[發明專利]基于數據挖掘技術的氨合成裝置生產優化方法

無效

• 申請號: 200710171809.0
• 申請日: 2007-12-06
• 公開（公告）號: CN101187803A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發明（設計）人: 陸治榮;陸文聰;劉純權;楊善升;劉亮;劉太昂;顧天鴻;劉欣;宋向禮;楊明;楊躍;伏躍
• 申請（專利權）人: 寧波思華數據技術有限公司;云南云維集團有限公司
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種基于數據挖掘技術的氨合成裝置生產優化方法，屬于化學工程、系統工程及數據挖掘等交叉學科領域的研究前沿，涵蓋生產過程優化模型與模型維護、生產狀態實時監測、生產工況實時診斷及生產工藝參數優化。

技術背景

石油和化工企業是我國的基礎支柱產業，在我國國民經濟中占有舉足輕重的地位。但與世界石化工業生產水平相比，我國的石油和化學工業還有不小的差距。例如，每加工一噸產品所需的現金操作費用反映了企業生產成本水平，2003年煉油現金操作費用，世界平均水平為117元/噸，世界先進水平為86元/噸，我國約為130元/噸，分別高出11％和51％。乙烯生產的現金操作費用，我國為142美元/噸，比世界先進水平高出24％，比亞太地區高出5％。因此，如何利用工業優化技術提高勞動生產率和資源利用率，全面提升我國石油和化學工業的盈利能力和競爭能力，對于我國石油和化學工業的可持續發展有著十分重要的意義。

提升企業的生產水平可以從設備改造、工藝改進等方面著手，實踐證明雖然這些措施可以取得非常好的效果，但周期長、投資大。與此相比，利用控制技術和計算機軟件技術對生產操作進行優化，實施簡便、見效快、投資回報率高，正越來越得到業界的重視。近年來，集散控制系統(Distributed?Control?System，DCS)已經廣泛應用于我國大中型石化裝置，為試點和推廣國內外新技術打下了基礎。目前世界上已有20多家公司推出了30余種石化優化軟件，應用領域遍及主要石化裝置，其中先進控制(Advanced?Process?Control，APC)技術已經在我國幾十個生產裝置實施，如常減壓、催化裂化、催化重整、加氫裂化、聚丙烯、聚乙烯等等。根據Chemshare公司的調查結果，在已有DCS系統基礎上實施先進控制的投資收益比為1∶4，在先進控制基礎上實現裝置實時優化的投資收益比也為1∶4。因此，先進控制和實時優化控制挖潛增效效果明顯。

近年來，基于數據挖掘的工業優化技術已在國外受到高度重視，應用的案例日益增多。將數據挖掘技術引入化工生產領域是一項巨大的挑戰。現代化工、煉油等大、中型企業的生產過程包括復雜的物理、化學變化，這些變化必須借助對多種工藝指標的監控，才能使生產的綜合效益達到最優。化工生產過程難免有時出現故障，在出現故障時能及時發現，正確診斷其原因從而消除故障，也要通過總結故障出現的規律，建立發現、診斷故障的數學模型，從而順利處理故障，恢復正常生產。這些都需要從大批復雜數據中抽提有用信息，建立反映客觀規律的數學模型。采用數據挖掘技術是建立數學模型的必要手段之一。數據挖掘技術用于生產優化可與先進控制、實時優化控制互為補充，相得益彰。化工生產過程涉及到許多復雜的物理、化學變化，常常很難通過機理來建立模型，即便建立了模型，其精度也很低，模型只能用來表明生產的大體變化趨勢，而無法用來指導生產。此外，工業生產過程中存在許多可變因素和干擾(原料性質、設備狀態、操作工況的變化，生產環境和生產系統自身的干擾)，數學模型通常是在某一特定條件下建立的，因而僅僅在小范圍內適用，在實際復雜多變的生產中難以使用。隨著計算機科學和過程系統工程的發展，工業生產過程自動化程度越來越高，工業生產數據采集和存儲越來越經濟便利，對于一個中等規模的石化生產裝置，其DCS系統的儀表位號點數約500點，如果每分鐘保存一個生產數據，那么，每天就有70萬個生產數據，一年可達2.5億個數據。這些數據記錄了工業生產過程的特征、性能、變化等，是生產裝置的本質反映。利用數據挖掘技術，可以從工業生產數據中尋找規律和發現知識，并用這些知識指導企業的生產過程，從而達到優化生產過程，使企業效益最大化。

氨合成裝置是合成氨工業的關鍵工段，要實現節能、增產的目的，除了改進工藝流程、設備結構以外，努力提高氨合成裝置的過程控制水平和操作管理水平是一個非常重要的途徑。目前大、中型氨合成裝置上較普遍地采用了集散控制系統DCS，并已經積累了豐富的生產數據，為優化控制提供了可能。但由于消化、吸收及自主開發投入不足，DCS仍主要用于數據采集、顯示打印及單回路控制。近年來，國內外許多工作者對氨合成裝置的模擬與優化進行了大量的研究，并開發了相應的軟件，這些軟件大都采用簡化模型或機理模型進行合成氨模擬優化。距離生產實際應用還有一定的差距。而實際生產過程中氨合成裝置生產工況受到溫度、壓力、流量、氣體成分等多種因素的影響，目前生產工藝參數基本上根據經驗確定，優化潛力很大。

發明內容