测的油品调合先进控制方法。

本发明的第一方面在，提供一种基于先进控制平台的模型的建立，包括步骤如下：

步骤A)建立多输入多输出的传递函数控制模型矩阵结构如下。

	MV<sub>1</sub>	MV<sub>2</sub>	…	…	MV<sub>j</sub>
						CV<sub>1</sub>	+	+	+	+	+
CV<sub>2</sub>	+	+	+	+	+
						…	+	+	+	+	+
…	+	+	+	+	+
						CV<sub>i</sub>	+	+	+	+	+

其中,

MV为参与调合的组分油质量或体积配方，j(j≥2)为参与调合的组分油的种数；

CV为调合成品油属性测量值，i(i≥2)为调合头属性指标个数。

步骤B)确定MV与CV的各子模型的通用传递函数为：

其中，

K为增益系数；

T为时间常数；

τ为滞后时间；

s为拉普拉斯算子。

则：

步骤C)确定式(1)中参数K、T、τ的值。

1)时间常数T可以确定为MV设定值发生变化后实际配方到达设定值所需要的时间的1/4。

2)滞后时间τ可以确定为正常负荷下，各组分油MV变化后实际检测到调合头属性CV变化的时间，计算方法如下：

其中，

Load为调合设计负荷流量；

S_tube为调合总管截面积；

L为组分油调节阀至调合头静态混合器距离；

T_Sensor为分析仪检测时间。

3)增益K的计算方法按照质量配方和体积配方、调合头属性为体积属性和质量属性分4种情况考虑，计算如下：

第一种：调合配方为质量配方，调合头属性指标为质量分数，则计算如下：

其中，

CV_x为调合头第x种属性计算值；

P_x,n为第n种组分油的第x个属性值，作为常数项；

MV_n为第n个组分油质量配方。

进一步，由式(2)对第y种组分油配方MV_y求偏导数如下：

其中，Px,y为第y种组分油的第x个属性。

由此，可以确定在不同配方下，CV_x与MV_y之间的增益系数K_x,y计算结果如下：

第二种，调合配方为质量配方，调合头属性指标为体积分数，则计算如下。

其中，

CV_x为调合头第x种属性计算值；

P_x,n为第n种组分油的第x个属性值，作为常数项；

MV_n为第n个组分油质量配方；

ρ_n为第n种组分油密度测量值。

进一步，由式(3)对第y种组分油配方MV_y求偏导数如下：

其中，

Px,y为第y种组分油的第x个属性。

由此，可以确定在不同配方下，CV_x与MV_y之间的增益系数K_x,y计算结果如下：

第三种：调合配方为体积配方，调合头属性指标为质量分数，则计算如下：

其中，

CV_x为调合头第x种属性计算值；

P_x,n为第n种组分油的第x个属性值，作为常数项；

MV_n为第n个组分油体积配方。

进一步，由式(4)对第y种组分油配方MV_y求偏导数如下：

由此，可以确定在不同配方下，CV_x与MV_y之间的增益系数K_x,y计算结果如下：

第四种：调合配方为体积配方，调合头属性指标为体积分数，则计算如下：

由此，CV_x与MV_y之间的增益系数K_x,y计算结果同第一种情况，即：

在本发明的第二方面，提供一种油品调合的方法，所述方法包括步骤：调合装置配方数据收集，包括但不限于各组分油配方、各组分油密度、调合头属性测量值；数据通过上述本发明提供的方法计算出的参数结果送入多变量平台；通过多变量平台计算得出新的配方用于生产控制。

在本发明的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该程序被处理器执行时能用于实施如上所述的本发明提供的方法中的任意一种或多种计算方法。

在本发明的第四方面，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序执行如上所述的本发明提供的方法种所述的计算。

据此，本发明提供了一种基于先进控制的油品调合控制方法，以便对调合装置实现优化控制。

附图说明

图1为一种油品调合装置示意图

图2为本发明专利提供的基于多变量控制油品调合方法的结构示意图

图3为本发明专利提供的基于多变量控制油品调合方法的工作流程图

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明一实施实例中提出的一种油品调合装置的流程示意图，该调合是汽油调合装置，由组分油1、流量泵2、流量计3、调节阀4、静态混合器5、调合总管6、分析仪7、DCS控制系统8和罐区9组成。其中，组分油流量计3与调节阀4组成PID控制回路，分析仪分析结果数据包括但不限于：RON(研究法辛烷值)、DON(抗爆指数)、氧含量、烯烃含量、芳烃含量和苯含量等。分析仪数据、组分油PID控制回路数据、组分油密度数据传送至DCS实时数据库。

进一步，如图2所示搭建先进控制平台，先控平台与DCS以标准OPC方式通讯。

进一步，如图3所示流程进行进行实施。

步骤1)在先控平台建立如下结构模型：

其中，各子模型统一确定为：

由图1中确定分析仪至流量计距离L＝1000m，调合总管6管径为0.4m,则总管截面积S_tube＝π*(0.4/2)²＝0.126调合设计负荷为400m³/h,分析仪检测用时为2min，则τ＝60*0.126*1000/400+2＝18.9+2＝20.9。

由于控制回路设定值变化后，测量值到达设定值需要4分钟，因此确定T＝1。

增益K计算如下：

组分油属性P_x,y由实验室检测确定为：

由国VI汽油标准可知，烯烃含量、芳烃含量、苯含量为体积分数，氧含量为质量分数。实施例中，RON和DON按照质量分数计算。

按照现场生产95#汽油质量配方如下：

其中组分油密度由质量流量计获取，以其中一组数据为例，如下：

组分油	催化汽油	重整汽油	MTBE	C5	烷基化油	非芳汽油
							密度	714.9	823.9	738.6	648.3	698.1	677.8

由本发明提供的增益K的计算方法，K_x,y的计算结果为：

	催化汽油	重整汽油	MTBE	C5	烷基化油	非芳汽油
							RON	-0.029	0.028	0.197	-0.188	-0.006	-0.241
DON	-0.033	0.027	0.177	-0.185	0.036	-0.235
							氧含量	-0.018	-0.016	0.160	-0.020	-0.019	-0.019
烯烃含量	0.093	-0.128	-0.128	-0.128	-0.114	-0.058
							芳烃含量	-0.043	0.494	-0.274	-0.174	-0.274	-0.264
苯含量	0.001	0.004	-0.006	-0.006	-0.006	0.002

进一步，把计算得到的K_x,y参数送至先进控制系统。

当实时检测到的组分油配方发生变化时，增益系数K也会相应变化，这可以保证在汽油生产方案发生变化时，如生产方案由95#调整为92#时。通过模型的实时参数更新，使用先进控制平台的上下限保护、优化目标的调整，可以很好的使调合过程稳定，并可以作相应优化，如辛烷值最小化、烯烃含量最大化等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。

Claims (5)

1.一种油品调合的先进控制系统，其特征在于，包括：油品调合装置、DCS控制系统、在线分析仪和先进控制系统；该系统包括如下实施步骤：

步骤1、先进控制系统模型建立；

步骤2、针对步骤1的模型进行数据采集；

步骤3、针对步骤1的模型用步骤2所采集的数据进行参数计算；

步骤4、将步骤3的计算结果传送至步骤1所建立的模型；

步骤5、用步骤1已建立了的模型的先进控制平台通过，结合先进控制系统的优化策略运算后的结果通过标准OPC通讯送至DCS实现油品调合的优化控制。

2.根据权利要求1所述的一种油品调合的先进控制系统，其特征在于，所述先进控制平台包括数据采集模块、参数传递模块、先进控制系统。

3. 根据权利要求1所述的一种油品调合的先进控制系统，其特征在于，所述步骤1所建立的模型应包含至少一种或多种调合头属性测量值作为被控变量，所有参与调合的组分油配方作为控制变量，所有子模型定义为

。

4.根据权利要求1所述的一种油品调合的先进控制系统，其特征在于，所述步骤2的数据采集过程应包含模型要求的调合头属性测量值、组分油配方、组分油密度。

5.根据权利要求1所述的一种油品调合的先进控制系统，其特征在于，所述步骤3所采集的数据通过如下方法确定模型中参数T为配方设定值变化后到实际配方到达设定值所需要的时间；参数

，其中，Load为调合设计负荷流量；S_tube为调合总管截面积；L为组分油调节阀至调合头静态混合器距离；T_Sensor为分析仪检测时间；

参数K按照调合配方的类型和调合头属性的类型以如下4种方法计算得到：

第1种：质量配方、质量分数调合头属性：

第2种：质量配方、体积分数调合头属性：

第3种：体积配方、质量分数调合头属性：

第4种：体积配方、体积分数调合头属性：

。

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