在线数据校正在甲醇工厂的应用

第4期中氮肥No.42010年7月M -Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressJul. 2010在线数据校正在甲醇工厂的应用潘兆鸿',赵霞', 朱建宁’,孙和芳’,刘宝卫'(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斌数据都是不平衡的。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E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[中團分类号] 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 Xia2，ZHU Jianning'，SUN Hefang' ，LIU Baowei?( 1. Shanghai Jiao Da Indusrial Automation Engineering Research Center, Shanghai 200233, China;2. Shanghai Jaolong University, Shanghai 200233, China;3. Shanghai Coking Co., Ltd, Shanghai 200241 , China)Abstract: In any chemical plant, including methanol plant， neither the overall flow balance nor thecomponent flow balances are generally satisfied by the measurements. The unbalanced process data measuredsignificantly affect the performance and profit gained from accounting, monitoring and control, processoptimization. A set of data reconeiliation system based on MES is been developed and put into onlineapplication in a methanol plant. Since most of the composition data are obtained from laboratory，we designeda structure to correct online data flow and composition，synchronistically.Key Words: manufacturing execution system ( MES); data reconciliation; methanol plant; gross errordetection; data synchronization出发，由某种算法得到的校正值则完全满足了平1数据校正技术的由 来衡的要求。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1 (srD-2 IN一4(Mx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- -关系式，而从测量值流股号真安值测景值校正值二100101.91100.2226464. 4564. 50[收稿日期] 209-11293634.6535. 72[基金项目]科技部863计划资助项目, 2006A04Z171.64. 20[作者简介]潘兆鸿(1945-) ,男,上海市人,教授级高级工36. 44程师。1098.88第4期潘兆鸿等:在线数据校正在甲醇工厂的应用●5.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(GT)、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-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( ireconcilabiliy)。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GLR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2.3 两步法的数据校正过程工、冶金等)探索的一一个重要领域。对于-一个流程结构，建立(1)、(2)数据校正模型后,将变量分为测量变量(x)和待估2数据校正模型简介变量(U)，用投影矩阵法消去待估量的系数矩2.1只含有随机误 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(i-x)"Q~'(i-x)(3)稳态，所有测量数据只含随机误差且服从正态分stAx+C =0.(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(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分别是测量值、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3甲醇工厂数据校正的实例角线元素是σ, σ;是该测量值的均方差，A、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-C0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 + H20=个)，并使校正值尽量靠近测量值，达到以1/o}H2 +CO2,出变换的变换气去低温甲醇冼(净化为权重的(x-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(σ;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，制得纯H2产品(19)。 解吸气(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2。甲醇合成反应有2个: CO +2H2 =果不可信，因此需要对过失误差进行甄别和CH,0H和CO2 +3H2 =CH,OH +H20。V、V2、处理。.V,、V4 为净化释放气, T. T2. T,为净化回收中氮肥第4期气。图2中的“分流器”和“混合器”是为数股考察CO、 H2、 C023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CH,OH、H202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。[额分离]区应鑫门-10-净化装置]中综合成一 →甲醉1丫- 中化发置1门- -18混仓司-17→德士古勾一1-分宽器]一2-分惠器←22一分流图净化装育习-12-冷箱214反应苏习-1s净化装置习混合3 -27匣醉合域习一 +甲游2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流股号测量值校正值端上，可以对任一时段的测量数据进行在线校20451 626427 429.3正。表2为某轮班流率的测量值和校正值，表3211 56110 862.4618 166. 11为该轮班组分的测量值和校正值( 体积分数),51 564. 83注“”数据表示检测到有过失误差。两者的校2450 032. 28正值达成了流程中变换、净化、冷箱、合成等所46 04144 261. 17有节点的组分流率的全局平衡。40 44339 169. 83表2流率测量值和校正值m354 226. 1测址值287 3457 319. 6111 111 185293 828262 783.96 0446 694.05424 518. 8"336 188. 5)4199 661. 78510 615512 212.5甲醇1202 745202 333. 4138 769132 577171 065170 681.8112 020107 262. 623 788"19 742. 17表3组分测值和校正值%58 86762 427.2948 08044 261.17Co CO2 H2 coCO2 H210659 893623 982.31,2,3,4.5,11 46.46 17.36 35.87 47.07 17.47 35. 08.11131 307130 206. 956.55 0.1 43.11 56.52 0.01 43.0112100 674105 306. s33. 39* 066.02 22.89 0 76. 7053 65955 274. 238,9,22 ,2510.110 88.96 10.21089.S546 84020.80 31.15 47.65 20.73 32.25 46.71411 680399 037. 955.86 0.1 43.78 56.51 0.02 43.0216286 889284 402. s99. 120.19 99.08) 0.18110 97211097214.21,24,26 8.75 0 90. 359. 490 90.3455 274ss 697.7722.69 30.25 46.56 23.91 30.47 45. 30.24 51930.23 2. 20" 67. 1832.72 3.77 63. 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1 h)将指定的侧敏值.校正值组分数据提取、打包、传输到MES实时数据库流股号COCO2H2CoCO2H2中去。.1899. 220.07 99.26) 0.074.2.2组分数据的缺损处理19099.90当由于某种原因需要的组分数据未按约定时2029.84 3.37 67.76 29.45 2.45 67.64间录人或导人关系数据库时，常驻程序将在间隔2:16.90 0 82. 80期末自动继承前-时段该组分的数值，当作缺损2223.53' 2.00 72.83 28.67 3.10 67.72282.60 1.86 91.25 2.68 2.31 91. 77值的替代值。2570 1.95 91.38 1.732.39 91. 654.3 在线数据校正的运行305.35 3.41" 74:25 4. 83068.044.3.1数据校 正软件系统3192 1.09 76.14. 801.06 74.01软件常驻于服务器上。该服务器的关系数据注:甲醇1的甲醇质敏分数测敏值/校正值为95.69%/库存有模型程序、特性参数和各种常数，工业装95. 88%，水为4.11%/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93.69%/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,中实时地获取2类数据。图3为甲醇工厂数据校MES实时数据库内该时段的流率数据和组分数据将被加载到软件系统中去，操作者一般应对加正的数据流图。载数据进行预览，以发现某些意外事件，例如某敬据校正系酸服务的. Ms主属务股室 分析数据服务D台现场仪表停修，无数据，某套DCS的OPC接口故障等，进行相应的处理。数据校正|软件系统MES自动读数程序4.3.3系统的运行实时数据库启动软件的计算引擎后，软件开始迭代寻数据库数据片优，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.修改表将复制1份至MES主服务器的实时数据库,.4产现场各DC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。4.1.1流率数据无论是质量流率还是体积流率，经各DCS5结语和集成DCS的MES自动地存人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-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，数据也会使人困感。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- .般由人工录人(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人)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 数据的传输数据校正是一项发展中的新技术，无论理实验室人工录人或导人的组分数据时间上不论、方法、算法和工业应用上都还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决。既然数据是-座富矿,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No. 42010年7月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressJul. 2010生产技术经验总结煤基甲醇装置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] TQ223. 12*.1 [文献标识码] B [文章编号] 1004 -9932(2010)04 -0008 -03Reason of Excessive Temperature in CO Converter of Coal BasedMethanol Plant and SolutionsYANG Ruidan, SUN Xiufang, DAI Cailing( Zhongyuan Dahua Co, Ld, Henan Coal and Chemical Group , Puyang 457000, China)Abstract: The CO shift in methanol plant of Zhongyuan Dahua Co., Ld, 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. 1 CO converter, that affected the operation of the plantand increased the consumption. By probing into the reason and taking comprehensive measures step by step,the problem is effectively solved，obtaining the good economic benefits.Key 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kt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、Shell 煤粉气化、鲁奇低到日产甲醇1 000t。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] 2010-01-251变换流程简述[作者简介]扬瑞丹( 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] Narasinhan s, Jordache C. Data reconciliation & grose eror[参考文献]detection [M]. Houston; Gulf Publishing Company, 2000:178-190, 241-244[1] Narasimhan s, Mah R s H. Treatment of general steady stale[4] Crowe C M. Data reneilienn pogree and callengee [M].models in gross eror detection [J]. Computers & Chem1996: 89-98Engng, 1989 (13): 851 853[5] Romegoi JA, Sanchez M C. Data procsing and rociliaionin[2]袁水根，李华生。过程系统测量数据校正技术[M]. 北京:for chemical process operations [ M]. San Diego: Academic中国石化出版社，1996: 96-110Pres, 2000: 125-130