專利名稱：殼牌煤氣化過程中煤流量儀表的計算機輔助標定方法
技術領域：
本發明涉及儀表標定技術領域，特別涉及一種殼牌煤氣化過程中煤流量儀表的計算機輔助標定方法。
背景技術：
煤氣化可將煤炭轉化為含有H2、C0的合成氣，為下游工序提供生產原料，堪稱煤化工領域的龍頭。作為第二代煤氣化技術，殼牌煤氣化(Shell Coal Gasification Process, SCGP)具有高效、節能、污染小等優點，是目前最潔凈的煤炭綜合利用技術之一。從工藝特點看，SCGP屬于干粉輸送進料、氣流床氣化，該過程中煤粉和氧氣并流進入氣化爐內，在極為短暫的時間內完成升溫、揮發分脫除、裂解、燃燒及轉化等一系列物理和化學反應，最終生成粗合成氣離開氣化爐。
工藝控制層面上，SCGP通過調節煤粉進料量來控制氧化反應的深度，以維持合適的氣化爐爐膛溫度和氣化效率。要跟蹤好煤流量設定值，不僅需保證控制回路的穩定，也應確保煤流量反饋信息的準確與精確，其中煤流量的校準至關重要。這是因為煤粉通常由載氣輸送(一般為氮氣或二氧化碳)，屬氣固兩相流，其物料流動情況相當復雜，直接影響管線上煤流量儀表的計量準確性。如果煤流量控制不準、導致爐溫過高，將損壞燒嘴、燒嘴罩、 水冷壁等內件設備；如果爐溫過低，會引起燒嘴罩掛渣回火，同樣導致燒嘴罩損壞等生產事故的發生，直至裝置停車。由于煤氣化裝置停車一天就將帶來數百萬元的巨大損失，其長周期安全運行便顯得尤為關鍵，因而相關企業對煤流量儀表的標定高度重視。
在SCGP中，粉煤氣化爐有四路進料管線(1# 4#)，每兩路管線由一套煤粉輸送系統供料，每套煤粉輸送系統主要包括依次相連的煤粉貯倉、煤粉鎖斗、煤粉給料倉(參考
圖1)。四路管線上各有一個切換流路的三通閥(V-0102/0202/0302/0402)，三通閥的入口與煤粉輸送系統的出口相連，三通閥的第一出口與氣化爐相連，三通閥的第二出口與煤粉貯倉相連。正常運行時，三通閥與粉煤氣化爐連通，形成供料流路，此時來自磨煤干燥單元(CMD)的煤粉貯存在煤粉貯倉中，當煤粉鎖斗處于常壓狀態時，打開煤粉鎖斗的上閥 (XV-010I/0201)，關閉煤粉鎖斗的下閥(XV-0102/0202)，使煤粉貯倉的煤粉流入煤粉鎖斗， 料滿后關閉上閥，通入高壓氮氣加壓后打開下閥使煤粉自流進入煤粉給料倉中，卸完后關閉下閥，排出氮氣降至常壓再重復上述流程；而在開工前進行煤流量儀表標定時，三通閥轉而與煤粉貯倉連通，在煤粉給料倉與氣化爐保持一定壓差的情況下，煤粉在不同負荷下循環至煤粉貯倉中，通過煤粉貯倉稱重值的單位時間增加量y對煤粉管線穩定時流量儀表測量值的單位時間累積量χ進行修正，即以煤粉貯倉稱重值為基準來標定煤流量儀表，該過程也稱為煤循環。儀表布局上，每條煤粉管線上安裝有兩套煤流量儀表，其中靠近煤粉給料倉的一套用于提供控制時的流量測量反饋，靠近氣化爐的另一套則用于裝置安全聯鎖，每套儀表各由一塊密度計和速度計組成。
目前殼牌煤氣化過程中煤流量儀表標定存在以下問題
(1)標定過程依靠操作工手動完成，通常是從DCS (分布式控制系統)的歷史趨勢按一定采樣間隔(一般為5分鐘)抄錄數據進行計算，不但費時費力、效率低下，還容易出現抄錄或計算失誤。
(2)煤粉管線生產數據的采樣周期是ls，人工抄錄既無法充分利用生產數據，也使得對數據的處理喪失了靈活性。
(3)由于精力有限，操作工一般只標定四條煤粉管線上用于控制的流量儀表，而用于聯鎖的儀表并沒有進行標定，這使得聯鎖儀表所提供的冗余信息難以有效利用，不利于煤粉管線數據校正與故障診斷方案的實施。
(4)現有儀表標定采用線性回歸方式，沒有充分考慮煤流量儀表靜態特性中的非線性因素，造成標定精度較低，并且人工標定的方法更不容易實現高階回歸。發明內容
(一)要解決的技術問題
本發明要解決的技術問題是如何提高煤流量儀表的標定速度和精度。
(二)技術方案
為解決上述技術問題，本發明提供了一種殼牌煤氣化過程中煤流量儀表的計算機輔助標定方法，包括以下步驟
Al 在線采集煤循環期間的位號信息，采樣周期為Ts，采樣個數為N，所采集的位號信息包括煤粉三通閥切換標志位S= [Sd), S (2), ...，S (N)]、煤流量設定值Fsp = [ 31)(1)斤31^2)，...斤31)(吣]、煤粉貯倉稱重值6、煤粉密度P和煤粉速度u，其中N為正整數；當煤粉三通閥切換標志位S = C時，將煤粉三通閥與煤粉貯倉連通，然后通過修改煤流量設定值Fsp進行不同負荷下的煤循環，其中C為常量；
A2 根據所采集的煤粉三通閥切換標志位S和煤流量設定值Fsp，進行負荷區間劃分獲得煤循環的負荷數M，以及負荷區間集合Z= (Z1, Z2,…，4}，第i個負荷區間4 = [Bi, bj，其長度為 Ni = b-ai+1,1 ^ i ^M, 1 ^ B^bi ^N；
A3:在負荷區間&內尋找時間長度為Ti的最平穩煤流量區域Ai = [Ai(I), k,{2), ...，Ai (Li)],其數據序列長度Li = [TiAJ ；搜索得到Ai的起點在負荷區間Zi中的位置為Pi, MAi = [Fi(Pi), Fi(P^l),…，Fi(PJLi-I)],對應煤粉貯倉稱重值序列為Bi = [Gi (Pi)5Gi (Pi+1),…，Gi(P^Li-I)]；
A4:通過煤粉貯倉稱重變化與煤流量累積值的線性回歸效果評估最平穩煤流量區域八1的可靠性，煤流量累積序列為
C1= Ojs-A1(I),JlfjAi(J), ".HAi(J)_ ；=1 ；=1 _
對應的煤粉貯倉稱重變化值序列為
Di = [(^Bi(Z)-Bi (IhBi (3)-Bi(I), ···, Bi(Li)-Bi(I)]
其中，Bi (j)表示向量Bi中的第j個元素；
對03卩Ci進行線性回歸，若其回歸均方根誤差小于閾值Rlim，則判定最平穩煤流量區域可靠，否則修改Ai的長度再重新搜索，得到新的Ai后，再評估Ai的可靠性，若評估H次后仍未滿足要求，則從負荷區間集合Z中刪除該負荷區間，同時將負荷數M減1 ；
A5 在得到M個可靠的Ai的基礎上進行煤流量儀表標定，得到標定公式；
A6 利用所述標定公式對原始煤流量進行校正。
優選地，所述步驟A2中進行負荷區間劃分具體包括
Bi、設負荷區間集合中的一個負荷區間為[Pa，Pb]，煤循環標志位為I，當前采樣時刻為k，煤流量設定值記錄為# ,煤循環負荷下限為Fmin，煤循環時間下限為Tmin，則做如下初始化M = 0，Z= {}，Pa= l，Pb = 1，I =0，k= I,F = O-,
Β2、判斷是否S (k) = 1，是則執行步驟B3，否則執行步驟B5 ；
B3、判斷是否1=0，是則執行步驟B4，否則執行步驟B6 ；
B4、判斷是否Fsp(k) >Fmin，是則令I = 1，F = ，Pa = k，再執行步驟B8 ；
B5、判斷是否I = 1，是則執行步驟B7，否則執行步驟B8 ；
B6、判斷是否/^㈨=戶,若是則執行步驟B8 ；
B7、令 I = 0，Pb = k-1 ；判斷是否 Pb-Pa > Tmin/Ts，若是則令 Z = {Z，[Pa，Pb]}，M = M+1 ；
B8、判斷是否k = N，是則結束，否則令k = k+Ι，再執行步驟B2。
優選地，對負荷區間Zi,所述步驟A3中，利用移動窗搜索算法在負荷區間\內尋找時間長度為Ti的最平穩煤流量區域Ai,具體包括如下步驟
(1、設&中的當前位置為1^，當前移動窗的數據均值為P,對應標準差為σ，最穩移動窗為Ai,其起點在Zi中的位置為Pi，MAi = [Fi (Pi)5Fi (Pi+1),…，Fi(PJLi-I)],對應標準差為。min;初始化 k' = !,F = ^fjF1U) ,σ = .-1-!^^)^] 'Pi = k'，。min =
權利要求
1.一種殼牌煤氣化過程中煤流量儀表的計算機輔助標定方法，其特征在于，包括以下步驟Al 在線采集煤循環期間的位號信息，采樣周期為Ts，采樣個數為N，所采集的位號信息包括煤粉三通閥切換標志位S = [S(I), S(2), S (N)]、煤流量設定值Fsp= [Fsp(I), Fsp⑵，...，Fsp(N)]、煤粉貯倉稱重值G、煤粉密度P和煤粉速度u，其中N為正整數；當煤粉三通閥切換標志位S = C時，將煤粉三通閥與煤粉貯倉連通，然后通過修改煤流量設定值 Fsp進行不同負荷下的煤循環，其中C為常量；A2 根據所采集的煤粉三通閥切換標志位S和煤流量設定值Fsp，進行負荷區間劃分獲得煤循環的負荷數M，以及負荷區間集合Z = (Z1, Z2,…，，第i個負荷區間& = [ai; bj，其長度為 Ni = b-ai+1,1 ^ i ^ M,1 ^ ai bi ^ N ；A3 在負荷區間Zi內尋找時間長度為Ti的最平穩煤流量區域Ai = [Ai(I) ,^(2),.. ·， Ai (Li)],其數據序列長度Li = [TiAJ ；搜索得到Ai的起點在負荷區間&中的位置為Pi， PJAi = [Fi(Pi), Fi(PJl)，…，Fi(PJLi-I)],對應煤粉貯倉稱重值序列為 Bi = [Gi(Pi), Gi (Pi+1),…，Gi(P^Li-I)]；A4 通過煤粉貯倉稱重變化與煤流量累積值的線性回歸效果評估最平穩煤流量區域Ai 的可靠性，煤流量累積序列為C1= 0, Ts-A1(I), Ts^jAiU) ,-, Ts^jAiU)_ ；=1 ；=1 _對應的煤粉貯倉稱重變化值序列為Di= [(^Bi(Z)-Bi (IhBi (3)-Bi(I), -,Bi (Li)-Bi(I)]其中，Bi (j)表示向量Bi中的第j個元素；對01和Ci進行線性回歸，若其回歸均方根誤差小于閾值Rlim，則判定最平穩煤流量區域可靠，否則修改Ai的長度再重新搜索，得到新的Ai后，再評估Ai的可靠性，若評估H次后仍未滿足要求，則從負荷區間集合Z中刪除該負荷區間，同時將負荷數M減1 ； A5 在得到M個可靠的Ai的基礎上進行煤流量儀表標定，得到標定公式； A6 利用所述標定公式對原始煤流量進行校正。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A2中進行負荷區間劃分具體包括Bi、設負荷區間集合中的一個負荷區間為[Pa，Pb]，煤循環標志位為I，當前采樣時刻為 k，煤流量設定值記錄為# ,煤循環負荷下限為Fmin，煤循環時間下限為Tmin，則做如下初始化 M = 0, Z = {},Pa= LPb= 1,1 =0,k= I,F = O-Β2、判斷是否S(k) = 1，是則執行步驟B3，否則執行步驟B5;B3、判斷是否I = 0，是則執行步驟B4，否則執行步驟B6 ；B4、判斷是否Fsp(k) > Fmin,是則令I = 1，戶=~(幻，& = 1^，再執行步驟88;B5、判斷是否I = 1，是則執行步驟B7，否則執行步驟B8 ；B6、判斷是否/^(幻,若是則執行步驟B8 ；B7、令 I = 0，Pb = k-l ；判斷是否 Pb_Pa>Tmin/Ts，若是則令 Z = {Z，[Pa，Pb]}，M = M+l ； B8、判斷是否k = N，是則結束，否則令k = k+Ι，再執行步驟B2。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，對負荷區間Zi,所述步驟A3中，利用移動窗搜索算法在負荷區間τ、內尋找時間長度為Ti的最平穩煤流量區域Ai,具體包括如下步驟(1、設&中的當前位置為1^，當前移動窗的數據均值為廣,對應標準差為σ，最穩移動窗為Ai,其起點在&中的位置為PiJlJ Ai = [Fi (Pi)5Fi (Pi+1),…，Fi(Pi+L「l)]，對應標準差為初始化
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟A5具體為定義第i個負荷區間下的原始煤流量為Ai內的煤流量均值
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述三種回歸方式的選擇準則為，設定取舍閾值為U，線性回歸、二次多項式回歸、三次多項式回歸對應的擬合均方根誤差分別為 RMSE1, RMSE2, RMSE3，若 RMSEyRMSE2 < U，則選擇線性回歸，否則再判斷 RMSE2/RMS& < U 是否成立，成立則選擇二次多項式回歸，不成立選擇三次多項式回歸。
全文摘要
本發明涉及儀表標定技術領域，公開了一種殼牌煤氣化過程中煤流量儀表的計算機輔助標定方法，本發明在線采集煤循環階段相關生產信息，實現煤循環負荷區間的自動劃分及流量平穩區的自動搜索，并估算平穩區數據的可靠性，最后根據標定需求提供線性回歸、二次和三次多項式回歸功能，同時給出回歸方式的選擇基準。本發明的方法可以有效避免傳統煤流量儀表標定中人工抄錄和計算所出現的失誤，提升數據處理的靈活性，顯著提高標定速度和標定精度。
文檔編號G01F25/00GK102519557SQ20111042454
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者呂文祥, 郭飛鴻, 黃德先 申請人:清華大學