一種自適應限速濾波與催化劑流量實時觀測器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自適應限速濾波與催化劑流量實時觀測器；由包含自適應限速濾波器的工況檢測器、催化劑流量實時計算器、催化劑流量時滯觀測器、再生催化劑流量實時校正器組成，由實測再生滑閥壓降和開度，給出再生催化劑流量的實時計算值；按再生器和反應沉降器動態(tài)熱平衡和動態(tài)物料平衡確定具有時滯的待生催化劑流量和再生催化劑流量；以具有時滯的再生催化劑流量對再生催化劑流量實時計算值進行實時校正；本觀測器每隔3-10秒給出當前時刻催化劑流量的數值和可能發(fā)生的故障和催化劑流動不正常的信息，為反應深度的在線實時分析判斷、操作控制和實時優(yōu)化提供了依據。
【專利說明】一種自適應限速濾波與催化劑流量實時觀測器

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油加工過程中催化裂化裝置中反應器與再生器間催化劑流量的在 線實時確定與數據處理的自適應限速濾波方法。

【背景技術】
[0002] 催化裂化是石油加工過程中將重油和渣油轉變?yōu)檩p質油的一個重要生產裝置。其 主要特點是：催化裂化是一個吸熱反應過程，在反應過程中因結焦而失去活性的待生催化 齊IJ，流到再生器中將焦炭燒掉而恢復活性，稱為再生催化劑。燒焦后具有較高溫度的再生催 化劑，循環(huán)流回至反應器，提供了催化裂化反應所需的熱量。催化裂化反應深度不僅與再生 催化劑的溫度和活性有關，進入反應器的再生催化劑流量是影響反應深度的重要因素，改 變再生滑閥開度以調整再生催化劑流量，是控制反應深度的主要手段。但因催化劑是處于 高溫下的固體粉塵，對其在管線中流動時的流量尚無有效的測量方法，運行過程中催化劑 的流量不得而知，使催化裂化反應深度的實時分析與確定，反應深度的操作控制和優(yōu)化難 于圓滿實現。
[0003] 目前，常用再生器穩(wěn)態(tài)熱平衡對催化劑循環(huán)量進行估算，認為待生催化劑流量與 再生催化劑流量是相等的，但生產過程運行時，經常處于動態(tài)變化之中，再生器內催化劑藏 量和熱量的積蓄量都在隨時發(fā)生變化，穩(wěn)態(tài)熱平衡計算不能適應實際運行時的動態(tài)變化， 不能準確給出實際運行時的催化劑流量，再生催化劑流量與待生催化劑流量常常是不同 的，統(tǒng)稱為催化劑循環(huán)量也是不準確的。
[0004] 用再生器熱平衡計算時需要再生煙氣中氧氣和一氧化碳含量的實測值，需要進入 再生器的待生催化劑溫度實測值，這些實測變量都具有一定時間滯后，而現代催化裂化管 式反應器中反應物停留時間只有三秒鐘左右，依據再生器熱平衡計算不可能給出當前時刻 進入反應器的催化劑流量，不能依此實時判斷反應深度，不便于反應深度的操作控制。
[0005] 要提供催化劑流量的實時值，通常需要與催化劑流量有關的實測變量。由于催化 劑是粉塵狀，有關實測信息均有較大的噪聲，需要濾波處理，現有濾波方法在濾掉噪聲，又 要保持其實時響應，矛盾較大，這是實時確定催化劑流量需解決的問題，也是一般數據處理 中需要解決的一個問題。
[0006] 與催化劑流量實時計算相關的另一個實際問題是催化劑流動狀態(tài)和實時計算的 催化劑流量是否正常。催化劑流化不正常是實際運行時常常遇到的問題，比較明顯的不正 ?，F象是"架橋"和"塌方"，常常還有不很明顯的流動不正?，F象，都會影響反應深度的操 作控制，影響正常生產，也是一個不安全的因素。但目前對催化劑流動不正常，尤其是不很 明顯的流動不正常，缺少實時檢測的方法，是反應深度控制和安全運行需要解決問題之一。


【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種自適應限速濾波與催化劑流量實時觀測器；利用自適應 限速濾波數據處理方法和催化劑流量實時變化值，給出催化劑流動的非正常工況和故障信 息，為反應深度的在線實時分析判斷、操作控制和實時優(yōu)化提供依據。
[0008] 本發(fā)明所述的催化劑流量實時觀測器的結構如圖1所示，由包含自適應限速濾波 的工況檢測器、催化劑流量實時計算器、催化劑流量時滯觀測器、催化劑流量實時校正器組 成，其功能是每隔3-10秒給出當前時刻催化劑流量的數值和可能發(fā)生的故障和催化劑流 動不正常的信息。
[0009] 1.工況檢測器（圖1中的1)
[0010] 利用實測變量，給出所需不可測變量的實時值，是不可測變量實時計算的基本方 法。為使本發(fā)明給出的催化劑流量能準確及時的反映實際情況，對實測變量進行濾波處理、 對計算結果進行故障檢測、對催化劑循環(huán)流動是否正常進行實時檢測，是非常必要的，本工 況檢測器包括：
[0011] 1-1對實測變量進行自適應限速濾波：在實測過程變量噪聲較大時，除常用的各 種數字濾波器外，采用下述自適應限速濾波方法：
[0012] 設：V(t)=當前時刻實測變量值
[0013] v(t-td)=前一時刻實測變量值；td=計算周期
[0014] Va (t)=經濾波處理后的當前時刻的變量值
[0015] LuX):實測變量當前時亥Ij增加量限值
[0016] U>0 :實測變量當前時刻降低量限值
[0017] LtlX):實測變量當前時刻變化量初始(最?。┫拗?br> [0018] Lm>0 :實測變量當前時刻變化量最大限值
[0019] Λ>〇 :實測變量當前時刻變化量限值調整量
[0020] 設定初值=Lu=L1=Ltl
[0021] 自適應限速濾波器運行規(guī)律如下：

【權利要求】
1. 一種自適應限速濾波與催化劑流量實時觀測器，其特征在于：由自適應限速濾波的 工況檢測器、催化劑流量實時計算器、催化劑流量時滯觀測器、催化劑流量實時校正器組 成，觀測器每隔3-10秒給出當前時刻催化劑流量的數值和可能發(fā)生的故障和催化劑流動 不正常的信息； 所述的具有自適應限速濾波的工況檢測器，對實測變量進行濾波、對計算結果進行故 障檢測、對催化劑流動是否正常進行實時檢測； 所述的催化劑流量實時計算器，由實測再生滑閥壓降和開度給出再生催化劑流量計算 值，由實測待生滑閥壓降和開度給出待生催化劑流量計算值； 所述的催化劑流量時滯觀測器，按再生器和反應沉降器動態(tài)熱平衡和動態(tài)物料平衡確 定具有時滯的待生催化劑流量和再生催化劑流量； 所述的催化劑流量實時校正器，以催化劑流量時滯觀測器給出的再生催化劑流量 (?.仏）為標準，對再生催化劑流量實時計算器給出的再生催化劑流量(^(〇進行實時校正。
2. 根據權利要求1所述的自適應限速濾波與催化劑流量實時觀測器，其特征在于：所 述的自適應限速濾波的工況檢測器： 1-1對實測變量進行自適應限速濾波：在實測過程變量噪聲較大時，除常用的各種數 字濾波器外，采用下述自適應限速濾波方法： 設：V(t)=當前時刻實測變量值V(t_td) =前一時刻實測變量值；td=計算周期 Va (t)=經濾波處理后的當前時刻的變量值 LuX):實測變量當前時刻增加量限值 U>〇 :實測變量當前時刻降低量限值 LtlX):實測變量當前時刻變化量初始限值 Lm>〇 :實測變量當前時刻變化量最大限值 Λ>〇 :實測變量當前時刻變化量限值調整量 設定初值=Lu=U=Ltl 自適應限速濾波器運行規(guī)律如下： IfiLu ^ V(t)-V(t-td) ^ 0 then: Va (t) =V (t) Ll=L0 Lu-Lu- Δ if: Lu^L0, Lu-L0 if:0 ^ V(t)-V(t-td) ^ -Ll then: Va (t) =V (t) Lu=L0 Ll=Ll-δ if：LL<L〇, Ll=L0 if:V(t)-V(t-td)>Lu then: Va (t) =V (t-td) +Lu L1=L0 Lu-Lu+ Δ if: Lu〉Lm, Lu-Lm if: V (t) -V (t~td) <~Ll then: Va (t) =V (t-td) -Ll Lu=L0 Ll=Ll+Δ if：LL>Lm, Ll=Li11 1-2變量的故障檢測：對催化劑流量的計算結果進行故障檢測與處理， 當計算結果超上限或超下限，則維持在上限或下限；若超速率限，則維持原值不變；若在設 定的時間長度內無變化，也給出故障信息，在計算所用實測過程變量中，只要有一個實測變 量出現故障，則停止計算，保持故障前的計算結果不變，并給出故障信息； 1- 3對催化劑流動非正常狀態(tài)進行實時檢測：除利用實測變量和觀測計算結果的故障 信息外，在原料油流量和溫度，再生溫度和煙氣氧含量無突然變化的情況下，給出以下實時 判斷催化劑流動不正常的方法： ① 提升管反應器中下部溫度變化速率超設定的上下限； ② 提升管反應器中下部溫度與提升管出口溫度的差值超出設定的上下限； ③ 提升管溫度與計算所得宏觀反應熱變化方向突然不一致； ④ ￠0)與在當前時刻t的差值超過設定值； < =由再生催化劑流量實時計算器給出的再生催化劑流量 g=由再生催化劑流量時滯觀測器給出的再生催化劑流量 €⑴L?-U當前時刻的差值超過設定值； < =由待生滑閥計算的待生催化劑流量。
3.根據權利要求1所述的自適應限速濾波與催化劑流量實時觀測器，其特征在于：所 述的催化劑流量實時計算器： 2- 1.由實測再生滑閥壓降和開度，按下式給出再生催化劑流量：
其中：〇)=由再生滑閥特性計算的再生催化劑循環(huán)量； uM(t)=當前時刻的滑閥開度（%); aaUO=實測滑閥壓降經濾波后的值； < =可調參數； G,:=可調零點 再生滑閥壓降實測值也可用以下各實測值計算得到： Δp(t) =Δpgr (t) +k5ffrg (t) -rpgg (k) -Δprr (t) -Δpcyc (t) 其中：Λp=由其它實測變量計算的再生滑閥壓降 Apgr=prg-praprg=再生器壓力pra=反應器壓力 Wq=再生催化劑流出的再生床層中催化劑藏量 Apgg=再生滑閥前再生斜管壓降 ΛΡ"=提升管反應器壓降 ΛPc^1=沉降器旋風分離器壓降 若有再生滑閥前壓力實測值Pto，也可按下式計算： Δρ(t) =pbr⑴-Δprr⑴-Δpcyc ⑴ 不論實測的還是用其它實測變量計算的再生滑閥壓降Λρ，均需經濾波處理，用Δ尸二 表示，用來計算催化劑循環(huán)量；由于上述各實測壓降具有較大的測量噪聲，需經濾波處理； 常用的濾波方法在濾除噪聲的同時使變量的響應變慢，不適應催化裂化提升管反應器快速 響應的要求，本專利給出的自適應限速濾波器可較好的解決這一問題； 2- 2由實測待生滑閥壓降和開度，按下式給出待生催化劑流量：
變量符號與上述相同，只是將上下標中r的改為s，表示為待生滑閥。除實測待生滑閥 壓降外，也可用沉降器藏量、待生斜管壓降、兩器差壓、再生器藏量、旋風分離器壓降等實測 變量計算待生滑閥壓降，經濾波處理后代入上式計算。
4.根據權利要求1所述的自適應限速濾波與催化劑流量實時觀測器，其特征在于：所 述的催化劑流量時滯觀測器： 3- 1.按再生器動態(tài)熱平衡和物料平衡確定待生催化劑流量：其特點是考慮運行過程 中再生器及其相關設備中熱量和物料量隨時間變化時產生的熱量和物料積蓄量變化，利用 實測變量和生產過程機理，隨時給出最接近當前時刻的催化劑流量； 3-2另一個特點是考慮實測變量中存在的時間滯后，每隔一定時間^，給出有一定時 滯，但是可能的最新時刻的催化劑流量值，稱為催化劑流量時滯觀測器； 3-3根據以上特點，給出待生催化劑流量確定方法如下：
其中τ _ τ _=實測變量中最長的滯后時間 一般情況下，以下實測變量有時間后： 煙氣氧含量測量的滯后時間為τ。， 煙氣一氧化碳含量滯后時間為τ。， 反應沉降器溫度到再生器入口滯后時間為h， 設：Tmax=Max[τ〇, τ。，τJ=τ〇 貝Ij :tc=t_ ( τ腸χ- τ c)，tft- ( τ腸χ- τ丄） C5.(~ )=在tτ時刻的待生催化劑流量 h。(T)=催化劑在溫度為T時的焓值 Trg=再生催化劑（催化劑流出再生器）的溫度 Τ_=流入再生器的待生催化劑溫度，通常溫度測點設在反應沉降器出，到再生器入口 有一定的時間滯后 Qb(tτ)=燒焦產生的熱量
其中：=焦炭生成二氧化碳的燃燒熱 Η。。=焦炭生成一氧化碳的燃燒熱Fa=主風流量（Nm3/h) Ofg=再生煙氣中氧含量實測值 Cfg=再生煙氣中一氧化碳含量實測值 若有助燃劑，可認為煙氣中一氧化碳含量為零； 若無煙氣中一氧化碳含量在線儀表，可用后續(xù)一氧化碳鍋爐產生的熱量計算煙氣中一 氧化碳含量；一氧化碳鍋爐產生的熱量計算方法與下述外取熱鍋爐熱量計算相同； Qd(tτ )=再生器內動態(tài)積蓄熱量變化
其中：η=再生器段數 Scd,W_=第i段再生器中催化劑的熱容量和藏量； Swi，Wwi=第i段再生器中器壁的熱容量和重量； Ssti，Wsti=第i段再生器中金屬組件的熱容量和重量，包括內外取熱盤管的重量； Cai=第i段再生器床層中氣體升高1°C所需的熱量； I；gi=第i段再生器床層中催化劑的溫度； UtT)=內取熱帶出熱量 =取熱介質流量'取熱介質進出焓差 Α，《(?τ)=外取熱帶出熱量=蒸汽流量X蒸汽洽值+動態(tài)積蓄熱
其中：Tb=蒸汽溫度， Cb=鍋爐溫度升高rc所需的熱量 Qa(tτ )=主風自再生器中帶出的熱量和積蓄熱量變化 =SaFa(tJ[Trg(tJ-Ta(tJ] 其中：Trgi=第i段再生器（煙氣）的溫度Ta=主風進入再生器的溫度 3- 4由反應沉降器的動態(tài)物料平衡和上述再生器動態(tài)特性計算的待生催化劑流量G= 確定再生催化劑流量:
實測的反應沉降器中催化劑藏量。
5.根據權利要求1所述的自適應限速濾波與催化劑流量實時觀測器，其特征在于：所 述的再生催化劑流量實時校正器： 4- 1存儲當前時刻以前再生催化劑流量<?(~)值，至少多于催化劑流量實時觀測器所 用實測過程變量中最長滯后時間τ_的歷史數據； 4-2在每個采樣時刻，實時修正再生催化劑流量(Jt)計算中的零點，即在每個當前時 刻t，令：; 4-3當再生滑閥開度變化超過設定的門檻值后，在設定時間內不對G^1進行上述實時 修正。
【文檔編號】G01F1/00GK104457858SQ201310416838
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權日:2013年9月13日
【發(fā)明者】袁璞, 黃德先, 陳玲聰 申請人:袁璞