基于强化学习的液动节流阀阀位控制策略

控压钻井是一种复杂的钻井工艺,自动节流管汇上节流阀的控制是实现井底压力精确控制的关键技术。首先,建立控压钻井装置中液动节流阀的动态模型,该节流阀采用比例伺服阀作为液压调节元件,采用控制器控制比例伺服阀的阀芯移动改变液动节流阀液压缸中液压油的流入量,进而实现对液动节流阀阀位的控制。其次,提出一种基于深度强化学习的液动节流阀阀位控制策略,该策略利用DQN(Deep Q-Network)算法,通过液动节流阀和智能体相互交换过程中学习比例伺服阀对液动节流阀阀位的控制。最后,通过仿真和现场试验验证了阀位控制策略的有效性,为成功实施控压钻井提供了保障。

水下电液复合控制系统方向控制阀技术现状

方向控制阀是水下电液复合控制系统的核心部件。以方向控制阀为研究对象,首先介绍水下生产控制系统的国际标准对方向控制阀的具体规定,了解方向控制阀的脱锁压力、性能要求、泄漏测试及清洁度要求等;其次分析国外知名厂家生产的方向控制阀的设计参数、结构原理及解决方案等,介绍了国外知名特种化学品公司提供的特制液压油;再次总结了国内方向控制阀的技术研究现状;最后结合我国海洋油气田开发迫切需求,提出方向控制阀研制建议,为方向控制阀国产化奠定基础。

考虑调度操作安全平稳性的炼油化工生产过程调度优化

平稳运行是炼油化工企业本质安全运行、生产经济效益和挖潜增效的重要保证,然而由于原油供应以及产品需求多变,炼油化工生产装置的多操作模式运行已成为普遍现象,调度调整也日渐频繁。现有的研究方法未考虑到装置多模式切换等调度调整对平稳操作带来的影响,甚至会导致调度操作方案实际不可行。为此,提出一种考虑调度操作平稳性的炼油化工生产调度优化模型,以解决常规调度优化模型优化产生的调度调整易使生产波动从而导致调度方案不可行的难题。考虑调度操作平稳性的调度优化模型采用离散时间表示,通过操作模式的切换与装置加工速率的波动综合表征系统平稳性,建立以生产成本最低为目标的调度优化模型。为了验证所提出模型在解决实际工业问题时的有效性,采用Julia的JuMP包调用Gurobi求解器对典型案例进行仿真求解。案例仿真结果验证了所提出模型的正确性及可实施性。与常规调度优化相比,以过程动态为表征的调度操作的平稳性提高了10%以上。

基于深度学习的数据中心VRLA电池健康状态估计

健康状态(state of health,SOH)是数据中心阀控式铅酸电池(value regulated lead acid,VRLA)容量及安全管理的关键指标,而常用的SOH测量方法因检测过程放电时间长、深度大无法满足运营需求,因此对数据中心VRLA电池的健康状态估计研究是非常必要的。针对SOH数据驱动建模存在的估计精度低的问题,提出一种基于时空注意力(spatio-temporal attention,STA)和长短期记忆(long short term memory,LSTM)网络的STA-LSTM深度学习模型。该模型用时空注意力机制在输入数据的特征和时间步上分配注意力权重从而生成新的输入,使用LSTM网络对新的输入进行编码以及实现SOH估计输出。基于电池放电深度50%的数据建模应用结果表明,STA-LSTM模型取得最优估计精度,注意力机制的引入提升黑箱模型的收敛速度、估计精度及物理可解释性。

水下压力温度一体变送器技术现状

水下生产系统广泛用于海洋油气资源开发领域,其长期运行于海底泥线位置。为保障生产安全运行、降低设备的结构复杂度和运维成本,需要为水下生产设备配置高可靠性的水下温压变送器。目前,国内尚未形成水下温压变送器设计及制造技术。从全面实现水下生产系统国产化,以及站在技术制高点规划水下关键仪表的产业布局出发,本文深入剖析了水下温压变送器技术现状。首先,对水下温压变送器的工程背景和在水下生产系统的安装位置,以及对水下生产系统的关键作用进行了研究,并阐述了水下压力温度一体变送器的工作原理。其次,分析了相关标准对水下温压变送器的功能与技术要求,对比了国际主流产品的机械结构、部件材料、供电通信以及压力、温度变送器的精度、分辨率等技术参数。最后,对水下温压变送器的技术难点、国际采购面临的问题、国产化紧迫性与必要性进行了总结和展望。

炼化装置中检测仪表与执行机构的异常诊断

针对炼化装置控制回路中检测仪表与执行机构的异常诊断问题,提出一种相关分析法-聚类-支持向量描述(Support Vector Data Description,SVDD)方法。首先,选取控制回路中操纵变量与被控变量历史数据中具有动态变化特性的数据,通过相关分析法辨识其有限脉冲响应函数模型。接着,将多组有限脉冲响应模型参数构成一个数据矩阵,通过k-means算法进行聚类分析。然后,用聚类产生的类中数据较多的类训练SVDD超球体。最后,在控制回路中利用经过在线辨识出的有限脉冲响应模型参数与已经过训练的SVDD超球体进行异常诊断。利用某炼化厂实际生产数据,经过实验分析诊断出控制回路的异常原因,证实了该方法的有效性。

基于改进双卡尔曼滤波法的储能电池SOH估计

准确估计储能电池的健康状态(State-of-health,SOH),对电池的容量及安全管理有着重要意义。使用双卡尔曼滤波算法实现对模型参数和状态的估计,并结合安时积分法逆过程,实现SOH估计。为提高双卡尔曼滤波算法的鲁棒性和估计精度,对算法结构进行改进,建立起参数辨识和状态估计的耦合结构;并结合模型状态和参数的时变特点,引入多时间尺度方法,提出一种多时间尺度双扩展卡尔曼滤波算法。在放电深度为50%的恒流放电数据上的应用结果证实了所提算法的有效性,稳定后的SOH估计误差小于2 Ah,精度较改进前有较大的提升,且具有很好的鲁棒性。

基于相对增益和优先级的化工过程协调优化裕量设计

化工过程设计裕量一般是通过设计经验或经济优化给出的,设计经验无法保证经济性能的优化,而经济优化需要求解大规模非线性优化问题,计算复杂,容易陷入局部极值点,设计结果有时与设计经验违背。本文用非方相对增益阵和非方相对能量增益阵描述化工过程设计的自变量和因变量的灵敏度关系,将自变量划分为操作变量和设计变量,将因变量划分为经济指标和约束变量。相对增益具有无量纲化和归一化的优点,因此可根据经济指标和约束变量的相对增益对操作变量和设计变量划分优先级,针对过程不确定性的大小按照优先级依次调整各个操作变量和设计变量,找到对过程经济性能影响最小并有效移动操作点、远离约束边界的裕量设计方案。以串联反应釜为例对该设计方法进行了验证,结果表明,与求解经济最优化问题的裕量设计方法相比,本设计方法得到了经济性能与之接近的设计结果,计算简单,无须求解最优化问题。

原油作业过程优化的研究进展

原油作业过程是石油供应链的重要组成环节,包括炼油企业生产过程中的原油采购、原油分配、原油输送、原油储存和原油调和等多个工业流程。原油作业过程优化具有很高的学术理论价值与工业应用价值,与其相关的研究工作是目前学术界与工业界共同关注的热点。首先简要描述了原油作业过程,并对其优化问题的难点进行分析;其次,分别从优化模型、优化算法以及不确定性优化方法三个研究角度,重点阐述了原油采购优化、原油储运优化、原油调和优化以及不确定性条件下原油作业优化四个主要研究方向的学术进展,并对当前已有的研究成果进行了归纳总结;最后,对原油作业过程优化当前存在的一些问题提出了建议,并对该领域未来的发展方向与趋势进行了展望。

基于全周期缓慢结垢的多效蒸发海水淡化慢时变系统优化设计

多效蒸发(MED)是最主要的海水淡化方法之一,作为典型的慢时变系统,该系统在长期运行的过程中,往往会由于结垢导致蒸发器传热效率降低,造成减产甚至停工。为避免出现这种问题,工艺设计者会采取冗余设计,增大传热面积,这会导致设备投资的显著增加。为保证MED系统能够全周期运行,且尽可能减少总传热面积,提出了一种全周期优化设计方法。该方法以总传热面积最小为目标,对决策变量在整个周期内进行分段优化,同时考虑结垢过程、工艺变化以及控制方面的需求,对各效传热面积进行裕量设计,通过一步优化求解得到最优操作条件与最小传热面积,实现对慢时变系统的优化设计。最后,以八效MED海水淡化装置为例,同时用等面积法、等温差法、稳态优化设计方法以及全周期优化设计方法对系统进行设计。结果表明,全周期优化设计方法能够最大限度减少传热面积,大大降低了系统的设备投资,是一种有着良好应用前景的多效蒸发海水淡化系统优化设计方法。

催化裂化装置反再系统动态模拟精细化与控制系统“工艺优先”配对设计

催化裂化是目前炼油厂中的核心加工工艺,其反应-再生系统是一个多变量紧密耦合的复杂系统,动态模拟和控制系统设计难度较大。目前,催化裂化装置在进行动态建模时设置了大量假设条件,与实际状况存在诸多不符,另外当前的控制回路配对方法未考虑工艺要求,也不适用于催化裂化这样的开环不稳定系统。基于以上原因,以已建立的反应-再生系统数学模型为基础,建立精细化动态模型,对反应器和再生器模型进行真实逼近,不再忽略气相动态变化,将原模型中气相对时间的导数项恢复,通过离散化的分布参数系统模型,对离散化模型中每段提升管和烧焦罐的时变变量加入时滞。仿真结果表明,精细化动态模型更加接近实际化工生产过程。根据上述模型搭建仿真平台,通过对不稳定的反再系统进行工艺优先的控制系统设计,首先根据化工工艺设计控制回路保证系统的稳定性,然后基于相对增益阵方法设计剩余变量配对,在降低了高维系统设计复杂度的同时保证了生产过程安全。设计结果表明,对于催化裂化装置反再系统,基于工艺特性完成控制回路配对后,剩余变量无须再添加多余的控制回路就能保证控制系统的稳定性和适当的控制性能。

预测控制对串级被控对象结构变化的要求:以串联CSTR为例

在化工过程中应用预测控制时,有必要对常规串级控制结构进行简化以缩短系统稳态调节时间。通过推导预测控制器的广义被控对象模型,实现了将常规串级控制转变为主变量单回路控制、副变量单回路控制,以串级CSTR为例进行了仿真对比,结果表明:简化串级结构可以减少系统稳态调节时间。

海水淡化系统多效蒸发传热温差全周期渐变优化分析

多效蒸发海水淡化技术作为现阶段主流的海水淡化方法,在实际生产过程中工艺设计者都会对蒸发器换热面积进行冗余设计以应对系统的结垢和安全问题。在追求蒸发器冗余换热面积的利用率时,通常会伴随裕量内耗现象。与此同时,常规方法在研究的过程中并未发挥二次蒸汽阀的操作性能,系统的抗干扰能力较差。经过深入探究多效海水淡化系统的温度特性后,发现二次蒸汽阀的全周期操作既能够提高换热面积的利用率和系统的运行效益,又可以避免裕量内耗问题的发生。由此提出蒸发传热温差的全周期渐变优化方法,该方法不仅将运行效益加入系统的裕量缓释优化模型,而且对二次蒸汽阀的控制作用和全周期操作特性加以考虑,形成对系统换热面积的有效监控。最后,以8效海水淡化装置为例,对蒸发传热温差全周期渐变优化方法进行验证。结果表明,该方法能够兼顾系统运行的长短期目标,同时能够增强系统在全周期运行过程中的调控能力,降低各效蒸发器之间的耦合关系,减少裕量内耗的发生和外来驱动蒸汽的消耗,实现慢时变系统的裕量缓释。

基于稳定性的循环物流系统流程模拟--以催化裂化反应-再生系统为例

过程流程模拟中广泛应用的序贯模块法处理循环物流系统存在很多困难,如断裂流股的选择、迭代方程的收敛性等。基于稳定性理论解决循环物流系统的流程模拟问题,首先根据化工单元装置的模型方程将其分为正向模型和反向模型,并将循环物流中的变量定义为迭代变量和收敛变量;然后在收敛变量处将循环物流的流股断裂,迭代变量分别通过正向模型和反向模型计算收敛变量,二者的偏差通过增益系数对迭代变量进行修正,进而得到迭代方程;最后,利用控制理论中的稳定性理论来确定迭代方程的增益系数,将迭代方程线性化,采用劳斯判据确定增益系数的稳定范围,当增益系数位于稳定范围以内时,迭代方程必然收敛。催化裂化装置反应-再生系统因催化剂循环的存在而成为典型的循环物流系统,本文将反应器作为正向模型,再生器作为反向模型,以再生温度和再生催化剂含碳量作为迭代变量,构造了催化裂化装置反应-再生系统流程模拟的迭代方程,利用稳定性理论找到增益系数的稳定范围,保证流程模拟计算必定达到收敛,验证了该方法的可行性和有效性。

乙炔加氢串联反应器全周期乙炔转化率最优分配研究

在乙炔加氢反应器的实际生产运行过程中,乙炔加氢反应大部分在第一床层,加氢反应放出的大量热量使得床层内温度高于最佳反应温度范围,致使乙烯选择性降低,乙烯产量下降,而在进行全周期操作优化时并未考虑到此问题。因此,首先考虑温度对绿油累积的影响,修正了催化剂失活动力学方程;其次,为保证反应器各床层内温度都在最佳反应温度范围,从化学反应工程理论和实际生产过程中的安全性两个角度出发,给出两种反应器各床层乙炔转化率分配方案;最后,在常规全周期操作优化模型中添加乙炔转化率约束,建立全周期乙炔转化率分配操作优化模型,并对两种乙炔转化率分配方案进行全周期操作优化。优化结果表明,两种乙炔转化率分配方案操作优化的乙烯产量要远远高于常规操作优化,且乙炔转化率方案为33∶33∶33时,乙烯产量最高,而考虑实际生产过程中的安全性,乙炔转化率分配方案为43∶47∶10时具有更好的效果。

基于流场分析的水下液压换向阀阻尼结构优化

随着海洋油气资源的勘探水深不断增加、规模不断扩大和电子信息技术的不断更新,依托水上设施、利用水下电液复合控制系统开发海洋油气田逐渐成为一种主流的开发模式,液压换向阀是水下电液复合控制系统的核心部件。本文以两位三通液压换向阀为研究对象,首先,在Solidworks Flow Simulation仿真软件上对液压换向阀模型进行流场分析,解释了旋涡的产生,并引出加入阻尼的重要性;其次,基于流阻计算公式和流场分析结果优化液压换向阀阻尼结构;最后,通过Solidworks制作阻尼器并集成到液压换向阀中,流场分析验证阻尼器的优化效果。本文所做的研究对于水下油气生产领域的液压换向阀的研制有一定的参考价值,对于该阀的国产化研制也有一定的现实意义。