在线数据校正在甲醇工厂的应用

第4期中氮肥2010年7月M-Sized Nitrogenous Fertilizer Progressl.2010在线数据校正在甲醇工厂的应用潘兆鸿',赵霞2,朱建宁,孙和芳,刘宝卫2(1.上海交大工业自动化工程研究中心,上海200233;2.上海交通大学,上海200233;3.上海焦化有限公司,上海200241)[摘要]包括甲醇在内的任何化工装置,无论总流率还是组分流率的测量数据都是不平衡的。过程测量数据的不平衡性严重影响了核算、监控和优化的效果。基于MES的数据校正系统开发成功并已在甲醇工厂投入在线运行。由于大多数组分数据由实验室提供,因此设计了1套同步在线校正流率数据和组分数据的架构[关键词]生产执行系统;数据校正;甲醇厂;过失误差甄别;数据同步[中图分类号]TP274[文献标识码]A[文章编号]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数据校正技术的由来出发,由某种算法得到的校正值则完全满足了平衡的要求。无论单个测量数据如何精确,由于有测量误差的存在和系统波动的原因,过程测量数据都是不平衡的。以如图1简单过程为例,各流股的流率数据见表1,其中6个流股(数字表示该流股的流率数据)的测量值应当满足如下4个关系图1简单过程式:1=2+3,2=4,3=5,4+5=6。然而,表表1过程数据中测量值并不满足其中任一关系式,而从测量值测量值校正值101.91[收稿日期】2009-1129中国煤化工基金项目]科技部863计划资助项目,2006AA04Z171CNMHG[作者简介]潘兆鸿(1945-),男,上海市人,教授级高级工35.72程师。第4期潘兆鸿等:在线数据校正在甲醇工厂的应用对于化工过程,除了满足物理过程的流率平对线性约束问题,常用的过失误差检测与甄衡外,还要考虑基于元素守恒的组分平衡。测量别方法有整体检验法(CT)、测量数据检验法值不能精确地符合化工过程的一些内在的物理化(MT)、主元分析法(PCA)和广义似然比法学规律,如物料平衡和热量平衡关系,化学反应(GLR)等。迄今为止,还没有一种方法能够确计量关系等,这种现象称之为过程测量数据的不保甄别出所有的过失误差。为了能甄别出所有的平衡性或不协调性( irreconcilability)。产生不协过失误差,我们采用 MT-GLR联合检验法。该法调的原因是测量误差,测量误差分为随机误差和通过MT法和CIR法联合确定所有过失误差的过失误差两类,任何测量都有随机误差,过失误集合,每次用GLR检验识别出1个过失误差后,差通常是由测量仪表失灵、操作不稳定和系统泄用其估计值对约束残差或测量值进行补偿,然后漏引起的。不协调的过程数据给化工生产的核采用补偿后的约束残差或测量值来识别其他的过算、监控、优化和其他经营活动带来困难。20失误差,直到没有新的过失误差被识别出来世纪90年代以来,随着DCS和MES技术的发为止。展,过程数据校正已成为过程工业(石化、化23两步法的数据校正过程工、冶金等)探索的一个重要领域对于一个流程结构,建立(1)、(2)数据数据校正模型简介校正模型后,将变量分为测量变量(x)和待估变量(U),用投影矩阵法消去待估量的系数矩2.Ⅰ只含有随杋误差的数据校正模型阵B,将模型(1)、(2)转换成如下形式:假定工艺过程的测量点是冗余的,过程处于min (x-x)Q(x-x稳态,所有测量数据只含随机误差且服从正态分(4)布,则线性约束的数据校正的数学模型为这是一个只含测量变量的约束最小问题。第min (x-x)Q(x-x(1)一步对(3)、(4)进行过失误差甄别和数据校Ax+BU+C=0(2)正,得到校正后的测量数据;第二步对待估量进其中x、、U分別是测量值、校正值和待估值行估算,完成整个数据校正过程。向量,Q是测量值的方差-协方差矩阵,它的对角线元素是a2,o是该测量值的均方差,A3甲醇工厂数据校正的实例B、C是系数矩阵。这是一个约束最小二乘优化图2为上海焦化有限公司部分甲醇-CO装问题,用通俗的语言来诠释数学模型,就是要找置的数据校正节点流股图。节点指单元工序或设出对应于跟一个流程结构关联的所有测量值的校备,流股为进出节点的物料。图中有2套并列且正值和未测量值的估计值(一般有几十至上百关联的煤制甲醇-CO联产装置。加压德士古水个),满足该流程所定义的全部约束关系(物料煤浆气化制得的德士古气一部分进变换炉(反平衡,反应计量关系,一般也有几十至上百应器1和反应器2)进行变换反应CO+H2O=个),并使校正值尽量靠近测量值,达到以1/2H2+CO2,出变换的变换气去低温甲醇冼(净化为权重的(-x)的平方和最小。换言之,当装置1和净化装置2),脱除硫和大部分CO2的为了满足所有约束平衡关系而变动测量值得到校净化气去甲醇合成(1、2)制得粗甲醇。另一正值时,测量精度较高的(σ小)变动较少;部分德士古气不经变换,经热利用后分别去净化测量精度较低的(σ1大)变动较多。装置(3、4),脱除硫和全部CO2后,经冷箱2.2过失误差的甄别(1、2)冷却冷凝并精馏分离得到纯CO产品化工过程由于某个或某几个测量仪表失灵,(流股13、18)供醋酸工厂。副产的富氢气一股系统不稳定或设备、管线泄漏等,有的测量值会(24)返回甲醇合成2;另一股(23)去变压吸存在过失误差,若不处理过失误差就采用上述模附,V凵中国煤化工气(7)去甲醇型,会将过失误差分摊到其他校正值上去,使结合成CNMHGCO 2H2果不可信,因此需要对过失误差进行甄别和CH2OH2O。V1V3、V4为净化释放气,T、T2、T3为净化回收6中氮第4期气。图2中的“分流器”和“混合器”是为数股考察CO、H2、CO23个组分,甲醇1、2流股据校正需要而增添的节点,不过是管线的分合而考察CH1OH、H2O2个组分)、4个反应器且有已。这是1个有19个节点、33个流股(气体流多个交叉循环回路的工艺过程分离反应器1净化装置匣合成冲化装置3倔仓器}7→德十占气-流器分离器阻合器应各2匣化装置2甲醇合成卫图2部分甲醇-CO装置数据校正节点流股图根据2的理论和方法对甲醇厂数据校正任务续表2建立模型并部署到MES服务器和数据校正客户测鬟值校正值端上,可以对任一时段的测量数据进行在线校451626427429.3正。表2为某轮班流率的测量值和校正值,表31156l10862.46为该轮班组分的测量值和校正值(体积分数)18166.11注“”数据表示检测到有过失误差。两者的校51564.正值达成了流程中变换、净化、冷箱、合成等所50032.2844261.17有节点的组分流率的全局平衡。4044339169.83表2流率测量值和校正值354226.1流股号测量值校正值456m80073457319,6111 111 18538283771.95262783.9424518.8336188.94199661.78510615512212.5甲醇1202333.4132577甲醇2170681.823788″19742.17表3组分测量值和校正值62427.29测量值校正值流股号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中国煤化工90800.18l1097214,2CNMHG490 90.3455274556973.9130.4745.30451930.232.20°67.1832.723.7763.07第4期潘兆鸿等:在线数据校正在甲醇工厂的应用续表3序,按一定的时间间隔(本案取1h)将指定的测量值校正值流股号组分数据提取、打包、传输到MES实时数据库H, CoCO, H2中去。9.2200.079.260004.2.2组分数据的缺损处理099.90当由于某种原因需要的组分数据未按约定时2029.843.376.7629452.4567.64间录入或导入关系数据库时,常驻程序将在间隔16.90082.80223sy·20n28328673.061n期末自动继承前一时段该组分的数值,当作缺损2.601.8691.252.682.3191.77值的替代值。8901101.9591381.n32.391.654.3在线数据校正的运行5.353.41·74:254.830684.3.1数据校正软件系统4.92L.0976.134.801.0674.01软件常驻于服务器上。该服务器的关系数据注:甲醇1的甲醇质敏分数测值/校正值为%569%/库存有模型程序、特性参数和各种常数,工业装98%,水为4.1%4.12%;甲醇2的甲醇质量分数测量值置发生结构性变化后,可由专业人员作相应的校正值为93.6%/93.90%,水为6.09%/6.10%。修改。4在线数据校正的实现4.3.2数据的加载在统计期末(可以是小时、轮班、天或月,4.1数据的获取为实现在线数据校正任务,需要从运行装置我们取轮班),操作者在客户端启动软件后MES实时数据库内该时段的流率数据和组分数中实时地获取2类数据。图3为甲醇工厂数据校正的数据流图。据将被加载到软件系统中去,操作者一般应对加载数据进行预览,以发现某些意外事件,例如某改校系C区主膜务《染分析数制题台现场仪表停修,无数据,某套DCS的OPC接数据校正口故障等,进行相应的处理。轼件系统自动读数程序MES4.3.3系统的运行实时数据阵启动软件的计算引擎后,软件开始迭代寻数据库数据库优,当二次迭代的目标函数差值小于指定的允许偏差后,计算终止,输出数据校正结果。输出报人L修改{数=计1表将复制1份至MES主服务器的实时数据库,产现场各D、组分分析实验室供统计报表、动态成本和计划优化等后续用户图3甲醇工厂校正数据的数据流调用。4.L.1流率数据5结语无论是质量流率还是体积流率,经各DCS和集成DCS的MES自动地存入MES主服务器上七分技术,十分管理,十二分数据。数据的的实时数据库,取数周期一般为几秒至几十秒。重要性对于流程工业是不言而喻的。数据让人充4.1.2组分数据实,数据也会使人困惑。我们重视单个测量数据在线分析仪(如色谱仪)的数据跟流率数的准确性,提高仪表精度,加强维护和校验,改据采用同样的传输方式。现场采样、实验室分析进分析方法,加大采样频度,而往往忽略化工过的组分数据一般由人工录入(有的数字式自动程数据的相关性,没有从平衡的角度进行校正分析仪也可以自动导入)关系数据库。两者不能相互替代,而是相辅相成,相得益4.2数据的同步彰的。4.2.1组分数据的传输中国煤化工技术,无论理实验室人工录入或导入的组分数据时间上不论CNMHG有不少课题需完全确定,为了保持实时数据库和关系数据库时要解店定一脞晶仰,那么我们花力气间上的同步,依靠常驻于分析数据服务器上的程改进挖掘矿藏的工具应当是值得的第4期中氮肥2010年7月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressJuL.2010生产技术经验总结異煤基甲醇装置CO变换超温原因及对策杨瑞丹,孙秀芳,代彩玲(河南煤业化工集团中原大化公司,河南濮阳457000)[摘要]河南煤业化工集团中原大化公司甲醇装置CO变换采用三段变换工艺,2008年投入运行后,第一变换炉超温严重,影响了系统的正常运行,增加了消耗。通过分析造成超温的原因,分步整改,最终使问题得到了有效解决,取得了良好的经济效益。[关键词]CO变换;催化剂;超温中图分类号]TQ22.12.1[文献标识码]B[文章编号]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河南煤业化工集团中原大化公司的年产500年5月底建成投产。整套装置自动化程度高、能甲醇装置的空分、气化、合成气净化、甲醇耗低,试生产阶段已经达到装置最大负荷,即达合成分别采用杭氧、Shel煤粉气化、鲁奇低到H产甲醇1000t。由于气化装置产气量大,温甲醇洗、丹麦托普索气压合成技术,于2008煤气CO和H2S含量高,净化系统选用了三段CO耐硫变换工艺流程。[收稿日期]201001-251变换流程简述[作者简介]杨瑞丹(1980-),女河南濮阳人,2004年7月毕业于郑州大学化学工程与工艺专业,助理工程师如图1,从 Shell煤气化装置来的原料煤气[3] Narasimhan S, Jordache C. Data reconciliation grose error[参考文献]detection[M]. Houston: Gulf Publishing Company, 2000:l78-190,241-244[1] Narasimhan S, Mah R S H. Treatment of general steady state [4]reconciliation-proerese and challenges [M]models in gross error detection [J]. Computers&Chem.中国煤化工Engng,1989(13):851853[2]袁水根,李华生,过程系统测量数据校正技术[M].北京CNMHGing and reconciliation中国石化出版社,199:96-110Pres,2000:125-130