[发明专利]一种针对产品浓度曲线的内部热耦合空分塔在线观测器

摘要

本发明公开了一种针对产品浓度曲线的内部热耦合空分塔在线观测器，包括与内部热耦合空分塔直接连接的智能仪表和DCS系统。所述DCS系统包括上位机观测器、控制站、存储装置、现场总线和数据接口，存储装置、控制站及上位机观测器通过现场总线与数据接口相连接。所述智能仪表通过温度检测元件、压力检测元件、流量检测元件测量相关参数，并与数据接口连接。所述上位机观测器实现在线观测功能，预测未来时刻内部热耦合空分塔的状态，包括浓度曲线静态描述模块、浓度曲线动态描述模块、未来时刻内部热耦合空分塔状态预测模块。本发明提供的在线观测器能够很好地处理内部热耦合空分塔的强非线性特性，在线运算速度快，同时针对产品浓度曲线特性，减少中间塔板累积误差，从而达到高效而准确的动态观测效果。

主权项

1.一种针对产品浓度曲线的内部热耦合空分塔在线观测器，包括与内部热耦合空分塔直接连接的智能仪表和DCS系统；所述DCS系统包括上位机观测器、控制站、存储装置、现场总线和数据接口，存储装置、控制站及上位机观测器通过现场总线与数据接口相连接；所述智能仪表通过温度检测元件、压力检测元件、流量检测元件测量相关参数，并与数据接口连接；其特征在于：所述上位机观测器实现在线观测功能，用以预测内部热耦合空分塔未来时刻的浓度分布，由浓度曲线静态描述模块、浓度曲线动态描述模块、未来时刻内部热耦合空分塔状态预测模块构成；其中：/n1)浓度曲线静态描述模块，通过智能仪表中的温度检测元件采集温度信息以及压力检测元件采集压强数据，采集到的数据通过数据接口进行电信号转换，并通过现场总线将检测信号输送到所述浓度曲线静态描述模块，用以推断出各塔板浓度分布曲线的静态描述函数如下：/n /n /n其中，为t采样时刻第j块塔板的液相i组分预测浓度，S_i,h(t)、S_i,l(t)分别为t采样时刻内部热耦合空分塔高压塔、低压塔浓度曲线的表征位置，X_{i,h_min}表示高压塔i组分浓度曲线的最小浓度值，X_{i,h_max}表示高压塔i组分浓度曲线的最大浓度值，γ_i,h表示高压塔i组分浓度曲线表征位置处的斜率，X_{i,l_min}表示低压塔i组分浓度曲线的最小浓度值，X_{i,l_max}表示低压塔i组分浓度曲线的最大浓度值，γ_i,l表示低压塔i组分浓度曲线表征位置处的斜率，N为总塔板数；/n2)浓度曲线动态描述模块，通过智能仪表中的温度检测元件采集温度信息、压力检测元件采集压强信息、流量检测元件采集气液相流率信息，采集到的数据通过数据接口进行电信号转换，并通过现场总线将检测信号输送到所述浓度曲线动态描述模块，再根据浓度曲线静态描述模块所获得的各塔板当前浓度信息，推断各塔板浓度分布曲线的在未来时刻的变化趋势，该模块包括以下两部分：/n2.1)浓度曲线动态描述函数所需的参数估计，由以下公式实现：/ny_i,j(t)＝k_i,jx_i,j(t) (3)/n /n /nQ_j(t)＝U_ovAΔT_j(t) (6)/n /n /n其中，y_i,j(t)为t采样时刻第j块塔板的气相i组分浓度，x_i,j(t)为t采样时刻第j块塔板的液相i组分浓度，Q_j(t)为t采样时刻第j块塔板的传热量，U_ovA为传热系数，ΔT_j(t)为t采样时刻第j组塔板间温差，λ为汽化潜热，L_j(t)为t采样时刻第j块塔板的液相流量，F_j(t)为t采样时刻的进料流量，V_j(t)为t采样时刻第j块塔板的气相流量，U_j(t)为t采样时刻第j块塔板的液相采出流量，G_j(t)为t采样时刻第j块塔板的气相采出流量，q_j(t)为t采样时刻的进料热状况；k_i,j为第j块塔板i组分的气液平衡系数，可以由Peng-Robinson状态方程计算而来，最终的计算公式如下：/n /n其中每层塔板上的气液两相的逸度系数均可以由下式计算：/n /n混合物a和b的混合规则为：/n /n /n /n /n /n其中P是压强，T是温度，v是摩尔体积，R是气体常数，取8.3145，x_i为混合物中i组分浓度，为i₁组分浓度，为i₂组分浓度，a_i是i组分的引力参数，是i₁和i₂两种组分间的引力参数，a是所有组分分子间引力参数的加权和，b_i是i组分的范德华体积，b为所有组分范德华体积的加权和，A为由(13)式定义的系数，B为由(14)式定义的系数，Z为压缩因子；/n2.2)浓度曲线动态描述，用以下公式表示：/n /n /n其中，分别为t采样时刻高压塔和低压塔浓度曲线表征位置的移动速度，H为持液量，z_i,j(t)为t采样时刻第j块塔板进料的i组分浓度；/n3)未来时刻内部热耦合空分塔状态预测模块，用以根据当前时刻的参数信息预测未来时刻的浓度分布，可由以下公式实现：/n /n /n /n /n其中，T_s为采样周期，S_i,h(t+1)、S_i,l(t+1)分别为t+1采样时刻内部热耦合空分塔高压塔、低压塔浓度曲线的表征位置，为t+1采样时刻第j块塔板的液相i组分浓度的预测值；/n4)所述的上位机观测器还用于设定采样周期，显示观测器输出的未来时刻浓度预测值和当前时刻浓度测量值，并将以上值通过现场总线传给DCS的控制站和存储装置，方便操作人员进行生产质量控制，提高生产控制品质。/n