JP6454641B2 - 分析計に基づく制御システムおよびアルゴリズムの開発設計および実装 - Google Patents
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Classifications
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- G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
- G01N17/02—Electrochemical measuring systems for weathering, corrosion or corrosion-protection measurement
Description
本出願は2008年11月3に出願された米国特許出願12/263,904号の一部継続出願である。
不適用。
u=f(e、Δe、d)
ここで、uはプロセス変数を測定する分析計の出力であり、eは動的状態で検出されるエラーであり、dはエラーを引き起こした外乱の大きさであり、Δeは時間に伴うエラーの変化である。エラー自体は下記式を用いて計算することができる:
e=SP−PV
ここで、PVはプロセス変数、または分析計が変数に対して測定した実際の値であり、SPは設定点または、外乱に基づくノイズがなかったら、その値が何であったはずかである。
ここで、u0は定常状態制御装置出力を示し、e0、Δe0およびd0はe、Δeおよびdである。制御装置は2つの部分から構成される:定常状態、u0=f(e0、Δe0、d0)および動的f(e)、f(Δe)、f(d)。定常状態は、システム定常状態の直接測定値から取得することができる。少なくとも1つの実施形態では、定常状態では、e0、Δe0およびd0の少なくとも1つはe、Δeおよびdであり、0である。
に基づく、およびその限界内の知識である。少なくとも1つの実施形態では、関数は比例フォーマットに従い設計される。少なくとも1つの実施形態では、関数は、シグモイドフォーマットに従い設計される。
を含む。実際には、
であり、ここで、Ucは、出力スケールファクタ(scale factor)であり、これはオンラインで調整される定数である。SPcは変数スケールファクタであり、これはオンラインで調整される定数である。
式中、Yは我々が設計した線形曲線を表し、Yiはi点での現実のプローブ読み取り値を示す。図3および図4は2点腐食読み取り値、2点フィルター処理済み腐食読み取り値、および線形回帰に基づく腐食速度の比較を示す。本質的に、腐食速度は、線形曲線の傾きであり、3つの計算の食い違いがどれだけ大きいかを示し、また、我々はどの計算がより合理的で科学的であるかを理解することができる。図3に示されるように、その期間にわたって検出された腐食速度の線形分析を使用すると、どの形態の分析を使用したかに基づき複数の速度が得られ得る。
(1)ノイズの多い腐食プローブ読み取り値を平滑化し、外れ値を排除するオンラインおよびオフラインフィルター設計、(2)腐食速度の補正された定義(即時実行速度、期間速度)およびそれらの互いへの関係。これにより、計算し、比較するための異なる定義が与えられる。(3)オンライン(実行回帰CR)およびオフライン腐食速度計算ならびにモニタリングおよび警報腐食速度。(4)制御装置により使用される腐食速度評価および分析、ならびに(5)自動的に作成される分析レポート。
即時(Instant)CR=dy/dt。
よって:
期間(Period)CRは固定された期間、例えばΔtでの金属損失変化の速度、またはΔy/Δtであるということができるからである。しかしながら、金属損失yに付随する信号「ノイズ」のために、yの線形回帰が最初に使用され、その後、期間CRが時間Δtを用いて傾きとして計算される場合、そうすると:
即時CRおよび期間CRは腐食スピードの異なる局面を反映する。少なくとも1つの実施形態では、期間CRは一般腐食速度を決定するために数日または数週間にわたって計算され、即時CRはプロセス変化の腐食に対する効果を決定するのに非常に役に立つ瞬間腐食である。
少なくとも1つの実施形態では、即時CRと期間CRの間の関係は、積分平均値の定理により決定される。例えば:
式において、即時CRが期間CRと同じになる、[t1、t2]における点ξが存在する。しかしながら、この点は、必ずしも、即時および期間CRの平均値(mean)、中央値、最頻値、および/または代表値(average)ではない。
ここで、yは独占金属損失関数であり、tは時間であり、ならびにaおよびbは関数の傾きおよびバイアスを示す。aおよびbはどちらも全て時不変定数である。この近似下では:
変数安定性は、プロセス動作にとって非常に重要である。原油ユニット腐食制御システムでは、3つの重要な変数(pH、Cl、Fe)が腐食システムを安定に維持するための鍵となる。毎日のcpkが使用され、比較される。
中和剤、腐食剤およびフィルマが、3つの制御された変数、pH、ClおよびFeを制御するために使用される。この制御設計の目的の1つは、化学薬品の使用を控えながら制御される変数を維持することである。
システムは、分析計による肝要な変数測定値を提供するだけでなく、(1)システムは全情報を提供し、ポンプ、ブート水圧、作業温度、推定化学薬品流速、腐食を含み、(2)使いやすいインターフェースを提供し、我々に、全システムを遠隔でモニタし、動作させ、パラメータを改善させるプラットフォームを与え、(3)分析計警報を収集し、全ての可変動作警報を作成/設定し、ならびに即時携帯電話および電子メール警報を提供し、(4)オンラインおよびオフラインデータ分析の、および情報を精密な知識に翻訳するプラットフォームを提供し、これは、システムの注目であり、(5)操業時間中の制御システムは、何らかの出来事が起こることを除いて100%である。
オンライン腐食速度は、計算され、他の変数と比較されなければならない。図7は、2つのプローブに基づく1週間の期間腐食速度の一例を与える。図8は、腐食速度は、重要な変数FeおよびpHに強く相関することを証明する評価を示す。
Claims (10)
- 少なくともいくつかの測定値を誤ったものとしてしまう特性により特徴付けられる、化学プロセスシステムにおいて、生じ得る塩および/または腐食種の形成を予測するため、pH、塩化物、Fe、並びに、窒素および総窒素の少なくとも一方、を検出するセンサにより取られるプロセス変数の測定値におけるエラーを補正する方法であって、
動的状態因子により引き起こされるエラーの成分を同定する工程であって、少なくとも1回、システムにおいてセンサ測定値を取得し、および、その測定値が、プロセス変数の客観的に正しい測定値から、時間に対して変動する量だけどのように逸脱しているかに注目することにより決定される、工程と、
前記エラーの定常状態因子成分を同定する工程であって、少なくとも1回、センサ測定値を取得し、および、前記測定値が、プロセス変数の客観的に正しい測定値から、時間に対して固定した量だけ逸脱していることに注目することにより決定される、工程と、
定常状態因子および動的状態因子により引き起こされるエラーを除去するために測定値を変更する工程と、
を含み、
前記センサは分析計と情報連絡され、前記分析計は制御装置と情報連絡され、
前記センサは、プロセス変数の生測定値を得るように構成および配列され、
前記分析計は、前記センサの測定値および/または前記塩および/または腐食種の形成の計算値におけるエラーを補正し、
前記制御装置は前記補正された測定値および/または計算値を取得し、
前記補正された測定値および/または計算値が、許容される値の予め決められた範囲の外にある場合、化学薬品を添加することを含む修正手段を制定し、前記測定値および/または計算値を許容される範囲内の値に変更させる、方法。 - 前記修正手段は、前記測定値の定常状態値が前記センサにより測定される前に制定される、請求項1に記載の方法。
- 前記センサは、酸化還元電位、温度、圧力、プロセスストリーム流速、溶解された固体および懸濁された固体の少なくとも1つを更に検出する、請求項1に記載の方法。
- 前記生測定値のいずれか1つが、前記生測定値が取られた状態に対して予測される設定点に収まらない場合、前記生測定値に代えて、履歴により予測される値を使用して、生じ得る塩および/または腐食種の形成を予測する、請求項1に記載の方法。
- 前記の予測される設定点に収まらないプロセス変数の生測定値は鉄濃度であり、前記方法はさらに、ゼロ鉄濃度を示す全てのセンサ読み取り値を無視する工程と、測定された鉄濃度を1週間にわたり回帰分析を使用して調整する工程と、を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記修正手段は、その効果が本質的に非線形である化学薬品を添加することを含み、前記分析計は修正化学薬品の非線形効果を補正する、請求項1に記載の方法。
- 前記修正手段は不感時間に関連する制約を受ける化学薬品を添加する工程を含み、前記分析計は前記の不感時間に関連する制約を補正する、請求項1に記載の方法。
- 前記化学プロセスシステムは、化学プラント、精製所、石油精製所、食品加工施設、製造プラント、化学プラント、蒸留塔、水濾過プラント、工場、廃棄物処理施設、水処理施設、およびそれらの任意の組み合わせから選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記制定された修正手段が、前記化学プロセスシステムへの、水、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジ−イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、sec−ブチルアミン、1−アミノ−2,2−ジメチルプロパン、2−アミノ−2−メチルブタン、2−アミノペンタン、3−アミノペンタン、モルホリン、モノエタノールアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、N,N−ジメチルイソプロパノールアミン、メトキシエチルアミン、ピペリジン、ピペラジン、シクロヘキシルアミン、N−メチルエタノールアミン、N−プロピルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン、N,N−ジメチルアミノエトキシエタノール、N,N−ジエチルアミノエトキシエタノール、N−メチルジエタノールアミン、N−プロピルジエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、t−ブチルエタノールアミン、t−ブチルジエタノールアミン、2−(2−アミノエトキシ)エタノール、ジ−n−ブチルアミン、トリ−n−ブチルアミン、ジ−イソ−ブチルアミン、エチル−n−ブチルアミン、ペンチルアミン、2−アミノ−2,3−ジメチルブタン、3−アミノ−2,2−ジメチルブタン、2−アミノ−1−メトキシプロパン、ジプロピルアミン、モノアミルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミン、3−アミノ−1−メトキシプロパン、またはそれらの任意の組み合わせの、用量を制御することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記化学プロセスシステムが石油精製所であり、
さらに、
(a)機会原油を、前に異なる種類の原油を含んだ、前記石油精製所の原油ユニットに導入する工程であって、前記機会原油の特性は前記前の原油とは異なり、そのため、腐食を引き起こし、塩化物濃度の急増を誘発することを含む、前記ユニットの定常状態を妨害する工程と、
(b)センサが、前記原油ユニットにおける1つ以上の点で、システムパラメータと関連する特性を測定および/または予測する工程と、
(c)前記測定および/または予測された特性と関連する最適範囲を決定する工程と、
(d)前記測定および/または予測された特性がその特性と関連する最適範囲の外にある場合、プロセスストリームへの組成物の流入を変化させる工程であって、前記組成物は、前記測定および/または予測された特性を前記最適範囲内に入れるように、システムパラメータと関連する特性を調整することができる、工程と、
を含む、請求項1に記載の方法。
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