CN114958437A - 煤气化装置立体监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤气化装置立体监控方法及系统，该煤气化装置立体监控方法包括按照煤气化装置区域分布地图构建针对煤气化装置的煤气化装置立体监控模型，获取煤气化装置在运行过程中的实时参数，确定所获取实时参数在煤气化装置区域分布地图上的对应位置，并且将该对应位置作为可视化展示位置；以及，将获取的实时参数在煤气化装置立体监控模型的对应可视化展示位置上做可视化展示，从而帮助位于远端的监控端可以更为直观、生动地展示煤气化装置以及该煤气化装置内各子单元的实时运行情况，准确定位发生异常参数的位置以及时做预警提醒，提高远程监控的直观性，也方便生动、直观演示煤气化装置的运行状态。

Description

煤气化装置立体监控方法及系统

技术领域

本发明涉及煤气化装置领域，尤其涉及一种煤气化装置立体监控方法及系统。

背景技术

随着信息技术在煤化工行业的融入发展，信息技术已经为煤化工业的各个业务层形成了有力的支持，这对煤化企业的生产运营带来巨大变化。作为煤化工行业的关键设备，煤气化装置在确保煤气化工正常运行中起到重要的作用。

煤气化装置包括多个子设备，这些子设备通常是按照煤气化装置的工艺流程进行布局设置。为了有效监控煤气化装置的运行过程，了解各子设备和整个煤气化装置的状态情况，现在针对煤气化装置的监控方法主要是通过监控各相关子设备的实时数据来分析相关子设备的状态情况，掌握煤气化装置的运行状态情况，及时排除运行过程中的故障或者异常情况，以确保煤气化装置的正常运行。

不过，现在针对煤气化装置的监控方法存在不足：针对煤气化装置运行的监控数据为海量级别的数据，仅仅基于获取的监控数据来分析相关子设备的状态情况，无法更为生动、直观地展现煤气化装置以及各子设备的实时运行情况、工艺参数，这不仅不方便监控煤气化装置实际运行状态情况，而且不利于生动、直观演示煤气化装置的运行状态。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种基于数据可视化的煤气化装置立体监控方法。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种实现上述煤气化装置立体监控方法的煤气化装置立体监控系统。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：煤气化装置立体监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，按照煤气化装置区域分布地图构建针对煤气化装置的煤气化装置立体监控模型；其中，煤气化装置立体监控模型包括煤气化装置所处厂区的区域立体模型和煤气化装置立体模型；煤气化装置立体模型包括多个子单元立体模型，煤气化装置的每个子单元对应着一个子单元立体模型；

步骤S2，获取煤气化装置在运行过程中的实时参数；

步骤S3，确定所获取实时参数在煤气化装置区域分布地图上的对应位置，并且将该对应位置作为可视化展示位置；

步骤S4，将获取的实时参数在煤气化装置立体监控模型的对应可视化展示位置上做可视化展示。

进一步地，在所述煤气化装置立体监控方法中，所述实时参数包括煤气化装置的实时工艺参数。

改进地，在所述煤气化装置立体监控方法中，所述可视化展示包括放大操作、缩小操作、旋转操作和移动操作中的至少一种。

再改进，在所述煤气化装置立体监控方法中，在步骤S4之后还包括：对获取的所述实时参数是否为异常参数做出判断，得到异常参数判断结果；以及，将异常参数判断结果进行提示。

改进地，在所述煤气化装置立体监控方法中，在步骤S4中，所述实时参数在远程监控端的煤气化装置立体监控模型的对应可视化展示位置上做可视化展示。

再改进，在所述煤气化装置立体监控方法中，在步骤S4之后还包括远程监控端对煤气化装置执行绩效评价的过程。

进一步地，在所述煤气化装置立体监控方法中，在步骤S4之后还包括远程监控端对煤气化装置做在线标定的过程。

本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：煤气化装置立体监控系统，实现所述的煤气化装置立体监控方法，其特征在于，该煤气化装置立体监控系统包括：

参数获取装置，获取煤气化装置在运行过程中的实时参数；

监控端，连接参数获取装置，该监控端按照煤气化装置区域分布地图构建针对煤气化装置的煤气化装置立体监控模型、确定参数获取装置所获取实时参数在煤气化装置区域分布地图上的对应位置，并且将该对应位置作为可视化展示位置；以及，将获取的实时参数在煤气化装置立体监控模型的对应可视化展示位置上做可视化展示。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该发明的煤气化装置立体监控方法通过按照煤气化装置区域分布地图构建针对煤气化装置的煤气化装置立体监控模型后，再将获取到的煤气化装置在运行过程中的实时参数在煤气化装置立体监控模型的对应可视化展示位置上做可视化展示，从而帮助位于远端的监控端可以更为直观、生动地展示煤气化装置以及该煤气化装置内各子单元的实时运行情况，准确定位发生异常参数的位置以及时做预警提醒，提高远程监控的直观性，也方便生动、直观演示煤气化装置的运行状态。

附图说明

图1为本发明实施例中的煤气化装置立体监控方法流程示意图；

图2为本发明实施例中的煤气化装置立体监控模型示意图。

煤气化装置立体监控方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本实施例提供一种煤气化装置立体监控方法。具体地，参见图1所示，该实施例的煤气化装置立体监控方法包括如下步骤S1～S4：

步骤S1，按照煤气化装置区域分布地图构建针对煤气化装置的煤气化装置立体监控模型；其中，煤气化装置区域分布地图包括煤气化装置所处位置以及位于煤气化装置所处的厂区；煤气化装置立体监控模型包括煤气化装置所处厂区的区域立体模型和煤气化装置立体模型；煤气化装置立体模型包括多个子单元立体模型，煤气化装置的每个子单元对应着一个子单元立体模型；煤气化装置立体监控模型参见图2所示，煤气化装置区域分布地图即包含了图2中所示内容所对应的全部实物，全部实物即为包括煤气化装置、烟塔、煤气化装置之间的道路区域以及绿化带等实物；

步骤S2，获取煤气化装置在运行过程中的实时参数；其中，在该实施例中，此处的实时参数包括煤气化装置的实时工艺参数，例如，可以是煤气化装置子单元的核心工艺参数、变换单元核心工艺参数、酸脱单元核心工艺参数以及甲烷化单元核心工艺参数；

步骤S3，确定所获取实时参数在煤气化装置区域分布地图上的对应位置，并且将该对应位置作为可视化展示位置；

步骤S4，将获取的实时参数在煤气化装置立体监控模型的对应可视化展示位置上做可视化展示。其中，此处的可视化展示包括放大操作、缩小操作、旋转操作和移动操作。并且，根据需要，此处具体是在远程监控端的煤气化装置立体监控模型的对应可视化展示位置上做可视化展示。这样，可以方便位于远端的监控人员远程更为直观、生动监控煤气化装置的运行情况。

在可视化展示煤气化装置运行过程的同时，为了及时把预警异常参数情况，在该实施例执行完毕步骤S4之后，还可以对获取的所述实时参数是否为异常参数做出判断，得到异常参数判断结果；以及，将异常参数判断结果进行提示，例如可以是预警提示。

为了方便在远程监控端可以对煤气化装置做绩效评价，该实施例还做出了如下改进，即在步骤S4之后，由远程监控端对煤气化装置执行绩效评价的过程。具体地，在该实施例中，对煤气化装置执行绩效评价的过程包括如下步骤a1～a7：

步骤a1，远程监控端获取煤气化装置运行数据，并对运行数据做预处理，建立标准数据库；其中，标准数据库数据包括实时数据库获取的工艺参数、LIMS系统获得的关键物料分析数据、ERP系统获得的价格数据、能源管理系统获得的能耗数据、报警系统获得的装置报警信息以及生产管理系统获得的指标数据；

针对运行数据的预处理，包括诸如物料平衡处理、删除无效数据、利用插值方法对缺失值进行插值拟合填充、用数据平滑方法消除噪音信号和异常值、用模型对关键仪表数据进行软校正等处理措施；插值方法可以选择最近邻插值、线性插值以及三次样条插值中的任意一种；原始数据的平滑方法使用快速傅里叶滤波器平滑技术，以消除高频噪音信号以及异常值；关键仪表的软校正可选择数理模型、严格机理模型、数据-严格机理双驱模型中的任意一种；

步骤a2，基于标准数据库中的数据，计算获得针对煤气化装置的绩效评价基本指标集合；其中，绩效评价基本指标集合包括生产计划执行率指标、装置运转率指标、折纯氢产量指标、单位产品消耗原料量指标、单位产品综合能耗指标、非计划停车次数以及长周期运行时间指标；

具体到该实施例中，各相关指标的计算方式如下：

生产计划执行率指标＝(煤气化装置实际产量-装置生产计划产量)/装置生产计划产量*100％；

装置运转率指标＝(理论运行时间-装置累积停车时间)/理论运行时间*100％；

折纯氢产量＝(∑B_w·γ_w)，w＝1,2,3；其中，B_w为煤气化装置在单位时间的第w种产品产量，γ_w为该第w种产品所对应的产量折纯氢系数，第1种产品为氢气，第2种产品为碳基合成气，第3种产品为一氧化碳；

单位产品耗原料量指标＝(煤原料消耗总量+焦原料消耗总量)/折纯氢产量；

单位产品综合能耗指标＝(∑M_i·R_i)/Q；i＝1,2,3,4；其中，M_i为煤气化装置在单位时间内所消耗第i种对象的实物量，R_i为该第i种对象所对应的能量折算系数，Q为单位时间内的氢气、羰基合成气以及一氧化碳的产量折纯氢产量；第1种对象为原料，第2种对象为燃料，第3种对象为公用工程，第4种对象为动力；

步骤a3，基于得到的绩效评价基本指标集合，加权计算获得该煤气化装置的绩效评价综合指标；其中，在该实施例中，此处的绩效评价综合指标标记为P：

其中，A_j为预设目标指标集合A内的第j个目标指标所对应的实际评分，预设目标指标集合A内的指标包括生产计划执行率、非计划停车次数、装置运转率、长周期运行时间、单位产品综合能耗和单位产品耗原料量共六个指标，ω_j为第j个目标指标所对应的权重值；其中，权重值的数值大小与目标指标对煤气化装置的有力影响呈正相关；

例如，A₁为预设目标指标集合A内的第1个目标指标-产量执行率所对应的实际评分，ω₁就是该产量执行率所对应的权重值；A₂为预设目标指标集合A内的第2个目标指标-非计划停车次数所对应的实际评分，ω₂就是该非计划停车次数所对应的权重值；针对其他预设目标指标，依次类推即可；

步骤a4，基于标准数据库数据中的数据，分别计算获得煤气化装置的单位产品综合能耗实际值和单位产品耗原料量实际值；其中，此处通过本领域的常规技术手段就可以得到煤气化装置的单位产品综合能耗实际值和单位产品耗原料量实际值，此处不再赘述；

步骤a5，根据所获取煤气化装置的单位产品综合能耗指标和单位产品耗原料量指标，分别计算获得煤气化装置的单位产品综合能耗对标差值及单位产品耗原料量对标差值；其中，在该实施例中，单位产品综合能耗对标差值＝单位产品综合能耗指标值-单位产品综合能耗实际值；单位产品原料消耗对标差值＝单位产品耗原料量指标值-单位产品耗原料量实际值；

步骤a6，基于标准数据库数据中的数据，分别计算获得煤气化装置的实际折纯氢产量、原料消耗、标油价格和原料价格数据，并再基于所得单位产品综合能耗对标差值及单位产品耗原料对标差值，计算出煤气化装置的价值量化指标；其中，具体到该实施例中，此处的煤气化装置的价值量化指标记为δ，并且该价值量化指标δ的计算方式如下：

其中，M为评价周期内标油价格波动总次数，K为评价周期内原料价格波动总次数，N_m为第m次标油价格波动所对应的单位产品综合能耗对标差值，C_m为第m次标油价格波动所对应的累计实际折纯氢产量，Φ_m为第m次标油价格波动所对应的标油价格，R_k为第k次原料价格波动所对应的单位产品耗原料量对标差值，E_k为第k次原料价格波动所对应的累计实际折纯氢产量，

为第k次原料价格波动所对应的原料价格；

例如，假设在针对煤气化装置的一个评价周期内，标油价格波动总次数为5次，即M＝5，原料价格波动总次数为7次，即N＝7，那么，N₁为第1次标油价格波动所对应的单位产品综合能耗对标差值，C₁为第1次标油价格波动所对应的累计实际折纯氢产量，Φ₁为第1次标油价格波动所对应的标油价格；R₁为第1次原料价格波动所对应的单位产品耗原料量对标差值，E₁为第1次原料价格波动所对应的累计实际折纯氢产量，

为第1次原料价格波动所对应的原料价格；其他依次类推，此处不做赘述；

步骤a7，远程监控端基于所得煤气化装置的绩效评价基本指标、绩效评价综合指标及价值量化指标，对该煤气化装置做多维度绩效评价。一旦远程监控端判断所得该煤气化装置的价值量化指δ为正数时，则评价该煤气化装置绩效达标。当然，远程监控端不仅可以基于所得煤气化装置的绩效评价基本指标、绩效评价综合指标及价值量化指标分别做对应指标的评价，而且还可以利用加权求和的方式来评价该煤气化装置的综合绩效情况。

需要说明的是，该实施例中所采取的煤气化装置绩效评价方法通过以预处理后的煤气化装置运行数据建立标准数据库，并基于该标准数据库中的数据，不断处理得到该煤气化装置的绩效评价基本指标、绩效评价综合指标及价值量化指标，继而再利用这些指标对该煤气化装置做多维度绩效评价，从而不仅自动实现了对煤气化装置实时采集，而且极大地降低了针对各类运行数据采集统计的耗时问题，适应了煤化工企业数字化建设要求，以更为低成本的方式通过多维度指标实现了从远端对煤气化装置进行绩效实时评价与管理。

另外，考虑到现在采用人工来标定煤气化装置的方法所存在的标定效率低、标定工作劳动强度大、部分数据获取困难及数据处理量大的缺陷问题，该实施例的煤气化装置立体监控方法还进一步增加了在远程监控端对煤气化装置做在线标定的过程。具体地，远程监控端对煤气化装置做在线标定的过程包括如下步骤：

步骤b1，远程监控端预先构建煤气化装置标定模型；其中，在该实施例中，煤气化装置标定模型的构建过程包括如下步骤c1～c7：

步骤c1，远程监控端获取标定煤气化装置所需要的性能参数集合；其中，该性能参数集合包括煤气化装置的生产能力、工艺参数、产品质量、设备性能、能耗和物耗；

步骤c2，基于数据来源对收集的性能参数集合进行分类，形成可测量性能参数集合与非可测量性能参数集合；

步骤c3，收集可测量性能参数集合中的性能参数的数据来源，形成可测量性能参数来源映射集；

步骤c4，基于可测量性能参数来源映射集和对应的性能指标计算公式，得到可测量性能参数计算模型；

例如，针对煤气化装置的碳转化率这一个性能指标，其性能指标计算公式如下：

步骤c5，基于装置运行数据构建装置机理模型，获取非可测量性能参数集中的性能参数；其中，装置机理模型的构建过程包括如下步骤d1～d3：

步骤d1，收集煤气化装置的设计数据和运行数据，并对运行数据进行预处理，形成样本数据库；

步骤d2，对样本数据库中的数据进行工况聚类，形成工况数据集；

步骤d3，基于工况数据集，采用流程模拟技术分别构建对应不同工况的装置机理模型；其中，利用流程模拟技术构建装置机理模型属于现有技术，此处不做赘述；

步骤c6，将利用机理模型计算所得非可测量性能参数与标定报告对应需要的非可测量性能参数进行映射，形成非可测量性能参数映射集；

步骤c7对可测量性能参数来源映射集、可测量性能参数计算模型、装置机理模型以及非可测量性能参数映射集进行封装，得到煤气化装置标定模型。

步骤b2，远程监控端获取标定煤气化装置所需要的标定用数据；

步骤b3，远程监控端将获取的标定用数据输入到煤气化装置标定模型，得到煤气化装置标定结果；其中，在该步骤b3中，按照如下方式对煤气化装置做出对应的性能标定：当所得任一性能参数值大于与该任一性能参数所对应的预设效能参数阈值时，标定煤气化装置的该任一性能参数值超标；否则，标定煤气化装置的该任一性能参数值未超标；

步骤b4，远程监控端基于得到的煤气化装置标定结果，生成供在线处理的煤气化装置标定报告。其中，此处的在线处理为在线浏览、编辑、校核、导出以及保存中的至少一种处理操作。根据需要，生成的煤气化装置标定报告可以供导出或者保存为pdf格式或者word格式等所需要的文件格式。

在该实施例中，由远程监控端通过预先构建煤气化装置标定模型，并且再获取标定煤气化装置所需要的标定用数据，最后将获取的标定用数据输入到煤气化装置标定模型，得到煤气化装置标定结果，自动生成供在线处理的标定报告，降低了人工标定时间成本，提高了煤气化装置的标定效率和准确性，减少了煤气化装置标定报告的编制和校审时间。

该实施例还提供了一种实现上述煤气化装置立体监控方法的煤气化装置立体监控系统。具体地，该实施例的煤气化装置立体监控系统包括：

参数获取装置，获取煤气化装置在运行过程中的实时参数；

监控端，连接参数获取装置，该监控端按照煤气化装置区域分布地图构建针对煤气化装置的煤气化装置立体监控模型、确定参数获取装置所获取实时参数在煤气化装置区域分布地图上的对应位置，并且将该对应位置作为可视化展示位置；以及，将获取的实时参数在煤气化装置立体监控模型的对应可视化展示位置上做可视化展示。

尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.煤气化装置立体监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，按照煤气化装置区域分布地图构建针对煤气化装置的煤气化装置立体监控模型；其中，煤气化装置立体监控模型包括煤气化装置所处厂区的区域立体模型和煤气化装置立体模型；煤气化装置立体模型包括多个子单元立体模型，煤气化装置的每个字单元对应着一个子单元立体模型；

步骤S2，获取煤气化装置在运行过程中的实时参数；

步骤S3，确定所获取实时参数在煤气化装置区域分布地图上的对应位置，并且将该对应位置作为可视化展示位置；

步骤S4，将获取的实时参数在煤气化装置立体监控模型的对应可视化展示位置上做可视化展示。

2.根据权利要求1所述的煤气化装置立体监控方法，其特征在于，所述实时参数包括煤气化装置的实时工艺参数。

3.根据权利要求1所述的煤气化装置立体监控方法，其特征在于，所述可视化展示包括放大操作、缩小操作、旋转操作和移动操作中的至少一种。

4.根据权利要求1～3任一项所述的煤气化装置立体监控方法，其特征在于，在步骤S4之后还包括：对获取的所述实时参数是否为异常参数做出判断，得到异常参数判断结果；以及，将异常参数判断结果进行提示并支持参数异常报警位置定位。

5.根据权利要求1～3任一项所述的煤气化装置立体监控方法，其特征在于，在步骤S4中，所述实时参数在远程监控端的煤气化装置立体监控模型的对应可视化展示位置上做可视化展示。

6.根据权利要求1～3任一项所述的煤气化装置立体监控方法，其特征在于，在步骤S4之后还包括远程监控端对煤气化装置执行绩效评价的过程。

7.根据权利要6所述的煤气化装置立体监控方法，其特征在于，在步骤S4之后还包括远程监控端对煤气化装置做在线标定的过程。

8.煤气化装置立体监控系统，实现权利要求1所述的煤气化装置立体监控方法，其特征在于，该煤气化装置立体监控系统包括：

参数获取装置，获取煤气化装置在运行过程中的实时参数；

监控端，连接参数获取装置，该监控端按照煤气化装置区域分布地图构建针对煤气化装置的煤气化装置立体监控模型、确定参数获取装置所获取实时参数在煤气化装置区域分布地图上的对应位置，并且将该对应位置作为可视化展示位置；以及，将获取的实时参数在煤气化装置立体监控模型的对应可视化展示位置上做可视化展示。

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