[发明专利]一种空分节能过程温度分布的非线性观测系统及方法

摘要

一种空分节能过程温度分布的非线性观测系统，包括与空分塔直接连接的现场智能仪表和DCS系统，所述DCS系统中包括存储装置、控制站和上位机，所述现场智能仪表与存储装置、控制站和上位机相连，所述的上位机包括用以预测空分塔将来时刻的温度分布的观测器，所述的观测器包括检测模块、温度分布函数拟合模块、将来时刻空分塔温度预测模块和温度预测误差补偿模块。本发明也提供了一种空分节能过程温度分布的非线性动态观测方法。本发明能够有效快速的在线预测空分节能过程的温度状态变化，准确地反应空分节能过程的强非线性性，耦合性等复杂非线性动态特性。

主权项

1.一种空分节能过程温度分布的非线性观测系统，包括与空分塔直接连接的现场智能仪表和DCS系统，所述DCS系统包括存储装置、控制站和上位机，所述现场智能仪表与存储装置、控制站和上位机相连，其特征在于：所述上位机包括用以预测空分塔将来时刻的温度分布的观测器，所述观测器包括：温度分布函数拟合模块，用以采用历史数据库中的各块塔板温度T_i拟合温度分布函数，并将拟合参数存储到历史数据库当中，通过式(1)(2)得到：T^i=Tmin,r+Tmax,r-Tmin,r1+e-kr(i-Sr)]]>i＝1，2，……，f-1    (1)T^i=Tmin,s+Tmax,s-Tmin,s1+e-ks(i-Ss)]]>i＝f，f+1，……，n    (2)其中，i为塔板编号，f为进料板编号，n为上塔塔底编号，为第i块塔板处预估温度，T_min，r、T_max，r、k_r、T_min，s、T_max，s、k_s为拟合参数，S_r、S_s分别为空分塔下塔、上塔液相温度分布曲线的位置；将来时刻空分塔温度预测模块，用以根据当前温度数据以及温度分布函数预测将来时刻的温度分布，该模块包括以下过程：①当前时刻温度分布曲线位置变化速度计算，通过式(3)-(9)得到：Xi,N=P×αN×10(Ti+cNbN-aN)-1αN-1---(3)]]>Xi,O=P×αO×10(Ti+cObO-aO)-1αO-1---(4)]]>y1,N(k)=αNx1,N(k)(αN-1)x1,N(k)+1---(5)]]>y1,O(k)=αOx1,O(k)(αO-1)x1,O(k)+1---(6)]]>yf,O(k)=αOxf,O(k)(αO-1)xf,O(k)+1---(7)]]>dSrdt(k)=[-V1y1,N(k)-Lnxn,N(k)+Σi=1nFi(k)xfi,N(k)](αN-1)(1+e-kr(i-sr))2M(xn,N(k)-x1,N(k))PαN(Tmax,r-Tmin,r)kre-kr(i-sr)Σi=1f-1ln10Ti+cN-aNbN---(8)]]>dSsdt(k)=[-Vfyf,O(k)-Lnxn,O(k)+Σi=1nFi(k)xfi,O(k)](αO-1)(1+e-ks(i-ss))2M(xn,O(k)-x1,O(k))PαO(Tmax,s-Tmin,s)kse-ks(i-ss)Σi=fnln10Ti+cO-aObO---(9)]]>其中，k为当前采样时刻，下角标i为塔板编号，1为下塔塔顶编号，n为上塔塔底编号，下角标N、O分别代表氮和氧，上角标f代表进料，X_i，N、X_i，O分别为空分塔中第i块塔板处氮、氧的液相组分浓度，P为空分塔压强，T_i为第i块塔板处的温度，α_N、α_O分别为氮和氧相对于氩的相对挥发度，a_N、b_N、c_N、a_O、b_O、c_O为安东尼常数，F_i(k)为k采样时刻第i块塔板进料流量，L_n为上塔塔底液相流率，V₁为下塔塔顶汽相流率，x_n，N(k)、x_n，O(k)分别为k采样时刻上塔塔底氮、氧的液相组分浓度，x_l，N(k)、x_l，O(k)分别为k采样时刻下塔塔顶氮、氧的液相组分浓度，y_f，O(k)分别为k采样时刻进料板氧汽相组分浓度，y_1，N(k)、y_1，O(k)分别为k采样时刻下塔塔顶氮、氧汽相组分浓度，x^f_i，N(k)，x^f_i，O(k)分别为第i块塔板的进料液氮组分浓度和进料液氧组分浓度，M为塔板持液量，分别为下塔、上塔温度分布位置变化速度；②下一时刻波形位置以及下一时刻温度分布，通过式(10)-(13)得到：Sr(k+1)=Sr(k)dSrdt(k)×δ---(10)]]>Ss(k+1)=Ss(k)dSsdt(k)×δ---(11)]]>T^i(k+1)=Tmin,r+Tmax,r-Tmin,r1+e-kr(i-Sr(k+1))]]>i＝1，2，……，f-1    (12)T^i(k+1)=Tmin,s+Tmax,s-Tmin,s1+e-ks(i-Ss(k+1))]]>i＝f，f+1，……，n    (13)其中，δ为采样周期，S_r(k)、S_s(k)分别为k采样时刻下塔、上塔温度分布曲线位置，S_r(k+1)、S_s(k+1)分别为k+1采样时刻下塔、上塔温度分布曲线位置，为k+1时刻下塔或上塔第i块塔板温度的预测值；温度预测误差补偿模块，用以从历史数据库中获取当前温度测量值，以及预测值，计算预测误差，修正温度预测值，通过式(14)(15)得到ri(k)=Ti(k)-T^i(k)]]>i＝1，2，……，n    (14)Xi%(k+1)=T^i(k+1)+ri(k)]]>i＝1，2，……，n    (15)其中，T_i(k)为k+1采样时刻第i块塔板的温度，r_i(k)为k采样时刻第i块塔板的温度预测误差，为k+1采样时刻第i块塔板的温度预测修正值。