CN114437846B - 一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法，包括在阀门不工作的多个周期内，计算机控制系统分别根据多个预设流量在不同的周期内分别控制阀门的打开程度；在多个周期内，分别检测阀门的实际流量；计算多个周期构成的测试次数循环内的多个预设流量和实际流量的差值；根据多个差值计算下一个测试次数循环内的阀门打开程度补偿值和调整值；下一个测试次数循环内计算机控制系统根据的阀门打开程度调整值来控制阀门打开情况。该发明能够及时对频繁切换的阀门系统进行检测，并根据检测结果对于阀门系统进行优化，保证了阀门的精准控制，提高天然气变压吸附脱氮工艺的产量和产品纯度。

Description

一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法

技术领域

本发明涉及天然气变压吸附脱氮技术领域，特别涉及一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法。

背景技术

天然气作为优质的燃料和重要的化工原料，其应用越来越引起人们的重视，加快天然气工业的发展已经成为当今世界的趋势。但是，很多油气田中生产的天然气中往往含有大量的氮气，高含氮天然气发热量低、集输过程中能耗大，其不能直接作为燃料。因此，天然气脱氮是充分利用天然气的重要条件。当前应用于工业的天然气脱氮工艺包括：深冷、溶剂吸收、变压吸附和选择性吸附。其中，变压吸附脱氮工艺具有处理温度为常温、压力不高，设备简单，启动快，生产周期短等优点，具有较好的应用前景。

目前的天然气的变压吸附法脱氮工艺，是利用天然气气体组分在吸附材料上吸附特性的差异，通过周期性的压力变化过程实现不同组分的气体的分离与净化。通常吸附剂为分子筛，例如：沸石分子，采用分子筛作为吸附剂具有吸附容量大、吸附选择性强的优势，在常温及较高压力条件下，可把天然气中甲烷等碳氢化合物中吸附在分子筛上，没有被吸附的氮气等气体进入下一个工段。吸附甲烷等碳氢化合物以后的吸附剂通过降压抽真空把甲烷等碳氢化合物解吸，使吸附剂再生。再生后的吸附剂重新去吸附天然气中甲烷等碳氢化合物，以此循环往复。生产过程中可以采用四个相同的吸附塔在一台计算机的控制下，通过调节阀切换不断改变气流的流向改变各塔的工作阶段，来实现各塔的吸附与再生交替进行。变压吸附法脱氮工艺的每个吸附塔必须经过升压吸附、降压解吸再生、再次升压的过程。四个塔中两两步骤相互错开(即一个塔吸附过程时另一个与之配套的塔解吸)，组成一个吸附-解吸循环。因此，需要两个配套的吸附塔同时切换升压和降压开关，但是在实际的生产过程中两个配套的吸附塔的吸附过程往往不是同步的，如果切换一对吸附塔的时间设置的不合适，有可能会造成延长生产周期或者使得吸附过程不充分，造成对于原料气利用不充分形成浪费。

针对上述现有技术，存在如下的缺点：天然气变压吸附脱氮工艺中需要多个阀门系统的频繁切换，系统较为复杂，现有技术中缺乏对于天然气变压吸附脱氮工艺中使用的多个阀门系统的监控和控制优化方式，由于阀门系统误差造成的天然气变压吸附脱氮工艺整体参数控制的偏移，严重时会影响于天然气变压吸附脱氮工艺的产量或者产品纯度。

因此，亟需提供一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法，该发明针对周期控制的天然气变压吸附脱氮工艺进行优化，能够及时对于天然气变压吸附脱氮工艺设备中频繁切换的阀门系统进行检测，并根据检测结果对于阀门系统进行优化，从而保证了阀门的精准控制，消除了传统阀门系统误差造成的天然气变压吸附脱氮工艺整体参数控制的偏移，提高天然气变压吸附脱氮工艺的产量和产品纯度。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法，所述优化方法涉及的装置包括：变压吸附系统、数据采集系统和计算机控制系统；

所述吸附脱氮系统包括安装于管路上的阀门、执行器以及与阀门配套的流量计；

所述阀门用于控制管道开启和流量，所述执行器用于接收计算机控制系统发出的打开角度控制信号L对阀门进行调整，所述流量计用于测量从所述阀门流过的气体流量；

所述数据采集系统与计算机控制系统和流量计连接，将气体流量数据实时传送给计算机控制系统。

所述计算机控制系统与执行器和数据采集系统连接，所述计算机控制系统预设流量和实际流量之间的差值，反馈控制下一个测试循环周期内的补偿后的信号。

优选地，所述阀门包括：产品气排气阀、降压阀、升压阀、进气阀、测试阀门和测试管道阀门。

一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法，针对周期控制的天然气变压吸附脱氮工艺进行优化，包括以下步骤：

S1、在阀门不工作的多个周期内，计算机控制系统分别根据多个预设流量V_ni在不同的周期内分别控制阀门的打开程度；

S2、在多个周期内，分别检测阀门的实际流量V_int；

S3、计算多个周期构成的测试次数循环内的多个预设流量V_ni和实际流量V_int的差值ΔV_ni；

数据采集系统将测量结果V_int上传到计算机控制系统，计算机控制系统经数据分析，得到预设流量V_ni和流量计的测量结果V_int之间的差值ΔV_ni

ΔV_ni＝V_ni-V_int (4)；

S4、根据多个差值ΔV_ni，计算下一个测试次数循环内的阀门打开程度的补偿值C_i和打开角度调整值L_i’；

判断针对同一个阀门是否多个差值均没有超过阈值V_thni；如果判断结果为是，则不需要进行补偿；如果判断结果为否，则需要进行补偿；

S5、下一个测试次数循环内，计算机控制系统根据的阀门打开程度调整值来控制阀门打开情况，按照打开角度调整值L_i’进行配置。

优选地，步骤S1中所述预设流量V_ni是通过计算机控制系统控制执行器的旋转预设角度实现的。

优选地，所述预设流量V_ni的计算公式为：

首个测试次数循环内的预设流量V_ni的计算公式为：

其中，n_i为第i个阀门测试的次数计数，n_i的取值为1到N，每当对第i个阀门测试一次，计数值n_i增加1，V_imax为第i个阀门的最大流量，N为测试次数循环上限，即当n_i＝N时，下一次测试时该阀门的测试次数复原为1，N的取值为6-12次；

随后的测试次数循环内的预设流量V_ni的计算公式为：

其中，L_i’为针对第i个阀门，计算机控制系统控制执行器的打开角度调整值，V_imax为第i个阀门的最大流量，L_imax为第i个阀门最大的打开角度。

优选地，步骤S2中所述实际流量V_int是数据采集系统接收与该阀门配套的流量计的测量结果，具体地，V_in为第i个阀门第n次测试时的实际流量数据。

优选地，步骤S4中所述阈值V_thni的计算公式为：

优选地，步骤S4中判断针对同一个阀门是否多个差值均没有超过阈值的具体方法为：

S41、当一个吸气-解吸周期结束，通过计算机控制系统记录设备运行的周期数M，

通过计算机控制系统判断M＝aN是否成立，其中M为计算机控制系统记录设备运行的周期数M，N为测试次数循环上限，a为任意自然数。如果判断结果为否，则循环运行步骤S1，如果判断结果为是，则运行步骤S42；

S42、当M＝aN成立时，计算机控制系统经由数据采集系统采集了一组8*N个阀门流量的误差数据ΔV_ni，即ΔV₁₁₂～ΔV_N12，ΔV₁₂₂～ΔV_N22，ΔV₁₃₂～ΔV_N32，ΔV₁₄₂～ΔV_N42，ΔV₁₁₃～ΔV_N13，ΔV₁₂₃～ΔV_N23，ΔV₁₃₃～ΔV_N33，ΔV₁₄₃～ΔV_N43；

判断上述8*N个阀门流量的误差数据ΔV_ni，即ΔV₁₁₂～ΔV_N12，ΔV₁₂₂～ΔV_N22，ΔV₁₃₂～ΔV_N32，ΔV₁₄₂～ΔV_N42，ΔV₁₁₃～ΔV_N13，ΔV₁₂₃～ΔV_N23，ΔV₁₃₃～ΔV_N33，ΔV₁₄₃～ΔV_N43是否均未超过设定阈值，

如果判断结果为是，则不需要对阀门进行补偿，返回执行步骤S1,下个测试次数循环计算机控制系统控制执行器的打开角度调整值L_i’等于本个测试次数循环内的打开角度值。

如果判断结果为否，则执行步骤S43；

S43、提取超出设定阈值的误差数据ΔV_ni所对应的阀门的全部N个数据，计算用于下一个周期的阀门打开角度的补偿值和打开角度调整值L_i’。

优选地，所述补偿值的计算方法为：

针对存在误差数据ΔV_ni超出设定阈值的阀门计算得到n个(n＝1到N)子补偿值；

根据子补偿值计算该阀门的最终的补偿值C_i；

所述的打开角度调整值L_i’的计算公式为：

L′_i＝L_i×(1-C_in) (8)；

式中，L_i为本测试次数循环内计算机控制系统控制执行器的打开角度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法，该发明针对周期控制的天然气变压吸附脱氮工艺进行优化，能够及时对于天然气变压吸附脱氮工艺设备中频繁切换的阀门系统进行检测，并根据检测结果对于阀门系统进行优化，从而保证了阀门的精准控制，消除了传统阀门系统误差造成的天然气变压吸附脱氮工艺整体参数控制的偏移，提高天然气变压吸附脱氮工艺的产量和产品纯度。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法的流程图。

图2为本发明提供的一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法涉及的装置的结构图。

图3为图2的一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法涉及的装置的结构图中中阀门的结构示意图。

具体实施方式

以下将对本发明的一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法作进一步的详细描述。为了在说明时简化系统，凸出发明点，故在描述设备系统时省略了部分公知的必要的通讯或者管道压力控制部件，如网络连接器和泵，阀门等，但是本领与技术人员根据其掌握的技术知识能够确定上述必要的部件的设置位置和方式，来实现本发明，故不在赘述。

下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知晓，而并不作为对本发明的限制。

如图1-3所示，一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法，所述优化方法涉及的装置包括：变压吸附系统、数据采集系统和计算机控制系统1；

所述吸附脱氮系统包括安装于管路上的阀门3、执行器2以及与阀门配套的流量计4；

所述阀门3用于控制管道开启和流量，所述执行器2用于接收计算机控制系统1发出的打开角度控制信号L对阀门1进行调整，所述流量计4用于测量从所述阀门3流过的气体流量；

所述数据采集系统与计算机控制系统1和流量计4连接，将气体流量数据实时传送给计算机控制系统1。

所述计算机控制系统1与执行器2和数据采集系统连接，所述计算机控制系统预设流量和实际流量之间的差值，反馈控制下一个测试循环周期内的补偿后的信号。

优选地，所述阀门包括：产品气排气阀P14-P44、降压阀V12-V42、升压阀V13-V43、进气阀J11-J41、测试阀门C16-C46和测试管道阀门G15-G45。

一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法，针对周期控制的天然气变压吸附脱氮工艺进行优化，包括以下步骤：

S1、在阀门不工作的多个周期内，计算机控制系统分别根据多个预设流量V_ni在不同的周期内分别控制阀门的打开程度；

S2、在多个周期内，分别检测阀门的实际流量V_int；

S3、计算多个周期构成的测试次数循环内的多个预设流量V_ni和实际流量V_int的差值ΔV_ni；

数据采集系统将测量结果V_int上传到计算机控制系统，计算机控制系统经数据分析，得到预设流量V_ni和流量计的测量结果V_int之间的差值ΔV_ni

ΔV_ni＝V_ni-V_int (4)；

S4、根据多个差值ΔV ni，计算下一个测试次数循环内的阀门打开程度的补偿值C_i和打开角度调整值L_i’；

判断针对同一个阀门是否多个差值均没有超过阈值V_thni；如果判断结果为是，则不需要进行补偿；如果判断结果为否，则需要进行补偿；

S5、下一个测试次数循环内，计算机控制系统根据的阀门打开程度调整值来控制阀门打开情况，按照打开角度调整值L_i’进行配置。

优选地，步骤S1中所述预设流量V_ni是通过计算机控制系统控制执行器的旋转预设角度实现的。

优选地，所述预设流量V_ni的计算公式为：

首个测试次数循环内的预设流量V_ni的计算公式为：

其中，n_i为第i个阀门测试的次数计数，n_i的取值为1到N，每当对第i个阀门测试一次，计数值n_i增加1，V_imax为第i个阀门的最大流量，N为测试次数循环上限，即当n_i＝N时，下一次测试时该阀门的测试次数复原为1，N的取值为6-12次；

随后的测试次数循环内的预设流量V_ni的计算公式为：

其中，L_i’为针对第i个阀门，计算机控制系统控制执行器的打开角度调整值，V_imax为第i个阀门的最大流量，L_imax为第i个阀门最大的打开角度。

优选地，步骤S2中所述实际流量V_int是数据采集系统接收与该阀门配套的流量计的测量结果，具体地，V_in为第i个阀门第n次测试时的实际流量数据。

优选地，步骤S4中所述阈值V_thni的计算公式为：

优选地，步骤S4中判断针对同一个阀门是否多个差值均没有超过阈值的具体方法为：

S41、当一个吸气-解吸周期结束，通过计算机控制系统记录设备运行的周期数M，

通过计算机控制系统判断M＝aN是否成立，其中M为计算机控制系统记录设备运行的周期数M，N为测试次数循环上限，a为任意自然数。如果判断结果为否，则循环运行步骤S1，如果判断结果为是，则运行步骤S42；

S42、当M＝aN成立时，计算机控制系统经由数据采集系统采集了一组8*N个阀门流量的误差数据ΔV_ni，即ΔV₁₁₂～ΔV_N12，ΔV₁₂₂～ΔV_N22，ΔV₁₃₂～ΔV_N32，ΔV₁₄₂～ΔV_N42，ΔV₁₁₃～ΔV_N13，ΔV₁₂₃～ΔV_N23，ΔV₁₃₃～ΔV_N33，ΔV₁₄₃～ΔV_N43；

判断上述8*N个阀门流量的误差数据ΔV_ni，即ΔV₁₁₂～ΔV_N12，ΔV₁₂₂～ΔV_N22，ΔV₁₃₂～ΔV_N32，ΔV₁₄₂～ΔV_N42，ΔV₁₁₃～ΔV_N13，ΔV₁₂₃～ΔV_N23，ΔV₁₃₃～ΔV_N33，ΔV₁₄₃～ΔV_N43是否均未超过设定阈值，

如果判断结果为是，则不需要对阀门进行补偿，返回执行步骤S1,下个测试次数循环计算机控制系统控制执行器的打开角度调整值L_i’等于本个测试次数循环内的打开角度值。

如果判断结果为否，则执行步骤S43；

S43、提取超出设定阈值的误差数据ΔV_ni所对应的阀门的全部N个数据，计算用于下一个周期的阀门打开角度的补偿值和打开角度调整值L_i’。

优选地，所述补偿值的计算方法为：

针对存在误差数据ΔV_ni超出设定阈值的阀门计算得到n个(n＝1到N)子补偿值；

根据子补偿值计算该阀门的最终的补偿值C_i；

所述的打开角度调整值L_i’的计算公式为：

L′_i＝L_i×(1-C_in) (8)；

式中，L_i为本测试次数循环内计算机控制系统控制执行器的打开角度。

实施例1

一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法，包括以下步骤：

步骤一、通过计算机控制系统1开启两个吸附过程塔T1/T3的进气阀J11/J31和两个解吸过程塔T2/T4的产品气排气阀P24/P44，当吸附过程塔T1/T3进气完毕以及解吸过程塔T2/T4的产品气排净后，通过计算机控制系统1关闭两个吸附过程塔T1/T3的进气阀J11/J31和两个解吸过程塔T2/T4的产品气排气阀P24/P44；

步骤二、通过计算机控制系统1开启两个吸附过程塔T1/T3的升压阀V13/V33，并同时开启两个解吸过程塔T2/T4的降压阀门V22/V42，此时两个吸附过程塔T1/T3为吸附过程，两个解吸过程塔T2/T4为解吸过程；

步骤三、通过计算机控制系统1关闭两个2吸附过程塔T1/T3的降压阀门V12/V3和两个解吸过程塔T2/T4升压阀一侧的测试管道阀门C26/C46，将相应的测试管道和吸附和解吸过程塔的内部空间隔离开，并通过计算机控制打开两个吸附过程塔T1/T3的降压阀V12/V32和两个解吸过程塔T2/T4的升压阀V23/V43；

具体的，通过计算机控制系统控制上述阀门打开到预设流量，其中，

首个测试次数循环内，预设流量V_ni的取值为：

式中，n_i为第i个阀门测试的次数计数，n_i的取值为1到N，每当对第i个阀门测试一次，计数值n_i增加1，V_imax为第i个阀门的最大流量，N为测试次数循环上限，即当n_i＝N时，下一次测试时该阀门的测试次数复原为1，N的取值为6-12次；

在随后的测试次数循环内，预设流量V_ni根据预设角度计算，计算公式为：

式中，L_i’为针对第i个阀门计算机控制系统控制执行器的打开角度调整值，V_imax为第i个阀门的最大流量，L_imax为第i个阀门最大的打开角度；

在随后的测试次数循环内，预设流量V_ni是通过计算机控制系统控制执行器的旋转预设角度实现的，

首个测试次数循环内的预设角度为

其中，L_ni为第i个阀门在首个测试次数循环内第n次测试的的预设角度；

在随后的测试次数循环内，预设角度为计算机控制系统控制执行器的打开角度调整值L_i’；

数据采集系统接收与该阀门配套的流量计的测量结果V_int，测量结果V_int即为第i个阀门第n次测试时的实际流量数据；

数据采集系统将上述的流量计的测量结果V_int上传到计算机控制系统。计算机控制系统经由数据分析，得到预设流量V_ni和流量计的测量结果V_int之间的差值ΔV_ni，

ΔV_ni＝V_ni-V_int (4)；

测试结束后，关闭两个吸附过程塔T1/T3的降压阀V12/V32和两个解吸过程塔T2/T4的升压阀V23/V43后，再关闭上述阀门对应的测试管道阀门C16-C46；

步骤四、当步骤二和步骤三均执行完毕之后，即两个吸附过程塔T1/T3和两个解吸过程塔T2/T4分别完成吸附和解吸过程以及两个吸附过程塔T1/T3的降压阀V12/V32和两个解吸过程塔T2/T4的升压阀V23/V43均完成测试并关闭相应的测试阀门C16-C46和测试管道阀门G15-G45后，关闭两个吸附过程塔T1/T3的升压阀V13/V33和两个解吸过程塔T2/T4的降压阀V22/V42；

步骤五、通过计算机控制系统开启两个吸附过程塔T1/T3的产品气排气阀P14/P34，并开启两个解吸过程塔T2/T4的进气阀J21/J41，当两个吸附过程塔T1/T3的产品气排净并且两个解吸过程塔T2/T4完成进气后，关闭两个吸附过程塔T1/T3的产品气排气阀P14/P34和两个解吸过程塔T2/T4的进气阀J21/J41；随后开启两个吸附过程塔T1/T3的降压阀V12/V32，并同时开启两个解吸过程塔T2/T4的升压阀V23/V43，此时两个吸附过程塔T1/T3为解吸过程，两个解吸过程塔T2/T4为吸附过程；

步骤六、通过计算机控制系统关闭两个吸附过程塔T1/T3的升压阀V13/V33和两个解吸过程塔T2/T4的降压阀V22/V42一侧的测试管道阀门G25/G45，将相应的测试管道和吸附和解吸过程塔的内部空间隔离开，并通过计算机控制系统打开两个吸附过程塔T1/T3的升压阀V13/V33和两个解吸过程塔T2/T4的降压阀V22/V42；

具体的，通过计算机控制系统控制上述阀门打开到预设流量，其中，

首个测试次数循环内，预设流量V_ni的取值为：

其中，n_i为第i个阀门测试的次数计数，n_i的取值为1到N，每当对第i个阀门测试一次，计数值n_i增加1，V_imax为第i个阀门的最大流量，N为测试次数循环上限，即当n_i＝N时，下一次测试时该阀门的测试次数复原为1，N的取值为6-12次；

在随后的测试次数循环内，预设流量根据预设角度计算，计算公式为：

式中，L_i’为针对第i个阀门计算机控制系统控制执行器的打开角度调整值，V_imax为第i个阀门的最大流量，L_imax为第i个阀门最大的打开角度；

在随后的测试次数循环内，预设流量V_ni是通过计算机控制系统控制执行器的旋转预设角度实现的，

首个测试次数循环内的预设角度为

其中，L_ni为第i个阀门在首个测试次数循环内第n次测试的的预设角度；

在随后的测试次数循环内，预设角度为计算机控制系统控制执行器的打开角度调整值L_i’；

数据采集系统接收与该阀门配套的流量计的测量结果V_int，测量结果V_int即为第i个阀门第n次测试时的实际流量数据；

数据采集系统将上述的流量计的测量结果V_int上传到计算机控制系统，计算机控制系统经数据分析，得到预设流量V_ni和流量计的测量结果V_int之间的差值ΔV_ni，

ΔV_ni＝V_ni-V_int (4)；

测试结束后，通过计算机控制系统关闭两个吸附过程塔T1/T3的降压阀V12/V32和两个解吸过程塔T2/T4的升压阀V23/V43后，在关闭上述阀门对应的测试管道阀门；

步骤七、当步骤五和步骤六均执行完毕之后，即两个吸附过程塔T1/T3和两个解吸过程塔T2\T4分别完成解吸和吸附过程以及两个吸附过程塔T1/T3的升压阀V13/V33和两个解吸过程塔T2/T4的降压阀V22/V42均完成测试并关闭相应的测试阀门C16-C46和测试管道阀门G15-G45后，通过计算机控制系统关闭两个吸附过程塔T1/T3的降压阀V12/V32和两个解吸过程塔T2/T4的升压阀V23/V43，一个吸气-解吸周期结束，通过计算机控制系统记录设备运行的周期数M；

步骤八、通过计算机控制系统，判断M＝aN是否成立；

其中，M为计算机控制系统记录设备运行的周期数M，N为测试次数循环上限，a为任意自然数；

如果判断结果为否，则循环运行步骤一，如果判断结果为是，则运行步骤九；

步骤九、当M＝aN成立时，计算机控制系统经由数据采集系统采集了一组8*N个阀门流量的误差数据ΔV_ni，即ΔV₁₁₂～ΔV_N12，ΔV₁₂₂～ΔV_N22，ΔV₁₃₂～ΔV_N32，ΔV₁₄₂～ΔV_N42，ΔV₁₁₃～ΔV_N13，ΔV₁₂₃～ΔV_N23，ΔV₁₃₃～ΔV_N33，ΔV₁₄₃～ΔV_N43；

判断上述8*N个阀门流量的误差数据ΔV_ni，即ΔV₁₁₂～ΔV_N12，ΔV₁₂₂～ΔV_N22，ΔV₁₃₂～ΔV_N32，ΔV₁₄₂～ΔV_N42，ΔV₁₁₃～ΔV_N13，ΔV₁₂₃～ΔV_N23，ΔV₁₃₃～ΔV_N33，ΔV₁₄₃～ΔV_N43是否均未超过设定阈值，其中设定阈值具体为：

如果判断结果为是，则不需要对阀门进行补偿，返回执行步骤步骤一，下个测试次数循环计算机控制系统控制执行器的打开角度调整值L_i’等于本个测试次数循环内的打开角度值；

如果判断结果为否，则执行步骤十；

步骤十、提取超出设定阈值的误差数据ΔV_ni所对应的阀门的全部N个数据，并计算用于下一个周期的阀门打开角度的子补偿值；

具体的，补偿值的计算方法如下：

针对存在误差数据ΔV_ni超出设定阈值的阀门计算得到n个(n＝1到N)子补偿值，根据子补偿值计算该阀门的最终的补偿值C_i；

步骤十一、根据该阀门的最终控制补偿值得到下一个测试次数循环计算机控制系统控制执行器的打开角度调整值；

L′_i＝L_i×(1-C_in) (8)；

其中，L_i为本测试次数循环内计算机控制系统控制执行器的打开角度；

从下一个测试次数循环开始的周期，计算机控制系统对执行器输出的打开角度，按照L_i’进行配置。

本发明提供了一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法，该发明针对周期控制的天然气变压吸附脱氮工艺进行优化，能够及时对于天然气变压吸附脱氮工艺设备中频繁切换的阀门系统进行检测，并根据检测结果对于阀门系统进行优化，从而保证了阀门的精准控制，消除了传统阀门系统误差造成的天然气变压吸附脱氮工艺整体参数控制的偏移，提高天然气变压吸附脱氮工艺的产量和产品纯度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，因此以上所述仅为本发明的实施例。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还包括各种等效变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (9)

1.一种基于计算机的天然气变压吸附脱氮的优化方法，所述优化方法涉及的装置包括：变压吸附系统、数据采集系统和计算机控制系统；所述变压吸附系统包括安装于管路上的阀门、执行器以及与阀门配套的流量计；

所述阀门用于控制管路开启和流量，所述执行器用于接收计算机控制系统发出的打开角度控制信号L对阀门进行调整，所述流量计用于测量从所述阀门流过的气体流量；

所述数据采集系统与计算机控制系统和流量计连接，将气体流量数据实时传送给计算机控制系统；

所述计算机控制系统与执行器和数据采集系统连接，所述计算机控制系统根据预设流量和实际流量之间的差值，反馈控制下一个测试循环周期内的补偿后的信号；

其特征在于，针对周期控制的天然气变压吸附脱氮工艺进行优化，包括以下步骤：

S1、在阀门不工作的多个周期内，计算机控制系统分别根据多个预设流量V_ni在不同的周期内分别控制阀门的打开程度；

S2、在多个周期内，分别检测阀门的实际流量V_int；

S3、计算多个周期构成的测试次数循环内的多个预设流量V_ni和实际流量V_int的差值ΔV_ni；

数据采集系统将测量结果V_int上传到计算机控制系统，计算机控制系统经数据分析，得到预设流量V_ni和流量计的测量结果V_int之间的差值ΔV _ni；

ΔV _ni =V_ni -V_int （4）；

S4、根据多个差值ΔV _ni，计算下一个测试次数循环内的阀门打开程度的补偿值C_i和打开角度调整值L_i’；

判断针对同一个阀门是否多个差值均没有超过阈值V_thni；如果判断结果为是，则不需要进行补偿；如果判断结果为否，则需要进行补偿；

S5、下一个测试次数循环内，计算机控制系统根据的阀门打开程度调整值来控制阀门打开情况，按照打开角度调整值L_i’进行配置。

2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述阀门包括：产品气排气阀、降压阀、升压阀、进气阀、测试阀门和测试管道阀门。

3.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，步骤S1中所述预设流量V_ni是通过计算机控制系统控制执行器的旋转预设角度实现的。

4.根据权利要求3所述的优化方法，其特征在于，所述预设流量V_ni的计算公式为：

首个测试次数循环内的预设流量的计算公式为：

（1）；

其中，n_i为第i个阀门测试的次数计数，n_i的取值为1到N，每当对第i个阀门测试一次，计数值n_i增加1，V_imax为第i个阀门的最大流量，N为测试次数循环上限，即当n_i=N时，下一次测试时该阀门的测试次数复原为1，N的取值为6-12次；

随后的测试次数循环内的预设流量V_ni的计算公式为：

（2）；

其中，L_i’为针对第i个阀门，计算机控制系统控制执行器的打开角度调整值，V_imax为第i个阀门的最大流量，L_imax为第i个阀门最大的打开角度。

5.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，步骤S2中所述实际流量V_int是数据采集系统接收与该阀门配套的流量计的测量结果，具体地，V_int为第i个阀门第n次测试时的实际流量数据。

6.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，步骤S4中所述阈值V_thni的计算公式为：

（5）

其中n_i为第i个阀门测试的次数计数，n_i的取值为1到N，每当对第i个阀门测试一次，计数值n_i增加1，V_imax为第i个阀门的最大流量，n_i=1到N，N为测试次数循环上限，即当n_i=N时，下一次测试时该阀门的测试次数复原为1，N的取值为6-12次。

7.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，步骤S4中判断针对同一个阀门是否多个差值均没有超过阈值的具体方法为：

S41、当一个吸气-解吸周期结束，通过计算机控制系统记录设备运行的周期数M；

通过计算机控制系统判断M=aN是否成立，其中M为计算机控制系统记录设备运行的周期数M，N 为测试次数循环上限，a为任意自然数；如果判断结果为否，则循环运行步骤S1，如果判断结果为是，则运行步骤S42；

S42、当M=aN成立时，计算机控制系统经由数据采集系统采集了一组8*N个阀门流量的误差数据ΔV _ni，即ΔV₁₁₂~ΔV_N12，ΔV₁₂₂~ΔV_N22，ΔV₁₃₂~ΔV_N32，ΔV₁₄₂~ΔV_N42，ΔV₁₁₃~ΔV_N13，ΔV₁₂₃~ΔV_N23，ΔV₁₃₃~ΔV_N33，ΔV₁₄₃~ΔV_N43；

判断上述8*N个阀门流量的误差数据ΔV_ni，即ΔV₁₁₂~ΔV_N12，ΔV₁₂₂~ΔV_N22，ΔV₁₃₂~ΔV_N32，ΔV₁₄₂~ΔV_N42，ΔV₁₁₃~ΔV_N13，ΔV₁₂₃~ΔV_N23，ΔV₁₃₃~ΔV_N33，ΔV₁₄₃~ΔV_N43是否均未超过设定阈值；

如果判断结果为是，则不需要对阀门进行补偿，返回执行步骤S1, 下个测试次数循环计算机控制系统控制执行器的打开角度调整值L_i’等于本个测试次数循环内的打开角度值；

如果判断结果为否，则执行步骤S43；

S43、提取超出设定阈值的误差数据ΔV_ni所对应的阀门的全部N个数据，计算用于下一个周期的阀门打开角度的补偿值和打开角度调整值L_i’。

8.根据权利要求7所述的优化方法，其特征在于，所述补偿值的计算方法为：

针对存在误差数据ΔV_ni超出设定阈值的阀门计算得到n个子补偿值；其中，n=1到N，N为测试次数循环上限；

（6）；

根据子补偿值计算该阀门的最终的补偿值C_i；

（7）。

9.根据权利要求7所述的优化方法，其特征在于，所述的打开角度调整值L_i’的计算公式为：

（8）；

式中，L_i为本测试次数循环内计算机控制系统控制执行器的打开角度。

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