[發明專利]一種針對產品濃度曲線的內部熱耦合空分塔在線觀測器

有效

• 申請號: 201711117068.8
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107885081B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 劉興高;王之宇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 33200 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 邱啟旺<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種針對產品濃度曲線的內部熱耦合空分塔在線觀測器，包括與內部熱耦合空分塔直接連接的智能儀表和DCS系統；所述DCS系統包括上位機觀測器、控制站、存儲裝置、現場總線和數據接口，存儲裝置、控制站及上位機觀測器通過現場總線與數據接口相連接；所述智能儀表通過溫度檢測元件、壓力檢測元件、流量檢測元件測量相關參數，并與數據接口連接；其特征在于：所述上位機觀測器實現在線觀測功能，用以預測內部熱耦合空分塔未來時刻的濃度分布，由濃度曲線靜態描述模塊、濃度曲線動態描述模塊、未來時刻內部熱耦合空分塔狀態預測模塊構成；其中：

1)濃度曲線靜態描述模塊，通過智能儀表中的溫度檢測元件采集溫度信息以及壓力檢測元件采集壓強數據，采集到的數據通過數據接口進行電信號轉換，并通過現場總線將檢測信號輸送到所述濃度曲線靜態描述模塊，用以推斷出各塔板濃度分布曲線的靜態描述函數如下：

其中，為t采樣時刻第j塊塔板的液相i組分預測濃度，S_i,h(t)、S_i,l(t)分別為t采樣時刻內部熱耦合空分塔高壓塔、低壓塔濃度曲線的表征位置，X_{i,h_min}表示高壓塔i組分濃度曲線的最小濃度值，X_{i,h_max}表示高壓塔i組分濃度曲線的最大濃度值，γ_i,h表示高壓塔i組分濃度曲線表征位置處的斜率，X_{i,l_min}表示低壓塔i組分濃度曲線的最小濃度值，X_{i,l_max}表示低壓塔i組分濃度曲線的最大濃度值，γ_i,l表示低壓塔i組分濃度曲線表征位置處的斜率，N為總塔板數；

2)濃度曲線動態描述模塊，通過智能儀表中的溫度檢測元件采集溫度信息、壓力檢測元件采集壓強信息、流量檢測元件采集氣液相流率信息，采集到的數據通過數據接口進行電信號轉換，并通過現場總線將檢測信號輸送到所述濃度曲線動態描述模塊，再根據濃度曲線靜態描述模塊所獲得的各塔板當前濃度信息，推斷各塔板濃度分布曲線的在未來時刻的變化趨勢，該模塊包括以下兩部分：

2.1)濃度曲線動態描述函數所需的參數估計，由以下公式實現：

y_i,j(t)＝k_i,jx_i,j(t) (3)

Q_j(t)＝U_ovAΔT_j(t) (6)

其中，y_i,j(t)為t采樣時刻第j塊塔板的氣相i組分濃度，x_i,j(t)為t采樣時刻第j塊塔板的液相i組分濃度，Q_j(t)為t采樣時刻第j塊塔板的傳熱量，U_ovA為傳熱系數，ΔT_j(t)為t采樣時刻第j組塔板間溫差，λ為汽化潛熱，L_j(t)為t采樣時刻第j塊塔板的液相流量，F_j(t)為t采樣時刻的進料流量，V_j(t)為t采樣時刻第j塊塔板的氣相流量，U_j(t)為t采樣時刻第j塊塔板的液相采出流量，G_j(t)為t采樣時刻第j塊塔板的氣相采出流量，q_j(t)為t采樣時刻的進料熱狀況；k_i,j為第j塊塔板i組分的氣液平衡系數，可以由Peng-Robinson狀態方程計算而來，最終的計算公式如下：

其中每層塔板上的氣液兩相的逸度系數均可以由下式計算：

混合物a和b的混合規則為：

其中P是壓強，T是溫度，v是摩爾體積，R是氣體常數，取8.3145，x_i為混合物中i組分濃度，為i₁組分濃度，為i₂組分濃度，a_i是i組分的引力參數，是i₁和i₂兩種組分間的引力參數，a是所有組分分子間引力參數的加權和，b_i是i組分的范德華體積，b為所有組分范德華體積的加權和，A為由(13)式定義的系數，B為由(14)式定義的系數，Z為壓縮因子；

2.2)濃度曲線動態描述，用以下公式表示：

其中，分別為t采樣時刻高壓塔和低壓塔濃度曲線表征位置的移動速度，H為持液量，z_i,j(t)為t采樣時刻第j塊塔板進料的i組分濃度；

3)未來時刻內部熱耦合空分塔狀態預測模塊，用以根據當前時刻的參數信息預測未來時刻的濃度分布，可由以下公式實現：

其中，T_s為采樣周期，S_i,h(t+1)、S_i,l(t+1)分別為t+1采樣時刻內部熱耦合空分塔高壓塔、低壓塔濃度曲線的表征位置，為t+1采樣時刻第j塊塔板的液相i組分濃度的預測值；

4)所述的上位機觀測器還用于設定采樣周期，顯示觀測器輸出的未來時刻濃度預測值和當前時刻濃度測量值，并將以上值通過現場總線傳給DCS的控制站和存儲裝置，方便操作人員進行生產質量控制，提高生產控制品質。