一种针对产品浓度曲线的内部热耦合空分塔在线观测器制造技术
【技术实现步骤摘要】
一种针对产品浓度曲线的内部热耦合空分塔在线观测器
本专利技术涉及工业节能控制的动态建模领域，特别地，涉及内部热耦合空分过程的在线观测器设计。
技术介绍
空分装置是对空气进行分离，并得到氧、氮、氩等高纯工业气体的装置，它被广泛应用于石油、化工、冶金、电子、能源、航空航天、食品饮料、医疗保健等各种工业领域。所得到的氧、氮和氩产品在一个国家国民经济中的应用十分广泛。自从上世纪70年代的两次“石油危机”以来，能源危机加深，强烈地要求许多领域能源的有效利用。在能耗很大的空气分离工业中，能源成本占了空气产品价格的75％。于是出现这样的情况，一方面，由于现代工业的发展，一些大型工业项目如钢铁工业、化学工业、石油开采等都需要由大型空分装置提供空气制品，需求量也越来越大。另一方面，能耗成本也随着能源危机，变得越来越大。因此在这样的形势下，提高空气分离技术的能量效率显得刻不容缓。内部热耦合空分技术比常规空分技术节能40％以上，节能效果显著。然而，由于内部热耦合空分过程具有强耦合、强病态、强不对称性、强反向响应等复杂的非线性动态特性，传统的机理模型虽然具有较高的预测精度，但是在线运算效...
【技术保护点】
一种针对产品浓度曲线的内部热耦合空分塔在线观测器，包括与内部热耦合空分塔直接连接的智能仪表和DCS系统。所述DCS系统包括上位机观测器、控制站、存储装置、现场总线和数据接口，存储装置、控制站及上位机观测器通过现场总线与数据接口相连接。所述智能仪表通过温度检测元件、压力检测元件、流量检测元件测量相关参数，并与数据接口连接。其特征在于：所述上位机观测器实现在线观测功能，用以预测内部热耦合空分塔未来时刻的浓度分布，由浓度曲线静态描述模块、浓度曲线动态描述模块、未来时刻内部热耦合空分塔状态预测模块等功能模块构成。其中：1)浓度曲线静态描述模块，通过智能仪表中的温度检测元件采集温度信...
【技术特征摘要】
1.一种针对产品浓度曲线的内部热耦合空分塔在线观测器，包括与内部热耦合空分塔直接连接的智能仪表和DCS系统。所述DCS系统包括上位机观测器、控制站、存储装置、现场总线和数据接口，存储装置、控制站及上位机观测器通过现场总线与数据接口相连接。所述智能仪表通过温度检测元件、压力检测元件、流量检测元件测量相关参数，并与数据接口连接。其特征在于：所述上位机观测器实现在线观测功能，用以预测内部热耦合空分塔未来时刻的浓度分布，由浓度曲线静态描述模块、浓度曲线动态描述模块、未来时刻内部热耦合空分塔状态预测模块等功能模块构成。其中：1)浓度曲线静态描述模块，通过智能仪表中的温度检测元件采集温度信息以及压力检测元件采集压强数据，采集到的数据通过数据接口进行电信号转换，并通过现场总线将检测信号输送到所述模块，用以推断出各塔板浓度分布曲线的静态描述函数如下：其中，为t采样时刻第j块塔板的液相i组分(氧气、氮气或者氩气)预测浓度，Si,h(t)、Si,l(t)分别为t采样时刻内部热耦合空分塔高压塔、低压塔浓度曲线的表征位置，Xi,h_min表示高压塔i组分浓度曲线的最小浓度值，Xi,h_max表示高压塔i组分浓度曲线的最大浓度值，γi,h表示高压塔i组分浓度曲线表征位置处的斜率，Xi,l_min表示低压塔i组分浓度曲线的最小浓度值，Xi,l_max表示低压塔i组分浓度曲线的最大浓度值，γi,l表示低压塔i组分浓度曲线表征位置处的斜率，N为总塔板数。2)浓度曲线动态描述模块，通过智能仪表中的温度检测元件采集温度信息、压力检测元件采集压强信息、流量检测元件采集气液相流率信息，采集到的数据通过数据接口进行电信号转换，并通过现场总线将检测信号输送到所述模块，再根据浓度曲线静态描述模块所获得的各塔板当前浓度信息，推断各塔板浓度分布曲线的在未来时刻的变化趋势，该模块包括以下两部分：2.1)浓度曲线动态描述函数所需的参数估计，由以下公式实现：yi,j(t)＝ki,jxi,j(t)(3)Qj(t)＝UovAΔTj(t)(6)其中，yi,j(t)为t采样时刻第j块塔板的气相i组分浓度，xi,j(t)为t采样时刻第j块塔板的液相i组分浓度，Qj(t)为t采样时刻第j块塔板的传热量，UovA为传热系数，ΔTj(t)为t采样时刻第j组塔板间温差，λ为汽化潜热，Lj(t)为t采样时刻第j块塔板的液相流量，Fj(t)为t采样时刻的进料流量，Vj(t)为t采样时刻第j块塔板的气相流量，Uj(t)为t采样时刻第j块塔板的液相采出流量，Gj(t)为t采样时刻第j块塔板的气相采出流量，qj(t)为t采样时刻的进料热状况；ki,j为第j块塔板i组分的气液平衡系数，可以由Peng-Robinson状态方程计算而来，最终的计算公式如下：
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