[發明專利]一種基于能效評價的天然氣凈化控制方法及在線優化平臺

在審

• 申請號: 202011186402.7
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN114429258A
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 馬利敏;焦玉清;姬忠禮;劉元直;邱敏;周政;李彩紅;戴海林
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司中原油田分公司天然氣處理廠;中國石油大學（北京）
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q10/04;G06Q50/06;G06N3/04;G06N3/08;G06N3/12;G06N20/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 王凱迪

本發明涉及一種基于能效評價的天然氣凈化控制方法及在線優化平臺，包括如下步驟：采集當前原料天然氣參數，通過智能算法尋優得到所述原料天然氣參數條件下能效條件最優時所對應的天然氣凈化裝置關鍵操作參數；按照所述天然氣凈化裝置關鍵操作參數控制對應的天然氣凈化裝置；智能算法可以采用遺傳算法進行迭代尋優；能效條件最優包括三級評價標準，評價標準數值可以通過歷史數據對神經網絡模型訓練后預測得到。本發明方法能夠指導天然氣凈化裝置及公用工程設施的控制策略，降低天然氣凈化過程總的能耗物耗，降低生產成本。

技術領域

本發明涉及一種基于能效評價的天然氣凈化控制方法及在線優化平臺，屬于天然氣開采與凈化技術領域。

背景技術

天然氣作為優質清潔能源，在我國能源消費結構中的比重逐年穩步增加。天然氣凈化廠的凈化裝置用于將含有雜質的天然氣凈化處理為合格的天然氣并達到全過程排放達標。然而，天然氣凈化過程需消耗大量能源，尤其是高含硫天然氣的凈化過程，具有較大節能潛力。

天然氣凈化廠的用戶需求和來氣條件常發生變化，尤其在生產周期后期，凈化裝置的運行偏離設計工況。生產過程節能措施主要依據調度人員對天然氣凈化裝置負荷量、操作規范以及經驗來調節控制部分運行參數，無法精準控制并實現能源利用最大化，為了防止能量和物料供給不足造成產品氣不達標，采用過量供給方式進行生產，存在嚴重能源浪費問題。

目前現場對于凈化過程的能耗評價多采用粗放的宏觀能耗評價指標，如處理萬方原料氣的綜合能耗。但這種粗放式的長周期大跨度的能耗統計并不利于掌握天然氣凈化過程的凈化裝置運行狀況與用能水平，也難以定位用能薄弱環節。

除了缺乏精細化科學的能耗評價方式外。天然氣凈化過程能耗優化的難點還在于，凈化能耗不僅受原料氣流量、壓力與成分等因素影響，也與凈化裝置各單元及關鍵設備的運行狀況有關系，并且關鍵設備涉及的操作參數眾多且耦合關聯性強，對系統用能的影響呈嚴重非線性。原料氣參數及眾多設備關鍵操作參數與各個設備的能耗(例如電耗、燃料氣消耗)、物耗(例如氮氣、蒸汽或新鮮水消耗)之間的關系錯綜復雜，不同的凈化設備關鍵操作參數下，呈現出不同的凈化設備運行參數，不同設備的能耗物耗此消彼長，同時還影響單位時間原料天然氣處理量及凈化過程中的副產品硫磺的產量等。因此，常規的依賴操作人員經驗的控制手段或者基于粗放型能耗評價的反饋進行調節控制的方法很難達到全過程最優。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于能效評價的天然氣凈化控制方法及在線優化平臺，用以解決天然氣凈化全流程能耗高難以進一步優化的問題。

為實現上述目的，本發明的方案包括：

本發明的一種基于能效評價的天然氣凈化控制方法，包括如下步驟：

1)采集當前原料天然氣參數，通過智能算法B尋優得到所述原料天然氣參數條件下能效條件最優時所對應的天然氣凈化裝置關鍵操作參數；

所述能效條件包括，過程總能耗與對應原料天然氣處理量的比值、過程總能耗與對應產物經濟價值的比值、凈化裝置各工藝單元單位能耗之和、凈化裝置各設備單位能耗之和中的一個或多個；所述工藝單元單位能耗為該工藝單元的能耗與對應輸入原料流量或輸出產物流量的比值，所述設備單位能耗為該設備的能耗與對應處理物質的流量的比值；

2)按照所述天然氣凈化裝置關鍵操作參數控制對應的天然氣凈化裝置；

所述步驟1)中智能算法B尋優的過程包括：首先初始化種群，所述種群包括天然氣凈化裝置關鍵操作參數；然后計算種群適應度，所述適應度為能效條件，能效條件通過預測模型A計算；最后改變種群并多次迭代最終選取能效條件最優的種群所對應的天然氣凈化裝置關鍵操作參數作為尋優結果；

所述預測模型A為機器學習模型，是由原料天然氣參數、天然氣凈化裝置關鍵操作參數以及對應能效條件的歷史數據訓練得到。