第4期中氮肥2010年7月M-Sized Nitrogenous Fertilizer Progressl.2010在線數(shù)據(jù)校正在甲醇工廠的應(yīng)用潘兆鴻',趙霞2,朱建寧,孫和芳,劉寶衛(wèi)2(1.上海交大工業(yè)自動(dòng)化工程研究中心,上海200233;2.上海交通大學(xué),上海200233;3.上海焦化有限公司,上海200241)[摘要]包括甲醇在內(nèi)的任何化工裝置,無(wú)論總流率還是組分流率的測(cè)量數(shù)據(jù)都是不平衡的。過(guò)程測(cè)量數(shù)據(jù)的不平衡性嚴(yán)重影響了核算、監(jiān)控和優(yōu)化的效果?；贛ES的數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成功并已在甲醇工廠投入在線運(yùn)行。由于大多數(shù)組分?jǐn)?shù)據(jù)由實(shí)驗(yàn)室提供,因此設(shè)計(jì)了1套同步在線校正流率數(shù)據(jù)和組分?jǐn)?shù)據(jù)的架構(gòu)[關(guān)鍵詞]生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng);數(shù)據(jù)校正;甲醇廠;過(guò)失誤差甄別;數(shù)據(jù)同步[中圖分類(lèi)號(hào)]TP274[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1004-9932(2010)04-0004-04Online Application of Data Reconciliationin a Methanol PlantPAN Zhaohong, ZHAO Xia, ZHU Jianning,, SUN Hefang,, LIU Baowe(l. Shanghai Jiao Da industrial Automation Engineering Research Center, Shanghai 200233, China2. Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200233, China3. Shanghai Coking Co, Ld, Shanghai 200241, China)Abstract In any chemical plant, including methanol plant, neither the overall flow balance nor thcomponent flow balances are generally satisfied by the measurements. The unbalanced process data measuredsignificantly affect the performance and profit gained from accounting, monitoring and control, procesoptimization. A set of data reconciliation system based on MES is been developeeput into onlineapplication in a methanol plant. Since most of the composition data are obtained froma structure to correct online data flow and composition, synchronistically.Key Words: manufacturing execution system MES )i data reconciliation; methanol plant; gross errordetection; data synchronization1數(shù)據(jù)校正技術(shù)的由來(lái)出發(fā),由某種算法得到的校正值則完全滿足了平衡的要求。無(wú)論單個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)如何精確,由于有測(cè)量誤差的存在和系統(tǒng)波動(dòng)的原因,過(guò)程測(cè)量數(shù)據(jù)都是不平衡的。以如圖1簡(jiǎn)單過(guò)程為例,各流股的流率數(shù)據(jù)見(jiàn)表1,其中6個(gè)流股(數(shù)字表示該流股的流率數(shù)據(jù))的測(cè)量值應(yīng)當(dāng)滿足如下4個(gè)關(guān)系圖1簡(jiǎn)單過(guò)程式:1=2+3,2=4,3=5,4+5=6。然而,表表1過(guò)程數(shù)據(jù)中測(cè)量值并不滿足其中任一關(guān)系式,而從測(cè)量值測(cè)量值校正值101.91[收稿日期】2009-1129中國(guó)煤化工基金項(xiàng)目]科技部863計(jì)劃資助項(xiàng)目,2006AA04Z171CNMHG[作者簡(jiǎn)介]潘兆鴻(1945-),男,上海市人,教授級(jí)高級(jí)工35.72程師。第4期潘兆鴻等:在線數(shù)據(jù)校正在甲醇工廠的應(yīng)用對(duì)于化工過(guò)程,除了滿足物理過(guò)程的流率平對(duì)線性約束問(wèn)題,常用的過(guò)失誤差檢測(cè)與甄衡外,還要考慮基于元素守恒的組分平衡。測(cè)量別方法有整體檢驗(yàn)法(CT)、測(cè)量數(shù)據(jù)檢驗(yàn)法值不能精確地符合化工過(guò)程的一些內(nèi)在的物理化(MT)、主元分析法(PCA)和廣義似然比法學(xué)規(guī)律,如物料平衡和熱量平衡關(guān)系,化學(xué)反應(yīng)(GLR)等。迄今為止,還沒(méi)有一種方法能夠確計(jì)量關(guān)系等,這種現(xiàn)象稱(chēng)之為過(guò)程測(cè)量數(shù)據(jù)的不保甄別出所有的過(guò)失誤差。為了能甄別出所有的平衡性或不協(xié)調(diào)性( irreconcilability)。產(chǎn)生不協(xié)過(guò)失誤差,我們采用 MT-GLR聯(lián)合檢驗(yàn)法。該法調(diào)的原因是測(cè)量誤差,測(cè)量誤差分為隨機(jī)誤差和通過(guò)MT法和CIR法聯(lián)合確定所有過(guò)失誤差的過(guò)失誤差兩類(lèi),任何測(cè)量都有隨機(jī)誤差,過(guò)失誤集合,每次用GLR檢驗(yàn)識(shí)別出1個(gè)過(guò)失誤差后,差通常是由測(cè)量?jī)x表失靈、操作不穩(wěn)定和系統(tǒng)泄用其估計(jì)值對(duì)約束殘差或測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償,然后漏引起的。不協(xié)調(diào)的過(guò)程數(shù)據(jù)給化工生產(chǎn)的核采用補(bǔ)償后的約束殘差或測(cè)量值來(lái)識(shí)別其他的過(guò)算、監(jiān)控、優(yōu)化和其他經(jīng)營(yíng)活動(dòng)帶來(lái)困難。20失誤差,直到?jīng)]有新的過(guò)失誤差被識(shí)別出來(lái)世紀(jì)90年代以來(lái),隨著DCS和MES技術(shù)的發(fā)為止。展,過(guò)程數(shù)據(jù)校正已成為過(guò)程工業(yè)(石化、化23兩步法的數(shù)據(jù)校正過(guò)程工、冶金等)探索的一個(gè)重要領(lǐng)域?qū)τ谝粋€(gè)流程結(jié)構(gòu),建立(1)、(2)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)校正模型簡(jiǎn)介校正模型后,將變量分為測(cè)量變量(x)和待估變量(U),用投影矩陣法消去待估量的系數(shù)矩2.Ⅰ只含有隨杋誤差的數(shù)據(jù)校正模型陣B,將模型(1)、(2)轉(zhuǎn)換成如下形式:假定工藝過(guò)程的測(cè)量點(diǎn)是冗余的,過(guò)程處于min (x-x)Q(x-x穩(wěn)態(tài),所有測(cè)量數(shù)據(jù)只含隨機(jī)誤差且服從正態(tài)分(4)布,則線性約束的數(shù)據(jù)校正的數(shù)學(xué)模型為這是一個(gè)只含測(cè)量變量的約束最小問(wèn)題。第min (x-x)Q(x-x(1)一步對(duì)(3)、(4)進(jìn)行過(guò)失誤差甄別和數(shù)據(jù)校Ax+BU+C=0(2)正,得到校正后的測(cè)量數(shù)據(jù);第二步對(duì)待估量進(jìn)其中x、、U分別是測(cè)量值、校正值和待估值行估算,完成整個(gè)數(shù)據(jù)校正過(guò)程。向量,Q是測(cè)量值的方差-協(xié)方差矩陣,它的對(duì)角線元素是a2,o是該測(cè)量值的均方差,A3甲醇工廠數(shù)據(jù)校正的實(shí)例B、C是系數(shù)矩陣。這是一個(gè)約束最小二乘優(yōu)化圖2為上海焦化有限公司部分甲醇-CO裝問(wèn)題,用通俗的語(yǔ)言來(lái)詮釋數(shù)學(xué)模型,就是要找置的數(shù)據(jù)校正節(jié)點(diǎn)流股圖。節(jié)點(diǎn)指單元工序或設(shè)出對(duì)應(yīng)于跟一個(gè)流程結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的所有測(cè)量值的校備,流股為進(jìn)出節(jié)點(diǎn)的物料。圖中有2套并列且正值和未測(cè)量值的估計(jì)值(一般有幾十至上百關(guān)聯(lián)的煤制甲醇-CO聯(lián)產(chǎn)裝置。加壓德士古水個(gè)),滿足該流程所定義的全部約束關(guān)系(物料煤漿氣化制得的德士古氣一部分進(jìn)變換爐(反平衡,反應(yīng)計(jì)量關(guān)系,一般也有幾十至上百應(yīng)器1和反應(yīng)器2)進(jìn)行變換反應(yīng)CO+H2O=個(gè)),并使校正值盡量靠近測(cè)量值,達(dá)到以1/2H2+CO2,出變換的變換氣去低溫甲醇冼(凈化為權(quán)重的(-x)的平方和最小。換言之,當(dāng)裝置1和凈化裝置2),脫除硫和大部分CO2的為了滿足所有約束平衡關(guān)系而變動(dòng)測(cè)量值得到校凈化氣去甲醇合成(1、2)制得粗甲醇。另一正值時(shí),測(cè)量精度較高的(σ小)變動(dòng)較少;部分德士古氣不經(jīng)變換,經(jīng)熱利用后分別去凈化測(cè)量精度較低的(σ1大)變動(dòng)較多。裝置(3、4),脫除硫和全部CO2后,經(jīng)冷箱2.2過(guò)失誤差的甄別(1、2)冷卻冷凝并精餾分離得到純CO產(chǎn)品化工過(guò)程由于某個(gè)或某幾個(gè)測(cè)量?jī)x表失靈,(流股13、18)供醋酸工廠。副產(chǎn)的富氫氣一股系統(tǒng)不穩(wěn)定或設(shè)備、管線泄漏等,有的測(cè)量值會(huì)(24)返回甲醇合成2;另一股(23)去變壓吸存在過(guò)失誤差,若不處理過(guò)失誤差就采用上述模附,V凵中國(guó)煤化工氣(7)去甲醇型,會(huì)將過(guò)失誤差分?jǐn)偟狡渌Ｕ瞪先?使結(jié)合成CNMHGCO 2H2果不可信,因此需要對(duì)過(guò)失誤差進(jìn)行甄別和CH2OH2O。V1V3、V4為凈化釋放氣,T、T2、T3為凈化回收6中氮第4期氣。圖2中的“分流器”和“混合器”是為數(shù)股考察CO、H2、CO23個(gè)組分,甲醇1、2流股據(jù)校正需要而增添的節(jié)點(diǎn),不過(guò)是管線的分合而考察CH1OH、H2O2個(gè)組分)、4個(gè)反應(yīng)器且有已。這是1個(gè)有19個(gè)節(jié)點(diǎn)、33個(gè)流股(氣體流多個(gè)交叉循環(huán)回路的工藝過(guò)程分離反應(yīng)器1凈化裝置匣合成沖化裝置3倔倉(cāng)器}7→德十占?xì)?流器分離器阻合器應(yīng)各2匣化裝置2甲醇合成衛(wèi)圖2部分甲醇-CO裝置數(shù)據(jù)校正節(jié)點(diǎn)流股圖根據(jù)2的理論和方法對(duì)甲醇廠數(shù)據(jù)校正任務(wù)續(xù)表2建立模型并部署到MES服務(wù)器和數(shù)據(jù)校正客戶測(cè)鬟值校正值端上,可以對(duì)任一時(shí)段的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行在線校451626427429.3正。表2為某輪班流率的測(cè)量值和校正值,表31156l10862.46為該輪班組分的測(cè)量值和校正值(體積分?jǐn)?shù))18166.11注“”數(shù)據(jù)表示檢測(cè)到有過(guò)失誤差。兩者的校51564.正值達(dá)成了流程中變換、凈化、冷箱、合成等所50032.2844261.17有節(jié)點(diǎn)的組分流率的全局平衡。4044339169.83表2流率測(cè)量值和校正值354226.1流股號(hào)測(cè)量值校正值456m80073457319,6111 111 18538283771.95262783.9424518.8336188.94199661.78510615512212.5甲醇1202333.4132577甲醇2170681.823788″19742.17表3組分測(cè)量值和校正值62427.29測(cè)量值校正值流股號(hào)659893623982.31,2,34,5,1l46.4617.3647.0717.4735.08l30206.956.550.143.1156.520.0143.0110067433.395365955274.238,9,22,259610.21089.554684039169.831020.8031.1547.6520.7332.2546.710.143.7856.510.0243.02286889284402.5中國(guó)煤化工90800.18l1097214,2CNMHG490 90.3455274556973.9130.4745.30451930.232.20°67.1832.723.7763.07第4期潘兆鴻等:在線數(shù)據(jù)校正在甲醇工廠的應(yīng)用續(xù)表3序,按一定的時(shí)間間隔(本案取1h)將指定的測(cè)量值校正值流股號(hào)組分?jǐn)?shù)據(jù)提取、打包、傳輸?shù)組ES實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)H, CoCO, H2中去。9.2200.079.260004.2.2組分?jǐn)?shù)據(jù)的缺損處理099.90當(dāng)由于某種原因需要的組分?jǐn)?shù)據(jù)未按約定時(shí)2029.843.376.7629452.4567.64間錄入或?qū)腙P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí),常駐程序?qū)⒃陂g隔16.90082.80223sy·20n28328673.061n期末自動(dòng)繼承前一時(shí)段該組分的數(shù)值,當(dāng)作缺損2.601.8691.252.682.3191.77值的替代值。8901101.9591381.n32.391.654.3在線數(shù)據(jù)校正的運(yùn)行5.353.41·74:254.830684.3.1數(shù)據(jù)校正軟件系統(tǒng)4.92L.0976.134.801.0674.01軟件常駐于服務(wù)器上。該服務(wù)器的關(guān)系數(shù)據(jù)注:甲醇1的甲醇質(zhì)敏分?jǐn)?shù)測(cè)值/校正值為%569%/庫(kù)存有模型程序、特性參數(shù)和各種常數(shù),工業(yè)裝98%,水為4.1%4.12%;甲醇2的甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)量值置發(fā)生結(jié)構(gòu)性變化后,可由專(zhuān)業(yè)人員作相應(yīng)的校正值為93.6%/93.90%,水為6.09%/6.10%。修改。4在線數(shù)據(jù)校正的實(shí)現(xiàn)4.3.2數(shù)據(jù)的加載在統(tǒng)計(jì)期末(可以是小時(shí)、輪班、天或月,4.1數(shù)據(jù)的獲取為實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)校正任務(wù),需要從運(yùn)行裝置我們?nèi)≥啺?,操作者在客戶端啟動(dòng)軟件后MES實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)該時(shí)段的流率數(shù)據(jù)和組分?jǐn)?shù)中實(shí)時(shí)地獲取2類(lèi)數(shù)據(jù)。圖3為甲醇工廠數(shù)據(jù)校正的數(shù)據(jù)流圖。據(jù)將被加載到軟件系統(tǒng)中去,操作者一般應(yīng)對(duì)加載數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)覽,以發(fā)現(xiàn)某些意外事件,例如某改校系C區(qū)主膜務(wù)《染分析數(shù)制題臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表停修,無(wú)數(shù)據(jù),某套DCS的OPC接數(shù)據(jù)校正口故障等,進(jìn)行相應(yīng)的處理。軾件系統(tǒng)自動(dòng)讀數(shù)程序MES4.3.3系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)陣啟動(dòng)軟件的計(jì)算引擎后,軟件開(kāi)始迭代尋數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu),當(dāng)二次迭代的目標(biāo)函數(shù)差值小于指定的允許偏差后,計(jì)算終止,輸出數(shù)據(jù)校正結(jié)果。輸出報(bào)人L修改{數(shù)=計(jì)1表將復(fù)制1份至MES主服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各D、組分分析實(shí)驗(yàn)室供統(tǒng)計(jì)報(bào)表、動(dòng)態(tài)成本和計(jì)劃優(yōu)化等后續(xù)用戶圖3甲醇工廠校正數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流調(diào)用。4.L.1流率數(shù)據(jù)5結(jié)語(yǔ)無(wú)論是質(zhì)量流率還是體積流率,經(jīng)各DCS和集成DCS的MES自動(dòng)地存入MES主服務(wù)器上七分技術(shù),十分管理,十二分?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),取數(shù)周期一般為幾秒至幾十秒。重要性對(duì)于流程工業(yè)是不言而喻的。數(shù)據(jù)讓人充4.1.2組分?jǐn)?shù)據(jù)實(shí),數(shù)據(jù)也會(huì)使人困惑。我們重視單個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)在線分析儀(如色譜儀)的數(shù)據(jù)跟流率數(shù)的準(zhǔn)確性,提高儀表精度,加強(qiáng)維護(hù)和校驗(yàn),改據(jù)采用同樣的傳輸方式?，F(xiàn)場(chǎng)采樣、實(shí)驗(yàn)室分析進(jìn)分析方法,加大采樣頻度,而往往忽略化工過(guò)的組分?jǐn)?shù)據(jù)一般由人工錄入(有的數(shù)字式自動(dòng)程數(shù)據(jù)的相關(guān)性,沒(méi)有從平衡的角度進(jìn)行校正分析儀也可以自動(dòng)導(dǎo)入)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。兩者不能相互替代,而是相輔相成,相得益4.2數(shù)據(jù)的同步彰的。4.2.1組分?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸中國(guó)煤化工技術(shù),無(wú)論理實(shí)驗(yàn)室人工錄入或?qū)氲慕M分?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)間上不論CNMHG有不少課題需完全確定,為了保持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)要解店定一脞晶仰,那么我們花力氣間上的同步,依靠常駐于分析數(shù)據(jù)服務(wù)器上的程改進(jìn)挖掘礦藏的工具應(yīng)當(dāng)是值得的第4期中氮肥2010年7月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressJuL.2010生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)異煤基甲醇裝置CO變換超溫原因及對(duì)策楊瑞丹,孫秀芳,代彩玲(河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司,河南濮陽(yáng)457000)[摘要]河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司甲醇裝置CO變換采用三段變換工藝,2008年投入運(yùn)行后,第一變換爐超溫嚴(yán)重,影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行,增加了消耗。通過(guò)分析造成超溫的原因,分步整改,最終使問(wèn)題得到了有效解決,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。[關(guān)鍵詞]CO變換;催化劑;超溫中圖分類(lèi)號(hào)]TQ22.12.1[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B[文章編號(hào)]1004-9932(2010)04-008-03Reason of Excessive Temperature in CO Converter of Coal BasedMethanol Plant and SolutionsYANG Ruidan, SuN Xiufang, DAI CailingZhongyuan Dahua Co, Ltd, Henan Coal and Chemical Group, Puyang 457000, China)Abstract: The Co shift in methanol plant of Zhongyuan Dahua Co, Ltd, Henan Coal and Chemical Groupadopts three-step process. The plant was put into operation in 2008, but the CO shift system had not beennormally running due to excessive temperature of No. I CO converter, that affected the operation of the plantand increased the consumption. By probing into the reason and taking comprehensive measures step by stepthe problem is effectively solved, obtaining the good economic benefitsKey Words: CO shift; catalyst; excessive temperature河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司的年產(chǎn)500年5月底建成投產(chǎn)。整套裝置自動(dòng)化程度高、能甲醇裝置的空分、氣化、合成氣凈化、甲醇耗低,試生產(chǎn)階段已經(jīng)達(dá)到裝置最大負(fù)荷,即達(dá)合成分別采用杭氧、Shel煤粉氣化、魯奇低到H產(chǎn)甲醇1000t。由于氣化裝置產(chǎn)氣量大,溫甲醇洗、丹麥托普索氣壓合成技術(shù),于2008煤氣CO和H2S含量高,凈化系統(tǒng)選用了三段CO耐硫變換工藝流程。[收稿日期]201001-251變換流程簡(jiǎn)述[作者簡(jiǎn)介]楊瑞丹(1980-),女河南濮陽(yáng)人,2004年7月畢業(yè)于鄭州大學(xué)化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè),助理工程師如圖1,從 Shell煤氣化裝置來(lái)的原料煤氣[3] Narasimhan S, Jordache C. Data reconciliation grose error[參考文獻(xiàn)]detection[M]. Houston: Gulf Publishing Company, 2000:l78-190,241-244[1] Narasimhan S, Mah R S H. 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