精馏塔的故障诊断方案设计

由宏君

(辽宁石油化工大学化工学院,辽宁抚顺,113001)

摘　要　本文简单地介绍了精馏塔故障诊断的必要性。主要讨论了精馏塔的故障诊断专家系统和故障诊断的具体步骤(其中主要包括建立设备档案、确定检测方法、检测周期及维修时间和性能预测及档案管理)。只有将维修技术、故障诊断技术和计算机远程监测技术有机的结合,才能有效地预防和避免事故、优化操作条件和延长操作周期,为企业取得更大的经济效益和社会效益。

关键词　精馏塔　故障诊断　方案设计

中图分类号　T Q051.81 文献标识码　B 文章编号　1008-9411(2004)02-0037-02

1　引　言

精馏塔在石油化工行业中占有很重要的地位,是化工企业和炼油企业生产过程中应用极为广泛的传质传热设备,其目的是将混合物中的各组分分离,达到规定的纯度[1]。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度,即在同一温度下,各组分的饱和蒸汽压不同这一性质,使液相中的轻组分转移到汽相中,而汽相中的重组分转移到液相中,从而达到分离的目的,因此精馏装置操作的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。

精馏塔的故障诊断成为化工生产的重要环节,由于影响精馏塔生产操作和产品质量因素很多,关系特别复杂,这就影响了石油化工企业的安全生产。近年来随着计算机[2]和人工智能、神经网络技术的发展[3]及精馏过程的理论(例如塔的工艺计算、塔板力学计算以及塔的附属设备的计算等)日趋成熟,如何将计算机和精馏过程的理论有机结合应用到精馏塔的故障诊断中去,是炼油企业关注的问题之一。正因为如此,国内外对精馏过程的故障诊断进行了广泛的研究,多数采用了建立数学模型的方法。本文详细地讨论了精馏塔的故障诊断的设计方案。

2　精馏塔故障诊断的方案设计

2.1　建立精馏塔故障诊断专家系统

常见的精馏塔故障见图1

建立精馏塔故障诊断知识库方法结构示意图2

该方法主要包括四个部分:故障输入、基于解释学习模型、定量深层知识库和结果输出到领域知识库。首先输入一个故障,然后调用定量深层知识库,启动基于解释学习模型的学习模型,获得一条学习,该描述直接用于故障诊断,最后将该描述存到领域知识库,其中定量深层知识库需要不断地更新,补充新的故障诊断方法[1]。

2.2　诊断步骤

2.2.1　

建立设备档案

图1　常见的精馏塔故障

无论任何设备都存在潜在的故障,而设备的使用过程就是一个由潜在故障向功能故障转化的过程,其故障发展曲线如图3所示。为了对精馏塔进行经济而有效的维护,有必要建立设备档案,对精馏塔运行状况跟踪记录,了解精馏塔各部件的历史记录情况及其运行状态,从而采用定期检测及相应的故障诊断方法,在精馏塔发生功能故障之前检测出其潜在的故障,避免功能故障的发生。

2.2.2　确定检测方法

图1概括了精馏塔的故障情况,其主要故障有塔板效率低、塔底温度低、回流温度高和液泛等。针对以上故障,应用γ射线现场扫描检测技术[3,4],可以诊断和消除故障、优化操作条件和延长操作周期

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第29卷第2期

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图2　

精馏塔故障诊断知识库方法结构示意图

图3　潜在故障向功能故障发展的示意图

等,并且为炼油和化工企业指导生产提供重要数据或科学依据。2.2.3　确定精馏塔检测周期及维修时间

对精馏塔各个部件的监测周期的确定要依赖于精馏塔本身的寿命,在这里取精馏塔的平均极限寿命为T ,则检测周期T c =T/n d ,其中n d 为离散度系数。n d 的确定取决于设备运行的环境状况。精馏塔的维修时间要视检测后的精馏塔状况来确定,在这里规定精馏塔的最大运行状态为精馏塔在发生故障前各参数能够达到的最大值,当其中的一个或几个参数超过该值时,即认为精馏塔已经达到极限寿命,需要修理。2.2.4　建立性能预测及档案管理

在精馏塔每次进行检测之后,要对检测的情况作档案记录,同时确定设备的可用度(即设备的剩余寿命)以及下次检测的时间,所以必须进行性能预测,设备性能预测的数字建模如下:

设X{x 1,x 2,…,x n }是长度为N 反映精馏塔N 个时刻运行状态的时间系列,x i 为描述机械设备运行状态的某一特征参数,x i ∈R n (i =1,…,N ),现要预报

k 步以后的机械设备的运行状态,即求出x N +k 。

将第(N +k )个时刻的状态x N +k 与前N 个状态

间的内在联系用函数关系F 表示:

x N+k =F (x 1,x 2,…,x n )

(1)

则精馏塔的寿命预测可表示为通过建立数学模型找出F ,使得任给ε>0,有

‖F (X )-FF (X )‖=‖x N+k -xx N+k ‖<ε(2) 其中F (X )=x N +k 实际状态值,FF (X )=x N +k 预测模型值

。

图4　精馏塔档案管理系统

档案管理系统包括精馏塔整体状态、精馏塔各组件

性能以及经济技术评价,其系统流程如图4所示。

3　结　论

随着现代科技的迅速发展,现代化的故障诊断

系统不断完善,如人工智能、神经网络和动态仿真软件在故障诊断的应用,能够及时准确地预防和避免事故的发生,因此将维修技术、故障诊断技术和计算机远程监测技术有机的结合,是今后炼油和化工企业故障诊断发展方向。

参

考

文

献

1　吕翠英,徐亦方,沈复等.一种用于建造多塔精馏过程故

障诊断专家系统知识库的方法[J ].计算机与应用化学,

1995,12(1):7～10,50

2　黄克谨,钱积新,孙优贤等.精馏塔通用动用仿真软件及

其在控制系统设计中的应用[J ].系统仿真学报,1994,6

(4):49～56.

3　郑明方,眭帷红.精馏塔神经元网络推断控制[J ].石油化

工高等学校学报,2001,14(4):71～73.

4　颜祥富,魏伟胜,鲍晓军.塔设备故障诊断γ射线扫描检

测技术的开发[J ].炼油设计,2000,30(8):24～27.

5　颜祥富,李志强,周丽纯.利用γ射线扫描检测塔内故障

[J ].石化技术,2001,8(1):39～41.

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(收稿日期　2003-12-03)

作者简介

由宏君(1971～),男,山东省海洋县人,讲师(在读博士研究生),已公开发表论文20篇。

Scheme Design of Malfunction Diagnosis of Distillation Columns

You Hongjun

(Petrochemical Faculty ,Liaoning University of Petroleum &Chemical T echnology ,Fushun ,Liaoning 113001)Abstract :The necessity of malfunction diagnosis of distillation columns was sim ply introduced in this paper.The ex 2pert system ,and the concrete method of malfunction diagnosis of distillation columns which mainly included to establish e 2quipment file ,determine the measuring method ,examine cycle and maintain time ,foresee performance and manage pile ,were discussed.I f the maintaining technology and the malfunction diagnosis technology and the com puter long 2distance in 2specting technology were combined ,it could effectively prevent and av oid accident and optimize operation condition and in 2crease operation cycle and provide better economic s ocial benefits for industries.

K ey w ords :Distillation columns ,malfunction diagnosis ,scheme design

(上接19页)

On the G as Supply B alance and Its Countermeasure in the City

G as Construction Period

Ning Qiushi 1

　Cao Ying 2

　Song Junyi 3

　Li Zhongmo

(1.Harbin C oal Chemical C o.,Ltd.,Harbin ,Heilongjiang 150076;2.Harbin Fuel G as Engineering &Design Research Institute ,Harbin ,Heilongjiang 150076;3.Harbin Fuel G as Development C orporation ,Harbin ,Helongjiang 150076;4.G eo 2logical Research Institute of Sinc 2chem G eological Mine G eneril Bureau ,Zhuzhou ,Hebei 072754)

Abstract :Based on the gas ratio of industry to civil use ,charge forecasting ,production and supply adjustment ,plan 2ning and design ,it discussed the gas supply balance in the construction period of city gas.

K ey w ords :G as ,balance ,industry and civil use ,charge ,productiona and supply ,planning and design

(上接24页)

On Social Economy and Dominant I ndustry in G uizhou Province

Xu Yuanling Zhu Chengbai

(G uizhou Sci 2tech Engineering V ocational C ollege ,G uiyang 550008)

Abstract :Based on the views of design and aim of economic development ,discussed the situation and opportunity of G uizhou economy in West China ,and advanced that is should develop vig orously dominant industr to boost economic devel 2opment with rich natural res ource.

K ey w ords :G uizhou ,economy ,industry

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