延迟焦化工业过程先进控制与性能评估

摘要

随着世界石油资源供应日趋紧张，以及原油品质的劣质化、重质化趋势日益明显，重油加工技术已成为提高炼油企业效益和竞争能力的主要手段之一。延迟焦化技术具有原料适应性强、投资和操作费用较低等特点，是炼油企业主要的重油加工工艺。但由于延迟焦化装置的原料来源复杂，各个单元变量之间的关联性强，特别是延迟焦化过程的连续/间歇操作特性，使延迟焦化装置成为最难操作和控制的炼油装置之一。因此，如何在现有工业装置的基础上，保证生产过程的平稳操作，进而通过先进控制技术提高该装置的控制和管理水平，是一项具有重要实际应用价值的研究。本研究主要内容包括：
　　 ⑴对延迟焦化工业生产过程和延迟焦化常规控制系统进行讨论和分析。重点针对延迟焦化装置的间歇特性展开深入的讨论和分析，主要分析延迟焦化连续装置和间歇装置之间的关系，并从工程应用的角度，提出了一种延迟焦化间歇操作特性的检测模型，该模型可以有效地对延迟焦化装置的间歇操作状态进行实时检测。
　　 ⑵针对延迟焦化装置工况的多变性和扰动的时变性，研究了时不变和时变扰动过程的PID控制器性能评估方法。对于时不变过程的PID控制器，提出了一种双层结构的综合评估方法。该方法对PID控制器的随机性性能和确定性性能两方面进行有效的评估。对于时变扰动过程的PID控制器，提出了一种基于权衡曲线的PID控制器性能评估方法，该方法综合考虑系统受到时变扰动时的全局性能。根据PID控制器的权衡曲线，可在克服暂态扰动和常态扰动之间权衡，选取合适的基准，有效地对控制器进行评估和维护。同时将所提出的方法分别应用于延迟焦化装置的时不变过程和时变扰动过程的PID控制器的性能评估，对评估结果差的控制器进行整定或维护，从而提高常规PID控制系统的性能。
　　 ⑶针对延迟焦化连续/间歇操作特性，提出了一种基于事件驱动的迭代学习预测控制算法。该算法通过间歇操作特性模型对事件的检测，及时触发对重复扰动的估计和学习，从而在MPC结构中增加对扰动的迭代估计，以克服间歇事件的周期性干扰。同时，针对延迟焦化工业过程先进控制系统的实际工业应用，对延迟焦化先进控制目标、控制器结构、约束条件、工程实施等方面进行详细的分析。实际应用结果表明：延迟焦化装置先进控制系统，提高了延迟焦化操作过程的控制品质和稳定性。
　　 ⑷在分析工业生产过程控制系统经济性能评估方法的基础上，将基于性能评估的最小方差引入到多变量模型预测控制软约束调整与经济性能的协调中，从而提高先进控制系统的经济性能。同时将该方法用于评估和提高延迟焦化装置加热炉先进控制系统的经济性能，从而更合理地提高加热炉的热效率。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1.绪论

1.1 课题背景和选题意义

1.2 控制器性能评估研究进展

1.2.1 控制器性能评估基准

1.2.2 控制器性能评估软件

1.3 先进控制技术在延迟焦化装置的应用

1.4 先进控制经济性能评估研究进展

1.5 本文主要内容

2.延迟焦化过程与间歇操作特性模型

2.1 引言

2.2 延迟焦化生产过程概述

2.3 延迟焦化过程常规PID控制系统

2.4 间歇操作特性及建模

2.4.1 间歇操作事件机理分析

2.4.2 间歇操作特性建模

2.5 本章小结

3.PID控制器性能评估方法研究及其在延迟焦化装置的应用

3.1 引言

3.2 时不变过程常规PID控制器性能评估综合方法

3.2.1 SISO控制回路最小方差基准

3.2.2 时不变过程PID控制器性能评估

3.2.3 脉冲响应曲线法

3.2.4 仿真例子

3.3 时变扰动过程PID控制器性能评估

3.3.1 时变过程PID控制器性能评估

3.3.2 仿真例子

3.4 延迟焦化工业过程常规控制回路性能评估

3.4.1 延迟焦化时不变过程控制系统性能评估

3.4.2 延迟焦化时变过程控制系统性能评估

3.5 本章小节

4.延迟焦化过程事件驱动迭代学习预测控制

4.1 引言

4.2 延迟焦化工业生产过程先进控制系统

4.2.1 先进控制系统架构

4.2.2 子控制器设计

4.3 事件驱动迭代学习预测控制算法

4.3.1 模型描述

4.3.2 稳态目标计算

4.3.3 动态计算

4.4 延迟焦化过程先进控制系统实施

4.5 工业应用效果

4.6 本章小结

5.先进控制经济性能评估方法及其在加热炉先进控制中的应用

5.1 引言

5.2 先进控制系统经济性能分析

5.2.1 方差减少估计

5.2.2 新操作点估计

5.2.3 经济性能指标

5.3 软约束调整与经济性能的协调

5.4 延迟焦化加热炉先进控制经济性能评估

5.4.1 延迟焦化加热炉能耗分析

5.4.2 延迟焦化加热炉经济性能评估

5.4.3 加热炉软约束调整与经济性能的协调

5.5 本章小节

6.总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 进一步研究工作

参考文献

攻读博士学位期间完成的学术论文

攻读博士学位期间参加及完成的科研项目

作者简介