[發明專利]汽油穩定塔分離精度的在線軟測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201610633279.6
• 申請日: 2016-08-04
• 公開（公告）號: CN107057749B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 匡華清;關新虎;馮新國
• 申請（專利權）人: 石化盈科信息技術有限責任公司
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22;G01N33/28;C10G7/12
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司 11241
• 代理人: 陳泉

1.一種汽油穩定塔分離精度的在線軟測量系統，其特征在于，包括穩定塔，穩定塔包括塔頂穹室，塔的穹頂和頂部第一層塔板圍成的空間，第一層塔板上的液體、和穹室內氣體的分界面，是塔內上升氣相物流組成變化的最后一個分界點，塔頂氣相物流冷卻、冷凝進入液化氣罐后，組成不再變化，因此，液化氣C5+含量，取決于塔頂穹室內的氣液平衡；

溫度儀表的傳感器和壓力儀表的傳感器設置在塔頂穹室內；

溫度儀表測量塔頂穹室液相溫度，壓力儀表測量塔頂壓力；

液化氣罐抽出物流，一部分作為液化氣產品出裝置，由流量儀表測量其流量；另一部分作為塔頂冷回流，經過流量儀表測量后打入穩定塔頂部；

穩定塔包括塔釜，塔下部最后一層塔板和塔底圍成的空間，塔底液體和釜內氣體分的分界面，是塔內向下流動的液相物流組成變化的最后一個分界點，穩定汽油的蒸汽壓，取決于塔釜內的的氣液平衡；

溫度儀表的傳感器和壓力儀表的傳感器設置在塔釜內；

溫度儀表測量塔底液相溫度，壓力儀表測量塔釜壓力；

包括液化氣C5+含量軟測量方法和穩定汽油雷氏蒸汽壓軟測量方法；

所述液化氣C5+含量軟測量方法的步驟為：

步驟(1.a)，確定液化氣C5組分中常沸點最低的純物質為表征液化氣C5+含量的關鍵組分純物質；

步驟(2.a)，確定汽油穩定塔頂穹室內氣液分離界面處的液相溫度T_TOP和氣相壓力P_TOP，工業過程儀表測量出的是攝氏溫度值(℃)和相對壓力值(MPa)；

步驟(3.a)，液化氣C5+含量關鍵組分純物質在塔頂穹室內氣液分離界面處液相溫度T_TOP的對比溫度T_r,C5,TOP按下式計算：

T_r,C5,TOP＝(T_TOP+273.15)/T_c,C5

其中：

T_c,C5為液化氣C5+含量關鍵組分純物質的臨界溫度，

273.15為攝氏溫度0℃的絕對溫度值；

步驟(4.a)，確定關鍵組分純物質在塔頂穹室氣液分離處液相溫度下飽和蒸汽壓；

采用不同方法，計算出來的飽和蒸汽壓有壓力值或對比壓力值；蒸汽壓壓力值和對比壓力值可通過簡單線性計算轉換；為后續模型算法表述方便，該飽和蒸汽壓，不再區分壓力值和其對比壓力值；

液化氣C5+含量關鍵組分在塔頂穹室氣液分離界面處液相溫度的飽和蒸汽壓表示為P_VP,C5,TOP；

步驟(5.a)，確定液化氣C5+含量軟測量模型：

其中：

C5_LPG為液化氣C5+含量，單位％；

A_0,C5、A_1.C5為模型系數；

0.101325為絕對壓力和相對壓力的差值；

步驟(6.a)，模型系數按以下步驟離線計算獲得：

步驟(6.1a)，從分布式控制系統中采集一定時間段的汽油穩定塔過程歷史數據確定；

需要采集的穩定塔過程參數有：

1)T_TOP：塔頂穹室液相溫度，℃；

2)P_TOP：塔頂穹室氣相壓力，MPa；

3)如果配置了在線分析儀，再增加液化氣C5+含量AI_C5數據；

如沒有配置在線分析儀，則從裝置化驗數據庫中，再歸集相應時間段的液化氣C5+含量化驗數據及其采樣時刻數據；

步驟(6.2a)，將上述過程歷時數據，導入Excel表格中；

對于每一過程參數，該選定時間段的數據，表示為一數組，T_TOP,j，j＝1,2,…,n，這里n等于選定時間段數據樣本數；

步驟(6.4a)，在上述過程歷時數據和化驗值或在線分析儀數據的Excel表格中，首先對各過程參數數據進行平滑濾波運算：

(Z)_j+1＝(1-F_L)*(Z)_j+F_L*(Z)_j+1，j＝1,2,…,n

其中：

(Z)代表T_TOP、P_TOP及分析儀數據AI_C5

F_L為平滑濾波系數，其值為0.70～0.85

然后在在Excel表格中，采用濾波以后的過程參數數據，計算出數組列：

步驟(6.5a)，采用下述兩種方法之一，確定軟測量模型系數；

步驟(6.5.1a)，參照儀表工程的刻度計算方法，計算軟測量模型系數；

考慮化驗數據的采樣時刻、數值誤差，為提高模型系數的計算精度，A_1.C5采用三次計算求均值的方法；而A_0,C5是軟測量的零位，離線計算時求出一個初步值即可；

采用曲線展示觀察比較方法，分別：

i.挑選液化氣C5+含量化驗值最大的三個樣本值，從大到小表示為AI_C5,MAX1、AI_C5,MAX2、AI_C5,MAX3，該三個化驗樣本采樣時刻的X_C5,j分別表示為X_C5,MAX1、X_C5,MAX2、X_C5,MAX3；

ii.挑選液化氣C5+含量化驗值最小的三個樣本值，從大到小表示為AI_C5,MIN1、AI_C5,MIN2、AI_C5,MIN3，該三個化驗樣本采樣時刻的X_C5,j分別表示為X_C5,MIN1、X_C5,MIN2、X_C5,MIN3；

計算確定A_1.C5和A_0,C5的值：

A_0.C5＝AI_{C5,MIN 1}-A_1.C5*X_{C5,MIN 1}

步驟(6.5.2a)，以X_C5為輸入變量，以AI_C5為被檢測變量，采用PLS回歸獲得軟測量模型系數A_1.C5和A_0,C5；回歸結果需要核查：A_1.C5為正值，否則應當重新選取數據再次回歸；

步驟(7.a)，確定了模型系數后，液化氣C5+含量的在線實現，可采用上位機軟儀表軟件、上位機計算程序或采用DCS功能塊組態；

液化氣C5+含量軟儀表或計算程序通過OPC獲取DCS中汽油穩定塔塔頂溫度、塔頂壓力過程數據，計算完成后將液化氣C5+含量數據送入DCS顯示或為閉環控制所用；塔頂液化氣C5+含量化驗/分析儀數據，送入上位機中，通過校正模塊定期或實時校準液化氣C5+含量數值的零位；

所述穩定汽油雷氏蒸汽壓軟測量方法的步驟為：

步驟(1.b)，確定穩定汽油中C4組分中常沸點最高的純物質為表征穩定汽油雷氏蒸汽壓的關鍵組分純物質；

步驟(2.b)，確定汽油穩定塔塔釜內氣液分離界面處的液相溫度T_BTM氣相壓力P_BTM，工業過程儀表測量出的是攝氏溫度值(℃)和相對壓力值(MPa)；

如果DCS中沒有塔釜氣相壓力測量儀表數據，則確定汽油穩定塔塔頂氣相壓力測量儀表P_TOP，液化氣產出流量測量儀表F_LPG和塔頂回流流量測量儀表F_RE，后續步驟(6.3b)，給出汽油穩定塔塔釜壓力的計算方法；

步驟(3.b)，穩定汽油雷氏蒸汽壓關鍵組分純物質在塔釜內氣液分離界面處液相溫度T_BTM的對比溫度T_r,RVP,BTM按下式計算：

T_r,RVP,BTM＝(T_BTM+273.15)/T_c,RVP

其中：

T_c,RVP為穩定汽油雷氏蒸汽壓關鍵組分純物質的臨界溫度，

單位K

273.15為攝氏溫度0℃的絕對溫度值

步驟(4.b)，確定穩定汽油雷氏蒸汽壓關鍵組分純物質在塔釜氣液分離處液相溫度下飽和蒸汽壓；

采用不同方法，計算出來的飽和蒸汽壓有壓力值或對比壓力值；蒸汽壓壓力值和對比壓力值可通過簡單線性計算轉換，為后續模型算法表述方便，該飽和蒸汽壓，不再區分壓力值和對比壓力值；

穩定汽油雷氏蒸汽壓關鍵組分在塔釜氣液分離界面處液相溫度的飽和蒸汽壓表示為P_VP,RVP,BTM；

步驟(5.b)，確定穩定汽油雷氏蒸汽壓軟測量模型：

其中：

RVP_STAB為穩定汽油雷氏蒸汽壓，單位kPa

A_0,RVP、A_1,RVP為模型系數

0.101325為絕對壓力和相對壓力的差值，單位MPa

步驟(6.b)，軟測量模型系數按以下步驟離線計算獲得：

步驟(6.1b)，從分布式控制系統中采集一定時間段的汽油穩定塔過程歷史數據；

需要采集的穩定塔過程參數有：

1)T_BTM：塔釜液相溫度，℃；

2)P_BTM：塔釜氣相壓力，MPa；

3)如塔釜氣相壓力沒有測量儀表DCS數據顯示，則采集塔頂氣相壓力(MPa)，液化氣產出流量F_LPG和塔頂回流流量F_RE，其中兩個流量數據，單位一致、且軟測量在線實施時不變即可；

4)如配置了在線分析儀，則再增加穩定汽油蒸汽壓AI_RVP數據；

如沒有配置在線分析儀，則從裝置化驗數據庫中，再歸集相應時間段的穩定汽油蒸汽壓化驗數據及其采樣時刻數據；

步驟(6.2b)，將上述過程歷時數據，導入Excel表格中；

對于每一過程參數，該選定時間段的數據，表示為一數組，T_BTM,j，j＝1,2,…,n，這里n等于選定時間段數據樣本數；

步驟(6.3b)，如果采集到了塔釜氣相壓力數據，則跳轉到步驟(6.4b)；該分步驟，采用以下算法計算汽油穩定塔塔釜壓力：

首先計算穩定塔壓降估算系數A_DP：

其中：

A_DP為常數，采用均值計算結果，不考慮單位；

P_BTM,0為常數，其值等于從操作經驗或就地指示壓力表獲得的塔釜壓力均值；

然后計算得出塔釜壓力值數組

P_BTM,j＝P_TOP,j+A_DP*(F_LPG,j+F_RE,j)

步驟(6.4b)，在上述過程歷時數據和化驗值或在線分析儀數據的Excel表格中，首先對各過程參數數據進行平滑濾波運算：

(Z)_j+1＝(1-F_L)*(Z)_j+F_L*(Z)_j+1，j＝1,2,…,n

其中：

(Z)代表T_BTM、P_BTM及分析儀數據

F_L為平滑濾波系數：對于實測溫度、壓力和在線分析儀數據，

F_L＝0.70～0.85；

對于計算得出的塔釜壓力數據，F_L＝0.85～0.97；

然后在在Excel表格中，采用濾波以后的過程參數數據，計算出數組列：

步驟(6.5b)，采用下述兩種方法之一，確定軟測量模型系數；

步驟(6.5.1b)，參照儀表工程的刻度計算方法，計算軟測量模型系數；

考慮化驗數據的采樣時刻、數值誤差，為提高模型系數的計算精度，A_1,RVP采用三次計算求均值的方法；而A_0,RVP是軟測量的零位，離線計算時求出一個初步值即可；

采用曲線展示觀察比較方法，分別：

i.挑選穩定汽油蒸汽壓化驗值最大的三個樣本值，從大到小表示為AI_RVP,MAX1、AI_RVP,MAX2、AI_RVP,MAX3，該三個化驗樣本采樣時刻的X_RVP,j分別表示為X_RVP,MAX1、X_RVP,MAX2、X_RVP,MAX3；

ii.挑選穩定汽油蒸汽壓化驗值最小的三個樣本值，從大到小表示為AI_RVP,MIN1、AI_RVP,MIN2、AI_RVP,MIN3，該三個化驗樣本采樣時刻的X_RVP,j分別表示為X_RVP,MIN1、X_RVP,MIN2、X_RVP,MIN3；

計算確定A_1,RVP和A_0,RVP的值：

A_0.RVP＝AI_{RVP,MIN 1}-A_1.RVP*X_{RVP,MIN 1}

步驟(6.5.2b)，以X_RVP為輸入變量，以AI_RVP為被檢測變量，采用PLS回歸獲得軟測量模型系數；回歸結果需要核查：A_1.RVP為正值；否則應當重新選取數據再次回歸；

當DCS沒有塔釜壓力實測數據時，也可改變步驟(5.b)給出的穩定汽油雷氏蒸汽壓軟測量模型的型式，并采用PLS回歸法求取模型系數；

步驟(7.b)，確定了模型系數后，穩定汽油雷氏蒸汽壓軟測量的在線實現，可采用上位機軟儀表軟件、上位機計算程序或采用DCS功能塊組態；

穩定汽油雷氏蒸汽壓軟儀表或計算程序通過OPC獲取DCS中汽油穩定塔的塔底溫度、塔釜壓力過程數據，計算完成后將穩定汽油雷氏蒸汽壓數據送入DCS顯示或為閉環控制所用；穩定汽油雷氏蒸汽壓化驗/分析儀數據，送入上位機中，通過校正模塊定期或實時校準穩定汽油雷氏蒸汽壓數值的零位。