優(yōu)化蒸發(fā)制鹵的動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬與工藝決策

1、優(yōu)化蒸發(fā)制鹵的動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬與工藝決策42000年 9 月 蘇鹽科技 JiangsuProvinceSaltScience&Technology 第3期_蠢I-IJ鼉|_=【摘要】 【美鍵詞】 趙善林 r 江蘇省金橋鹽業(yè)有限公司氣象臺(tái) J 本文根據(jù)天氣 ,鹽田結(jié)構(gòu) ,由水狀況 ,利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)預(yù)測(cè)鹵水群體 的動(dòng)態(tài)狀況 ,并運(yùn)用系統(tǒng)控制論的方法 ,提出使未來(lái)鹵水群體向著最適群 體發(fā)展的工藝決策 .鹵水群體動(dòng)態(tài)模擬預(yù)測(cè)系統(tǒng)控制論工藝決策1 引言 海鹽生產(chǎn)主要依靠自然蒸發(fā) ,將海水濃縮結(jié)晶而 成 .產(chǎn)量的高低主要取決于鹵水的多少 ,而影響鹵水多 少的一個(gè)至關(guān)重要的因素是復(fù)雜多變的氣象條件.

2、由于年際 ,月際間的氣象要素在時(shí)空分布上的不同,海鹽產(chǎn)量的年際 ,月際變化也相當(dāng)大 .如何根據(jù)未來(lái)氣象條件 的變化趨勢(shì) ,及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化制鹵工藝 ,最大限度地利 用蒸發(fā)量 ,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn) ,長(zhǎng)期以來(lái)一直是我國(guó)鹽業(yè)工 作者和鹽業(yè)氣象工作者不斷探索的領(lǐng)域.但迄今為止 ,鹽業(yè)生產(chǎn)仍以經(jīng)驗(yàn)控制為主 ,造成相同的灘地 ,氣象條 件由于領(lǐng)灘手的技術(shù)素質(zhì)不同 ,產(chǎn)量懸殊很大鹽業(yè)氣 象也僅僅是為鹽業(yè)生產(chǎn)采取保護(hù)措施提供服務(wù).究其原因,主要反映在生產(chǎn)者本身的技術(shù)素質(zhì)差異及對(duì)天時(shí)的 把握上 .本研究以鹽業(yè)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)為基礎(chǔ),根據(jù)未來(lái)氣象條件的變化情況模擬預(yù)測(cè)出各蒸發(fā)階段的制鹵 量 ,不同濃度鹵水的動(dòng)態(tài)搭配與飽和

3、鹵量等 ,并運(yùn)用系 統(tǒng)控制論的方法 ,根據(jù)模擬預(yù)測(cè)結(jié)果及時(shí)提出適用于未 來(lái)氣象條件的翩鹵工藝決策方案 .2 基本原理 我們可以把進(jìn)灘水至飽和鹵的形成過(guò)程看成是一 個(gè)動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng) ,系統(tǒng)的輸入可分為可控與不可控兩部 分 ,可控因子主要是工藝技術(shù) （如進(jìn)灘水的濃度 ,走水深 度,制鹵步數(shù) ,保鹵程度 ,不同的蒸發(fā)面積搭配等 ）;不可 控因子主要為氣象條件 （如蒸發(fā)量 ,降水量,光,濕度,溫 度,風(fēng)等）.系統(tǒng)的輸出主要是各級(jí)蒸發(fā)池的鹵水狀況 （濃度,深度,鹵量等）,整個(gè)系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo)是最大限度 地提制飽和鹵的最適群體動(dòng)態(tài) ,最終歸結(jié)為產(chǎn)量 .在動(dòng) 態(tài)模擬預(yù)測(cè)與決策調(diào)控過(guò)程中 ,系統(tǒng)首先根據(jù)不同的 灘

4、面鹵水狀況的輸入和有關(guān)模擬模型 ,根據(jù)未來(lái)的天 氣變化趨勢(shì) ,預(yù)測(cè)來(lái)來(lái)鹵水群體的發(fā)展動(dòng)態(tài) ,同時(shí)將預(yù) 測(cè)結(jié)果與最佳群體動(dòng)態(tài)進(jìn)行比較 ,然后將此比較結(jié)果 存入監(jiān)控系統(tǒng)的 記憶 中,施控系統(tǒng)便可根據(jù)反饋信 息及決策調(diào)控模型 ,對(duì)灘面鹵水進(jìn)行相應(yīng)的 調(diào)控 ,使 未來(lái)鹵水狀況盡可能 逼近 最佳鹵水群體 .（如圖 1） 凰 1 優(yōu)化蒸發(fā)制鹵群體動(dòng)態(tài)模擬與工藝決策置曩框圈 3主要模式模型3.1 制鹵模式在反映制鹵模式中 ,引進(jìn)了兩個(gè)重要的評(píng)價(jià)函數(shù) 得鹵率和制鹵效率 .第 3 期趙善林 : 優(yōu)化蒸發(fā)制鹵的動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬與工藝決策 得鹵率反映的是制成飽和鹵的絕對(duì)量 .6j 鹵效率反映的是 6j 鹵面積利用的相對(duì)

5、量 .3.1.1得鹵率模型 音cy 丁萬(wàn)其中c為濃縮率,A=K/E為滲蒸比值. 該式的詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程及理論略 .3.1.2制鹵效率模型np=丁 _一nylJ甘) 該式的詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程及理論略 .3.2 天氣氣候預(yù)測(cè)模型 通過(guò)對(duì)淮北鹽場(chǎng)地區(qū)氣候資料的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析,建立了如下氣候預(yù)測(cè)模式 ,該模式主要預(yù)測(cè)出未來(lái) N 天 內(nèi)天氣過(guò)程的變化情況 ,蒸發(fā)及降水的時(shí)空分布特征 , 綜合考慮了連晴天對(duì)制鹵的影響 ,該模式包含了 3 個(gè)子 模型.3.2.1FX中期預(yù)測(cè)模型M(180)=e)=+ 等+該模型采用了 180 天后期冷空氣活動(dòng)韻率相關(guān)分 析.3.2.2F-4I中期預(yù)測(cè)模型M(148)=Fj,I(,T,e

6、)=+ 詈+耄 該模型采用了 148 天后期冷空氣活動(dòng)韻率相關(guān)分 析.3.2.3F蚰中期預(yù)剮模型M(98)=(,T,e)=詈+詈 +詈該模型采用了 98 天后期玲空氣活動(dòng)韻率相關(guān)分析.4模擬效果分析 建立模擬閉合方程組 .4.1 鹵水蒸發(fā)率方程 根據(jù)眾多的經(jīng)驗(yàn)方程 ,我們通過(guò)試驗(yàn)和對(duì)比分析 . 選取了美國(guó)學(xué)者的實(shí)驗(yàn)式方程來(lái)獲得大面積鹵水蒸發(fā) 率方程 ,皿內(nèi)與大面積淡水蒸發(fā)量采用輕工部 6j 鹽研究 所測(cè)定的平均經(jīng)驗(yàn)系數(shù) F=0.7 確定.基數(shù) ifF=10.l,式中 x 為鹵水濃度 .因此 ,鹵水的蒸發(fā)率方程可寫(xiě)為 :E=e?Fl?R4.2 鹵水滲透方程該方程采用輕工業(yè)部天津 6j 鹽工業(yè)研究

7、所關(guān)岳的 實(shí)驗(yàn)式:K=l_172/B4.3 閉合方程組的構(gòu)造據(jù)濃縮率等關(guān)系式 ,可構(gòu)造下列鹵水蒸發(fā)閉合方程 組:IE=e?Fl?IK=1.172/3lc=船粥魯經(jīng)整理得 :I100H【(且一 0.15)+0.15(H EK)(100 B1) j i 廠(chǎng) 1IH2=HI EKIK=1.172/B或者 葛IHt=脅+E+=1.172/Bo4.4 模擬試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過(guò)大量的觀(guān)測(cè)和模擬對(duì)比 ,結(jié)果證實(shí) :該模式模 擬出的結(jié)果基本在測(cè)量誤差范圍內(nèi) ,完全可用 .由于數(shù) 據(jù)量龐大 ,限于篇幅 ,現(xiàn)僅舉出 3 天的部分測(cè)量及模擬 數(shù)據(jù) ,以供說(shuō)明問(wèn)題 .從以上結(jié)果可以看出 ,模擬結(jié)果具有相當(dāng)高的精 度,個(gè)別誤差

8、偏大的主要原因是由于測(cè)量時(shí)渡浪的影響 而造成的 .中期天氣預(yù)測(cè)試驗(yàn) ,我選取了鹽業(yè)生產(chǎn)的重要季節(jié) 春,夏季進(jìn)行了業(yè)務(wù)性試驗(yàn) ,效果十分理想 .從 1999 年 6最鹽科技 2000年 9月4月 1日至 1999年8月 31日,其問(wèn)應(yīng)用該模式共發(fā)布 了 24 次降水預(yù)報(bào) ,按預(yù)報(bào)日期 1 天統(tǒng)計(jì) ,報(bào)對(duì) 20 次, 報(bào)錯(cuò) 4 次(其中精報(bào) 2 次,空?qǐng)?bào) 2 次).預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高達(dá) 833%,且時(shí)效可提前半年這樣的結(jié)果對(duì)鹽業(yè)生產(chǎn)極 具參考價(jià)值 .青口鹽場(chǎng)黃沙工區(qū) tb- 圩組測(cè)量與模擬數(shù)據(jù)裹 I1)19989.1 蒸發(fā)量:51mm 單位:.Be,肌 TL 青口鹽場(chǎng)黃沙工區(qū)小 =圩組測(cè)量與模擬數(shù)據(jù)裹

9、I2 19989.2蒸發(fā)量:5】mm單位:.,mE 青口鹽場(chǎng)黃沙工區(qū)小二圩組測(cè)量與模擬數(shù)據(jù)裹 () 1998.9.3蒸發(fā)量:58mm 單位:IJHe5 群體鹵水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)及工藝決策 根據(jù)以上模擬結(jié)果得知 ,該模式模擬出的結(jié)果可信 度較高 ,其對(duì)未來(lái)的模擬結(jié)果可以用于生產(chǎn)指導(dǎo) 對(duì)制鹵工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) ,必須首先了解未來(lái)在一 定的天氣條件下 ,不同的制鹵工藝會(huì)帶來(lái)不同的灘面鹵 水狀況即群體鹵水的動(dòng)態(tài)變化 .然后根據(jù)得鹵率及 制鹵效率兩個(gè)評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)選 ,確定最后方案 ,這兩 項(xiàng)工作即為群體鹵水的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)和工藝決策 .51 群體鹵水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè) 給定制鹵步數(shù) ,并規(guī)定各步鹵水濃縮率相同 ,據(jù)B. B.計(jì)

10、算出總濃縮率Cn,然后根據(jù)步數(shù)N,再計(jì)算 出各步的濃縮率 C(100 一 B)(Bo 一 0.15)(100 一 B0)(B 一 0.15)由于 c=cy故 c,/(100-B)(B 而,Q-0.15 據(jù) ci 算出各步起始和終止?jié)舛?t算各步K值,E值及滲蒸比值A(chǔ) 計(jì)算各步得鹵率C(A.+2) AY 丁 計(jì)算各步的灌池鹵深篙+ 計(jì)算各步面積 ,取 Sl 為單位 1s=s兀導(dǎo) 計(jì)算制鹵效率s.H.兀 ylP=刀S52 生產(chǎn)工藝決策52.1 低級(jí)鹵水決策模型制鹵過(guò)程中低級(jí)鹵水的多少 （比例 ）直接關(guān)系到后 續(xù)制鹵的全過(guò)程 ,它需要根據(jù)未來(lái)的氣象條件變化 ,為 最大限度地提制飽和鹵提供基礎(chǔ)鹵源 ,

11、其決策模型為 F:fFn）IFs式中F為第一步應(yīng)灌的鹵量，F(xiàn)o為進(jìn)灘水,F為階 段終止鹵水,Fs為一定的氣象條件5.2.2群體動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與鹵水調(diào)控決策 對(duì)于制鹵來(lái)說(shuō) ,由于天氣條件和灘面鹵水狀況在不 斷變化,因此,需要根據(jù)不同的天氣過(guò)程和灘面鹵水狀 況采取調(diào)控措施 ,根據(jù)系統(tǒng)控制的思想 ,我們?cè)诖藰?gòu)造個(gè)群體鹵水動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)值與目標(biāo)值的比較函數(shù) . PY=rMBY MN）/MBY第 3 期趙善林 :優(yōu)化蒸發(fā)制卣的動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬與工藝決策PP=fM8PMNP/MBPADP:Pr PP式中PY,PP分別為得鹵率和制鹵效率的比較函數(shù),MNY,MNP分別由模擬模型所確定的得鹵率和制鹵 效率的預(yù)測(cè)值 ,MBY,MBP 分別為相應(yīng)的最佳值 （即目 標(biāo)值）,ADP為管理決策的調(diào)控值.5.3 程序設(shè)計(jì)與功能本系統(tǒng)主要由5個(gè)部分組成：天氣狀況；灘地 結(jié)構(gòu);群體鹵水狀態(tài)；決策措施；局部調(diào)整措施 其中天氣狀況主要是相鄰兩次降水過(guò)程之問(wèn)的蒸發(fā)資 料；灘地結(jié)構(gòu)主要輸人現(xiàn)有灘面的面積 ；群體鹵水狀態(tài) 包括當(dāng)前各池鹵水的濃度及深度 ,作為模式的初始條 件；決策措施主要是根據(jù)有關(guān)系統(tǒng)輸人 ,以