[发明专利]一种基于双层法的催化裂化主分馏塔的故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于双层法的催化裂化主分馏塔的故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)基于分馏塔精馏过程机理，通过动态模拟实现非线性分馏塔机理模型的搭建；

(2)针对非线性机理模型中非线性代数方程组进行一阶泰勒展开获得线性模型，简化建模过程得到分馏塔线性模型。

(3)进行故障检测，将动态仿真预测与历史数据进行比较，判断当前过程状态是否符合理论预测。在这个步骤中，采用严格的非线性模型来模拟真实的工厂。统计量Q被定义为实际过程数据与理论预测之间的残差，如果该统计量超出阈值，则真实过程偏离正常状态，下一步激活故障诊断。在故障诊断这一步骤中，通过迭代调用简化线性模型获得故障参数，同时采用严格的非线性模型进行第二次动态仿真，从简化模型中对模拟结果进行校正。

(4)如果该统计量未超出阈值，说明装置正常，系统继续进行检测。

2.权利要求1所述的分馏塔双层故障诊断模型，其特征在于，基于以下方程实现线性方程的简化：

1)质量和焓平衡方程

质量平衡方程(1)和(2)给出各个板的持液量。

经过简化之后，方程(1)可以简写成如下形式：

将方程(2)(3)结合，可以得到如下简化的质量平衡方程：

焓平衡的线性形式为(8)：

对于大多数塔设备，只有塔底再沸器Q_j需要估算。Q_N表示从蒸汽到最后一块板的热传递，可以通过Q_N和T_N的线性方程(9)计算获得。同时，对于Q_N和fm_stm蒸汽侧的热平衡方程(10)也是线性的。一下两个方程用于计算蒸汽流率：

Q_N＝fop_stmKA(T_N-T_stm) (9)

Q_N＝-fm_stmr_stmmw_stm(10)

2)定容闪蒸算法

与稳态模型不同，动态模型利用定容去计算相平衡。线性闪蒸方程如方程(11) 所示：

3)压力和液位计算

压力由理想气体状态方程决定，阻尼因子用于降低压力变化，方程(12)是方程(13)的线性形式：

p_jVy_j＝(1-p01)p_0jVy_j+p01×fmy_j×R×T_j(12)

4)物流流率计算

液体或蒸汽流的流量是密度、分子量和压降的函数，如方程式(14)所示。它的线性形式是方程(15)，在这个方程中，压力被认为是恒定的，以消除它对流量的影响。

5)控制器调节

精馏操作实践中使用了压力、水位、温度、流量调节等多种控制器。这些控制器广泛使用的PID(比例-积分-微分)调节规则显示在等式(16)中，其中EPS表示当前状态和设定点之间的差异(方程式(17))。用差分代替导数，忽略二阶导数，方程(16)可以线性化为方程(18)。

6)用非线性模型更新线性模型

我们的两层诊断结构(图1)的数学框架如图3所示，在非线性模型中和表示状态向量和输出向量，用和表示线性模型中向量和的估计。表示线性模型中故障参数的估计。为了故障检测，首先应求解方程(19)和(20)的非线性模型。方程(19)是非线性模型的一般形式，f表示输入向量、故障参数向量和状态向量之间的非线性关系。如果在t(Q_t+1<Q_a)中没有检测到故障，则从t到t+1的诊断过程只包含一个非线性模型，故障参数向量被视为不变目前不需要对线性模型进行更新。如果在t(Q_t+1>Q_a)时出现故障，则迭代求解线性模型来搜索故障参数向量。

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