[發明專利]一種原油蒸餾過程初餾塔沖塔故障預警方法

在審

• 申請號: 201910242422.2
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN109978059A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 陳夕松;遲慧;劉凱;梅彬;段佳
• 申請（專利權）人: 南京富島信息工程有限公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06Q10/06
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 劉暢;夏平

本發明公開了一種原油蒸餾過程初餾塔沖塔故障預警方法，該方法首先根據初餾塔的工作過程和傳感器分布情況，選擇與沖塔有關的變量；隨后選取當前若干天前的數據作為訓練集；再將訓練集進行包括平滑濾波和標準化在內的預處理并進行主成分分析，計算出SPE和T²控制限；最后，對待測數據計算出每一時刻的SPE和T²，綜合兩個指標進行預警。若兩個指標同時超過時限閾值，則發出故障預警。該方法針對初餾塔沖塔故障，每天自動更新模型，滾動建模，用綜合評價指標預警，能減少誤報，對于提前發現故障、降低損失具有重要應用價值。

技術領域

本發明涉及工業過程故障檢測，具體為一種基于數據驅動的面向原油蒸餾過程的初餾塔沖塔故障預警方法。

背景技術

原油蒸餾是煉化企業的關鍵環節，其典型工藝流程包括：初餾、常壓蒸餾和減壓蒸餾。初餾是原油蒸餾過程的首道工序，其穩定與否對后續加工影響很大。

沖塔是初餾過程中的常見故障，是指在蒸餾過程中氣相流量過大，液相直接被帶入上層塔盤的現象，會造成分餾效果變差或分餾被破壞，進而嚴重影響后續工藝流程的進行。原油含水量偏高、密度偏小、進油量過大等都可能導致沖塔故障。近年來，隨著我國進口的原油種類越來越多，原油性質難以把握，初餾塔沖塔故障時有發生。企業急需合適的方法對沖塔故障進行預警，從而及時操作補救，降低損失。

相較于基于機理模型等其它故障檢測方法，基于數據驅動的故障檢測方法近年來發展很快。但現有的方法往往將所有能測量到的變量全部加以分析，所以一般只能做到故障檢測，而難以實現故障的準確診斷。如果針對沖塔故障選擇有效變量進行分析，不僅能精確診斷故障，還能增加故障預警的準確性。

此外，主成分分析(PCA)作為一種數據分析方法，被廣泛應用于基于數據的故障檢測中，而這種方法只采用平方預測誤差SPE或者Hotelling's T²中的單一評價指標，易誤報，而誤報率高是企業最為頭疼的問題。

最后，現有的故障預警方法普遍是收集生產過程中的數據后，一次建模，持續預報，而采用一成不變的模型，極易誤報或者漏報。

發明內容

針對上述問題，本發明公開一種原油蒸餾過程初餾塔沖塔故障預警的方法，可針對初餾塔沖塔故障，進行滾動建模，并且采取綜合評價指標進行故障預警。

本方法具有以下步驟：

(1)分析初餾塔的工藝過程和傳感器分布情況，確定與沖塔故障相關的初始變量范圍；

(2)在初始變量范圍中進一步篩選：若變量為閉環控制系統的被控變量則予以剔除，同時選擇該閉環控制系統的操縱變量進入最終變量范圍；若變量開環不受控，則直接選擇進入最終變量范圍；

(3)針對每天得到的待測數據，選取前t₁天的數據作為訓練集；

(4)對訓練集進行預處理，包括平滑濾波和標準化；

(5)對預處理后的樣本進行主成分分析，算出平方預測誤差SPE的控制限和Hotelling's T²統計量的控制限；

(6)對待測數據進行預處理，計算出每一時刻的SPE和T²統計量，綜合兩個指標進行預警。

本方法中，在如下范圍內選擇變量：進料壓力、進料溫度、塔頂壓力、塔頂溫度、初頂冷回流量、初頂循回流量、初頂油氣后冷器出口溫度、初頂回流罐壓力和初頂回流罐液位。

本方法中，t₁的取值范圍為5～10天，且剔除已確認的故障數據。

優選的，平滑濾波算法使用Savitzky-Golay(S-G)卷積平滑算法。

本方法中，按照下式重組樣本矩陣X(d)，其中d為時間滯后因子：