[發(fā)明專利]乙烯裝置中丙烯精餾塔的智能控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 02111034.4
• 申請(qǐng)日: 2002-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN1382672A
• 公開（公告）日: 2002-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢鋒;李立新;俞安然;劉漫丹;杜文莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C07C7/04
• 分類號(hào): C07C7/04;B01D3/42;C07C11/04;C07C11/06
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 陳淑章

???????????????????????技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工精餾過程和自動(dòng)控制領(lǐng)域，涉及乙烯裝置中丙烯精餾塔的控制方法。

???????????????????????背景技術(shù)

在乙烯生產(chǎn)過程中，丙烯精餾塔是生產(chǎn)裝置的重要設(shè)備，它操作平穩(wěn)與否，不僅影響整個(gè)丙烯精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，而且還將影響下游生產(chǎn)裝置(如聚丙烯等生產(chǎn)裝置)和上游裝置(乙烷裂解爐)的平穩(wěn)操作。

丙烯精餾塔分離的主要組分丙烯和丙烷沸點(diǎn)較接近、且組分中含有一些易聚合的重碳物質(zhì)，而分離的產(chǎn)品又是聚合級(jí)丙烯(純度必須大于99.60％)，是一個(gè)很復(fù)雜的精密精餾過程；此系統(tǒng)的工藝操作和自動(dòng)控制遠(yuǎn)比煉油廠氣分裝置中的丙烯精餾單元復(fù)雜得多，技術(shù)難度亦大得多，一直是國內(nèi)外乙烯生產(chǎn)過程有待解決的難題之一。

目前國內(nèi)所有乙烯裝置都采用集散控制系統(tǒng)(Distributed?ControlSystems，DCS)的基本控制功能對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，這些基礎(chǔ)控制系統(tǒng)保障了丙烯精餾塔的安全運(yùn)行，但仍普遍存在塔釜出料中丙烯含量超標(biāo)，塔釜再沸器能力不足，塔頂丙烯濃度波動(dòng)較大或“過精餾”等問題。因此，為了充分發(fā)揮乙烯裝置中DCS和操作設(shè)備的潛力，有效地利用原料和能源，增加裝置的經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合丙烯精餾生產(chǎn)過程的工藝操作特點(diǎn)，綜合應(yīng)用化學(xué)工程、人工智能和自動(dòng)控制科學(xué)中的最新技術(shù)，對(duì)丙烯精餾塔實(shí)施智能控制和優(yōu)化操作，確保丙烯精餾塔各項(xiàng)工藝參數(shù)穩(wěn)定在最優(yōu)工作狀態(tài)，該發(fā)明具有極其重要的實(shí)用價(jià)值。

???????????????????發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所述的智能控制方法是：選擇影響丙烯精餾塔塔頂丙烷濃度和塔釜丙烯濃度的工藝操作參數(shù)，并將其歸一化，然后利用各自的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行計(jì)算，模型輸出值經(jīng)過反歸一化后，丙烯精餾塔塔頂丙烷濃度和塔釜丙烯濃度的人工分析值對(duì)反歸一化后的模型輸出進(jìn)行在線“滾動(dòng)”校正，從而得到塔頂丙烷濃度和塔釜丙烯濃度的軟測(cè)量值；最后根據(jù)丙烷濃度和丙烯濃度的軟測(cè)量值對(duì)丙烯精餾塔進(jìn)行實(shí)時(shí)推斷控制(見圖1)。

本發(fā)明技術(shù)方案：

塔頂丙烷濃度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測(cè)量模型的建立：

由于三層以上結(jié)構(gòu)的反向傳播(Back?Propagation，BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有映射任意非線性函數(shù)的功能，為此，這里采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來建立塔頂丙烷濃度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測(cè)量模型。

在DCS中獲取影響丙烯精餾塔塔頂丙烷濃度的工藝參數(shù)，包括塔頂溫度T1、塔頂壓力P1、塔釜溫度T3以及回流比R(即塔頂回流量與塔頂采出量的比值)；這里的軟測(cè)量模型考慮了上述4個(gè)因素對(duì)塔頂丙烷濃度影響的不同時(shí)間，根據(jù)丙烯精餾塔的具體結(jié)構(gòu)和采樣位置，這里選取T1當(dāng)前時(shí)刻值T1(k)、P1當(dāng)前時(shí)刻值P1(k)、T3當(dāng)前時(shí)刻值T3(k)、R當(dāng)前時(shí)刻值R(k)、R當(dāng)前時(shí)刻之前的一個(gè)單位時(shí)間值R(k-1)、R當(dāng)前時(shí)刻之前的另一單位時(shí)間值R(k-2)(一般指前兩個(gè)單位時(shí)間)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入變量；選取丙烯精餾塔塔頂丙烷濃度當(dāng)前時(shí)刻的人工分析值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出變量。

將T1(k)、P1(k)、T3(k)、R(k)、R(k-1)、R(k-2)以及當(dāng)前時(shí)刻的塔頂丙烷濃度人工分析值數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，歸一化范圍可以選取為[0，1]、[-0.5，0.5]，[-1，1]等，這里將其歸一到[0.2，0.8]之間。歸一化方法如下：

x＝(X-a)/((b-a)^*0.6+0.2

其中，X為各輸入變量的實(shí)際測(cè)量值，x為歸一化后各輸入變量的數(shù)值，[a，b]為X的量程范圍。

在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，輸入層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為i(i＝6)，中間層的隱層層數(shù)為L(L＝1～100)，各隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)為j(j＝2～100)，輸出層節(jié)點(diǎn)為k(k＝1～100)。

利用丙烯精餾過程的工藝機(jī)理數(shù)學(xué)模型，在工業(yè)裝置“操作點(diǎn)”周圍進(jìn)行“大區(qū)域”的正交模擬仿真試驗(yàn)，產(chǎn)生了80組操作范圍變化較大的丙烯精餾生產(chǎn)過程操作信息數(shù)據(jù)，將這些樣本數(shù)據(jù)與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場采集到的400組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)合起來，構(gòu)成丙烯精餾塔塔頂丙烷濃度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測(cè)量模型的480組訓(xùn)練樣本。選擇6×6×1結(jié)構(gòu)的前向BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其輸入節(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)著歸一化后丙烯精餾塔T1(k)、P1(k)、T3(k)、R(k)、R(k-1)、R(k-2)，而輸出節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著歸一化后的丙烷濃度人工分析值(見圖2)。