[发明专利]一种用于空分液化装置的变负荷控制和优化方法

说明书

一种用于空分液化装置的变负荷控制和优化方法，包括以下步骤：1)根据空分装置现场流程建立流程模型；2)用空分装置的现场工况确定流程模型中各个设备的参数；3)以SW超结构建模方法建立等价换热网络替换多股流换热器模型；4)基于设备操作柔性和装置生产工况建立经济最优化命题；5)列写空分装置关键操作变量相关的边界条件；6)将空分装置模拟数据作为样本集，以CAD方法建立关键操作变量的代理模型；7)求解最优化命题。本发明提供一种用于空分装置的变负荷控制和优化方法，实现过程简单，操作方便，具有更好的经济价值。

技术领域

本发明涉及化工流程的模拟与操作优化。特别地，涉及一种用于确定空分装置变负荷操作点的控制方法

背景技术

空分装置通过低温液化等技术，分离生产空气中的氧气、氮气、氦气，在石油、冶金等多个领域中广泛应用。在实际生产中，空分设备需要通过变负荷操作满足用户周期性、间歇性和阶段性变化的气体需求。如何在保证产品合格的前提下，快速搜索满足负荷操作控制柔性要求和最优经济化的操作点是空分研究的重要问题。

空分装置耦合性强，操作变量可行域小。流程的可操作空间实际上是由操作条件所构成的多维空间，控制器的任务则是在搜索空间中寻找足够应对扰动的解集合。传统建模方法是确定空分装置的操作参数，以准确描述装置性能。但对于变负荷空分过程而言，建立的机理模型变量多，其中空分关键设备多股流换热器的建模较为复杂，在操作变量改变时求解困难。因此，准确描述空分过程，并建立易于求解的模型，进而对空分变负荷过程进行控制优化具有重要的意义。

发明内容

为了克服已有技术空分装置变负荷过程控制困难、易造成多余的管网气体放散、造成能耗浪费的状况的不足，本发明提供一种用于空分装置的变负荷控制和优化方法，实现过程简单，操作方便，具有更好的经济价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于空分液化装置的变负荷控制和优化方法，包括以下步骤：

1)根据空分装置现场流程建立流程模型；

2)用空分装置的现场工况确定流程模型中各个设备的参数；

3)以SW超结构建模方法建立等价换热网络替换多股流换热器模型；

4)基于设备操作柔性和装置生产工况建立经济最优化命题；

5)列写空分装置关键操作变量相关的边界条件；

6)将空分装置模拟数据作为样本集，以CAD方法建立关键操作变量的代理模型；

7)求解最优化命题。

进一步，所述步骤2)中，找到稳态的空分工况点来进行设备参数估算。

再进一步，所述步骤3)中，根据空分过程拟合的多股流换热器参数和计算结果建立其SW超结构等价换热网络模型，将多股流换热器按冷热流股的进出口位置拆分成数个内部无进出料的级，单独讨论其中的物料状态，每一级都能拆分成由多个换热节点组成的换热网络，其中每一个节点都是单股热物流和单股冷物流换热，据此可以将多股流换热器拆分成数个双流换热器组成的换热网络，避免分析多股流换热器的机理模型，只需单独估算这些换热器的换热面积。

更进一步，所述步骤4)中，引入柔性来确定变量的操作边界。

对于任意过程，存在等式约束h和不等式约束g：

其中d、z、θ和x分别为表征设备属性参数、控制变量、操作变量和状态变量，此时，等式约束h(d，z，θ，x)表示为x＝x(d，z，θ)，则模型满足g(d，z，θ，x(d，z，θ))＝f(d，z，θ)≤0；

存在J条不等式约束f(d，z，θ)，检验操作柔性的问题表示为