第三章 生產(chǎn)過(guò)程的軟測(cè)量技術(shù)

第三章生產(chǎn)過(guò)程的軟測(cè)量技術(shù)第一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四提綱

軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量重整反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量精餾過(guò)程的軟測(cè)量軟測(cè)量的工程實(shí)施總結(jié)第二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展生產(chǎn)過(guò)程重要變量不可實(shí)測(cè)實(shí)例產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)（苯純度、汽油干點(diǎn)、...）化學(xué)反應(yīng)深度、反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率、催化劑活性需要計(jì)算不可測(cè)變量（液位速率、干擾變量、故障、...）“解決”途徑間接控制&實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析在線分析儀表在線計(jì)算（軟測(cè)量、軟儀表）軟測(cè)量的意義操作指導(dǎo)、實(shí)時(shí)控制與優(yōu)化；提高效益第三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展軟測(cè)量技術(shù)的理論根源----推斷控制

1970年代Brosillow提出。

基本思想:

采集過(guò)程中比較容易測(cè)量的輔助變量（SecondaryVariable），通過(guò)構(gòu)造推斷估計(jì)器來(lái)估計(jì)并克服擾動(dòng)和測(cè)量噪聲對(duì)過(guò)程主導(dǎo)變量（PrimaryVariable）的影響。

第四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展估計(jì)器的設(shè)計(jì)

根據(jù)某種最優(yōu)準(zhǔn)則，選擇一組既與主導(dǎo)變量有密切聯(lián)系，又容易測(cè)量的輔助變量，通過(guò)構(gòu)造某種數(shù)學(xué)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)主導(dǎo)變量的在線估計(jì)。軟測(cè)量技術(shù)正體現(xiàn)了估計(jì)器的特點(diǎn)。

第五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展現(xiàn)有的軟測(cè)量技術(shù)（綜述）基于過(guò)程機(jī)理模型的方法物料平衡能量平衡動(dòng)量平衡相平衡反應(yīng)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)白箱模型第六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展基于機(jī)理模型的軟測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

模型精度高使用可靠外延性好

缺點(diǎn)：

計(jì)算量大模型形式

代數(shù)方程組微分方程組

第七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展現(xiàn)有的軟測(cè)量技術(shù)（綜述）基于非機(jī)理模型的方法（經(jīng)驗(yàn)方法）基于自適應(yīng)推理模型方法基于回歸分析方法基于人工智能的方法黑箱模型?第八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展基于自適應(yīng)推理模型方法

狀態(tài)估計(jì)、參數(shù)估計(jì)和自適應(yīng)控制原理用于獲得軟測(cè)量模型?；诨貧w分析方法最小二乘法主元回歸法部分最小二乘法

第九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展基于人工智能的方法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊技術(shù)神經(jīng)模糊技術(shù)

第十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展軟測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

第十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展影響軟測(cè)量性能的因素輔助變量的選擇靈敏性；特異性；過(guò)程適用性；精確性；魯棒性。第十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展影響軟測(cè)量性能的因素?cái)?shù)據(jù)預(yù)處理

隨機(jī)誤差的處理顯著誤差的處理數(shù)據(jù)變換第十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四提綱軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量重整反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量芳烴歧化反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量精餾過(guò)程的軟測(cè)量軟測(cè)量的工程實(shí)施總結(jié)第十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程的一般問(wèn)題

影響因素多，部分不可實(shí)測(cè)，常用反應(yīng)溫度控制

如何控制和優(yōu)化反應(yīng)過(guò)程

如何衡量反應(yīng)深度

轉(zhuǎn)化率、選擇性、產(chǎn)率、 反應(yīng)產(chǎn)物組成與物性

依靠化驗(yàn)分析不能實(shí)時(shí)控制與優(yōu)化第十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量反應(yīng)深度的衡量和控制方法采用反應(yīng)溫度衡量和控制反應(yīng)深度化學(xué)反應(yīng)器中，通常以反應(yīng)溫度為主要被控變量，通過(guò)控制器自動(dòng)維持反應(yīng)溫度為給定值，以維持反應(yīng)深度和相應(yīng)的生產(chǎn)指標(biāo)一定缺點(diǎn)影響反應(yīng)深度的因素多，只控制反應(yīng)溫度恒定不能保證反應(yīng)深度不變反應(yīng)溫度原料流量、溫度原料性質(zhì)催化劑活性第十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量影響反應(yīng)深度的因素很多可測(cè)：如反應(yīng)溫度、原料流量、溫度、壓力等不可實(shí)測(cè)：如原料組成、催化劑活性等維持反應(yīng)溫度一定，并不能維持反應(yīng)深度一定催化劑活性改變采用宏觀反應(yīng)熱來(lái)衡量反應(yīng)深度基本原理：任何化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都伴隨著熱效應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)吸收或釋放熱量的多少可以反映出反應(yīng)進(jìn)行的程度第十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量宏觀反應(yīng)熱宏觀反應(yīng)熱的定義宏觀反應(yīng)熱=單位質(zhì)量反應(yīng)物在反應(yīng)過(guò)程中 吸收或釋放的熱量單位：KJ/kg中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利：200410048083.8“連續(xù)生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)器的控制方法及系統(tǒng)“第十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量宏觀反應(yīng)熱的計(jì)算方法基于過(guò)程機(jī)理的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)表達(dá)式其中：Hr(t):宏觀反應(yīng)熱 Grin(t):反應(yīng)物流量 Qr(t):反應(yīng)物熱量 Qn(t):非反應(yīng)物熱量 Qd(t):積蓄熱 Qe(t):其它熱量第十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量宏觀反應(yīng)熱的應(yīng)用用于控制和優(yōu)化用于產(chǎn)量、產(chǎn)率、轉(zhuǎn)化率、選擇性的計(jì)算物性指標(biāo)的計(jì)算成功應(yīng)用實(shí)例催化裂化催化重整第二十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量宏觀反應(yīng)熱的應(yīng)用用于控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化FCCU反應(yīng)深度控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化重整反應(yīng)器控制與優(yōu)化芳烴歧化反應(yīng)控制與優(yōu)化芳烴異構(gòu)化反應(yīng)控制與優(yōu)化第二十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量宏觀反應(yīng)熱的應(yīng)用轉(zhuǎn)化率與選擇性的實(shí)時(shí)計(jì)算芳烴轉(zhuǎn)化率芳烴歧化反應(yīng)選擇性芳烴烷基化選擇性

反應(yīng)產(chǎn)物組成與物性

再生催化劑含焦量

第二十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四提綱軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量催化重整反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量芳烴歧化反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量精餾過(guò)程的軟測(cè)量軟測(cè)量的工程實(shí)施總結(jié)第二十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四重整反應(yīng)系統(tǒng)的軟測(cè)量第二十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四重整反應(yīng)系統(tǒng)的軟測(cè)量重整反應(yīng)深度的實(shí)時(shí)衡量反應(yīng)溫度是衡量反應(yīng)深度的重要指標(biāo)反應(yīng)溫度只是影響反應(yīng)深度的因素之一催化劑活性、氫油比、空速、溫度原料性質(zhì)、流量、預(yù)熱溫度、反應(yīng)壓力等維持反應(yīng)溫度一定，并不能維持反應(yīng)深度一定例：氫油比變化用宏觀反應(yīng)熱衡量反應(yīng)深度芳構(gòu)化反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)熱是衡量反應(yīng)深度的有效變量第二十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四重整反應(yīng)系統(tǒng)的軟測(cè)量基于機(jī)理動(dòng)態(tài)模型由反應(yīng)器熱平衡（動(dòng)態(tài)模型）計(jì)算基本假設(shè)由于催化劑循環(huán)速度慢，可按固定床計(jì)算；各反應(yīng)器床層各段的油氣和反應(yīng)產(chǎn)物的比熱不變；以放熱反應(yīng)的宏觀反應(yīng)熱為正值；散熱損失可忽略。第二十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四重整反應(yīng)系統(tǒng)的軟測(cè)量基于機(jī)理動(dòng)態(tài)模型

(宏觀)反應(yīng)熱第二十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四提綱軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量催化重整反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量芳烴歧化反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量精餾過(guò)程的軟測(cè)量軟測(cè)量的工程實(shí)施總結(jié)第二十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四芳烴歧化反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量芳烴歧化反應(yīng)機(jī)理第二十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四芳烴歧化反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量芳烴歧化宏觀反應(yīng)熱的計(jì)算方法數(shù)學(xué)表達(dá)式其中：Hr(t):宏觀反應(yīng)熱 Grin(t):反應(yīng)物流量 Qr(t):反應(yīng)物熱量 Qn(t):循環(huán)氫熱量 Qd(t):積蓄熱

第三十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四提綱軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量催化重整反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量芳烴歧化反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量精餾過(guò)程的軟測(cè)量軟測(cè)量的工程實(shí)施總結(jié)第三十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四精餾過(guò)程的軟測(cè)量一般性描述復(fù)雜系分餾塔原油分割過(guò)程（一次加工）中的分餾塔

CDU常壓塔、減壓塔石油餾分加工過(guò)程（二次加工）中的分餾塔 FCCU主分餾塔、焦化分餾塔二元系【二元或近似二元】精餾塔苯塔、甲苯塔第三十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四精餾過(guò)程的軟測(cè)量常見(jiàn)工藝流程常壓塔主分餾塔二元精餾塔第三十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四精餾過(guò)程的軟測(cè)量CDU 常壓塔第三十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四精餾過(guò)程的軟測(cè)量FCCU 主分餾塔第三十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四精餾過(guò)程的軟測(cè)量二元精餾塔第三十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四精餾過(guò)程的軟測(cè)量402塔第三十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四精餾過(guò)程的軟測(cè)量動(dòng)態(tài)機(jī)理模型——建模出發(fā)點(diǎn)以已有研究為基礎(chǔ)基于機(jī)理分析，須合理反映u、y、x等關(guān)系力求工程實(shí)用，適合在線計(jì)算適應(yīng)觀測(cè)計(jì)算需要，盡可能滿(mǎn)足可觀條件盡可能通用，適合各種精餾塔第三十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四精餾過(guò)程的軟測(cè)量模型假設(shè)按房室法(CompartmentalMethod)劃分塔段塔內(nèi)汽液相流動(dòng)狀態(tài)的假設(shè)考慮壓力變化的影響塔內(nèi)不凝氣不參與傳質(zhì)第三十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四塔段模型物料平衡能量平衡精餾過(guò)程的軟測(cè)量第四十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四其它關(guān)系式壓力方程塔盤(pán)水力學(xué)方程精餾過(guò)程的軟測(cè)量第四十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四進(jìn)料口處塔段模型物料平衡能量平衡進(jìn)料方程塔底液位模型精餾過(guò)程的軟測(cè)量第四十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四相關(guān)設(shè)備模型塔頂分離罐精餾過(guò)程的軟測(cè)量第四十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四精餾過(guò)程的軟測(cè)量液位速率計(jì)算方法計(jì)算關(guān)系式：其中，LevelV：液位速率；k：當(dāng)前時(shí)刻；

p：液體密度；A：截面積；R：液位量程；Ts：計(jì)算周期；N、L：可調(diào)參數(shù)第四十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四建模中的有關(guān)問(wèn)題塔段劃分的參考原則塔段劃分后變量的處理塔段壓力的處理純滯后的考慮物性參數(shù)的計(jì)算精餾過(guò)程的軟測(cè)量第四十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量總體考慮主要觀測(cè)計(jì)算變量塔內(nèi)汽液相流量、塔內(nèi)積蓄量、塔內(nèi)汽液傳質(zhì)傳熱量、產(chǎn)率（收率）、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)等?？傮w分析過(guò)程子系統(tǒng)劃分全塔可觀性分析

全塔觀測(cè)計(jì)算

產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)率在線計(jì)算

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施分析精餾過(guò)程的軟測(cè)量第四十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四子系統(tǒng)劃分DA402塔精餾過(guò)程的軟測(cè)量第四十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四模型特點(diǎn)劃分子系統(tǒng)塔頂分離罐、塔底再沸器、塔底液位、若干個(gè)塔段由子系統(tǒng)組成的全塔模型特點(diǎn)狀態(tài)關(guān)聯(lián)在結(jié)構(gòu)上是一個(gè)分塊三對(duì)角陣型式，狀態(tài)關(guān)聯(lián)陣中存在許多零塊。子系統(tǒng)法（可觀性分析、觀測(cè)器設(shè)計(jì)）精餾過(guò)程的軟測(cè)量第四十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四可觀性分析結(jié)論全塔可觀的條件相關(guān)設(shè)備的液位、流量和溫度可測(cè)；進(jìn)出塔段的汽液相溫度可測(cè)；塔段餾出或打入的物流流量和溫度可測(cè)；塔頂冷回流流量可測(cè)；塔段壓力可測(cè)?？捎^性分析對(duì)實(shí)際裝置的測(cè)點(diǎn)分布所提出的要求，具有實(shí)際工程意義。精餾過(guò)程的軟測(cè)量第四十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四全塔觀測(cè)計(jì)算子系統(tǒng)觀測(cè)順序塔頂分離罐塔底液位系統(tǒng)各塔段（自頂向底、或自底向頂）相關(guān)設(shè)備的觀測(cè)觀測(cè)得到的不可測(cè)變量作為相應(yīng)塔段的可測(cè)變量各塔段的觀測(cè)采用非線性觀測(cè)器，基于實(shí)際可測(cè)變量觀測(cè)得到：塔內(nèi)汽相流量、液相流量、汽液傳質(zhì)量、傳熱系數(shù)、液相積蓄量；按塔段順序觀測(cè)，得到全塔的不可測(cè)變量；進(jìn)一步作為計(jì)算分壓、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)率的基礎(chǔ)。精餾過(guò)程的軟測(cè)量第五十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四精餾過(guò)程的軟測(cè)量產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的在線計(jì)算化驗(yàn)分析是規(guī)定條件下的規(guī)格指標(biāo)在線計(jì)算目的:得到與實(shí)際一致的動(dòng)態(tài)變化計(jì)算的主要指標(biāo)塔頂產(chǎn)品含量塔底產(chǎn)品含量塔頂產(chǎn)品純度塔底產(chǎn)品純度第五十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四塔頂組分含量與純度的計(jì)算影響因素溫度（汽、液相溫度）分壓回流比與內(nèi)回流比進(jìn)料流量與組成計(jì)算關(guān)系式精餾過(guò)程的軟測(cè)量第五十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四結(jié)論在線計(jì)算方法的可行性和有效性著重考慮適應(yīng)進(jìn)料負(fù)荷變化和過(guò)程動(dòng)態(tài)可用做操作指導(dǎo)、實(shí)時(shí)控制和優(yōu)化精餾過(guò)程的軟測(cè)量第五十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四提綱軟測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量催化重整反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量芳烴歧化反應(yīng)過(guò)程的軟測(cè)量精餾過(guò)程的軟測(cè)量軟測(cè)量的工程實(shí)施總結(jié)第五十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量的工程實(shí)施實(shí)施過(guò)程數(shù)據(jù)收集（過(guò)程數(shù)據(jù)、化驗(yàn)數(shù)據(jù)）模型建立機(jī)理模型非機(jī)理模型在線安裝、試運(yùn)行考核與調(diào)整長(zhǎng)期運(yùn)行與在線自校正第五十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量的工程實(shí)施軟測(cè)量與系統(tǒng)其它部分的關(guān)系A(chǔ)PP過(guò)程數(shù)據(jù)DCS流程圖軟測(cè)量與在線校正界面軟測(cè)量控制器優(yōu)化器數(shù)據(jù)通訊與數(shù)據(jù)處理RTDBDCS第五十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四軟測(cè)量的工程實(shí)施實(shí)時(shí)計(jì)算結(jié)果的檢驗(yàn)化驗(yàn)分析對(duì)比（如質(zhì)量指標(biāo)）常規(guī)化驗(yàn)對(duì)比專(zhuān)人專(zhuān)門(mén)化驗(yàn)對(duì)比運(yùn)行分析與考察（如催化劑循環(huán)量）基于工藝機(jī)理分析注重動(dòng)態(tài)特性分析第五十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯