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        FCCU精餾塔故障診斷專家系統(tǒng)的研究與開發(fā)

        2016-11-23 02:19:29孟帥李賀安磊程闖
        關(guān)鍵詞:專家系統(tǒng)精餾塔故障診斷

        孟帥+李賀+安磊+程闖

        摘 要:精餾系統(tǒng)在催化裂化裝置中起著承上啟下的作用,是石油化工中非常重要的一環(huán)。催化裂化精餾過程機(jī)理復(fù)雜,測量變量眾多、變量之間相關(guān)性嚴(yán)重,難以采用傳統(tǒng)的方法對過程中的故障進(jìn)行檢測與診斷,而使用專家系統(tǒng),可以提高故障診斷效率,減少設(shè)備對維修人員的依賴性。

        關(guān)鍵詞:故障診斷;專家系統(tǒng);精餾塔

        中圖分類號:TQ015 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-8937(2016)27-0016-02

        催化裂化(Fluidized Catalytic Cracking Unit簡稱FCCU)是非常重要的石油二次加工手段,是工藝過程復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)效益高的重要生產(chǎn)裝置之一,其各變量間相互關(guān)聯(lián)、藕合影響,工藝設(shè)備繁多,該裝置能否安全正常運(yùn)行,直接關(guān)系著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[1]。故障診斷專家系統(tǒng)作為故障診斷的工具和手段,可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與工廠專家的經(jīng)驗(yàn)知識相結(jié)合,從而提高診斷效率,減少設(shè)備維修對人員的依賴性。

        1 催化裂化精餾系統(tǒng)工作流程

        催化裂化裝置主要由反應(yīng)-再生系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)、產(chǎn)品精制系統(tǒng)、主風(fēng)及煙氣能量回收系統(tǒng)等組成[2]。

        在催化裂化裝置中精餾系統(tǒng)起著承上啟下的作用,它上接反應(yīng)系統(tǒng),下連吸收穩(wěn)定系統(tǒng)。精餾系統(tǒng)主要由精餾塔、柴油汽提塔、原料油緩沖罐、回?zé)捰凸抟约八斢蜌饫淠鋮s系統(tǒng)、各中段循環(huán)回流及產(chǎn)品的熱量回收系統(tǒng)組成,其主要任務(wù)是將來自反應(yīng)系統(tǒng)的高溫油氣脫過熱后,根據(jù)各組分沸點(diǎn)的不同切割為富氣、汽油、柴油、回?zé)捰秃陀蜐{等餾分,通過工藝因素控制,保證各餾分質(zhì)量合格;同時(shí)可利用精餾塔各循環(huán)回流中高溫位熱能作為穩(wěn)定系統(tǒng)各重沸器的熱源。FCCU精餾塔簡圖,如圖1所示。

        催化裂化精餾塔一般有32層固舌形塔盤(一中段可采用浮閥塔盤)。從上到下依次為頂回流、一中回流、二中回流(或回?zé)捰脱h(huán))和油漿循環(huán)。

        2 精餾塔的常見故障及現(xiàn)象

        2.1 精餾塔塔頂塔盤堵塞

        原因:原料中含有過多鹽類;緩和的反應(yīng)條件;精餾塔內(nèi)上升氣相中攜帶過多焦炭和催化劑粉末;塔頂操作氣相線速過低;頂循中含有過多的明水;操作不穩(wěn),特別是精餾塔全塔負(fù)荷變化過大。現(xiàn)象:頂循環(huán)量大幅下降,塔頂溫度大幅上升,塔頂壓力大幅上升。

        現(xiàn)象:頂循環(huán)量大幅下降,二中循環(huán)量下降,塔頂壓力大幅上升,塔頂溫度顯著上升,油漿上、下返塔循環(huán)量大幅下降。

        2.2 塔頂回流帶水

        原因:塔頂回流油由塔頂回流油罐抽出,如果回流油罐油水界位控制不好或失靈,水界位高過正常范圍超過回流汽油抽出管水平面位置時(shí),回流油將含水共同送至塔頂,或者塔頂水冷卻器管束腐蝕穿孔,大量冷卻水漏進(jìn)回流油罐來不及脫水,也可造成回流油帶水。

        現(xiàn)象:塔頂壓力上升,塔頂溫度下降,頂循環(huán)量下降,一中抽出溫度下降。

        2.3 精餾塔液泛

        原因:如果由于機(jī)械原因或氣相負(fù)荷太大,或兩者兼有,造成液體不能順利沿塔向下流動(dòng),液體就會在塔板上或填料內(nèi)聚集,則稱產(chǎn)生了液泛。液泛會逐板向上發(fā)展。一般不經(jīng)控制,液泛能夠自動(dòng)平穩(wěn),因?yàn)楫?dāng)液層到達(dá)板間距非常大的空間時(shí),液頭的持續(xù)增長,會產(chǎn)生足夠的推動(dòng)力,在造成更上一層板液泛前迫使液體沿塔向下流動(dòng)。

        現(xiàn)象:回流罐液面下降,塔頂壓力上升,塔頂溫度下降,塔底液位上升。

        2.4 精餾塔沖塔

        原因:由于精餾塔內(nèi)汽相負(fù)荷過大,大量氣流通過塔板沖開液層使氣液兩相沒有很好接觸就塔底沖岀,下面的重組分帶上去,使側(cè)線產(chǎn)品不合格。

        現(xiàn)象:塔頂壓力顯著上升,塔頂溫度顯著上升,頂循環(huán)抽出溫度大幅上升,一中抽出溫度顯著上升,二中抽出溫度顯著上升,塔底液位下降。

        2.5 回?zé)捰捅贸榭?/p>

        原因:機(jī)泵故障,回?zé)捰凸抟何豢刂剖ъ`,回?zé)捰统槌龀隹诙氯?,反?yīng)進(jìn)料量太低等都會造成回?zé)捰捅贸榭铡L幚聿患皶r(shí),會使精餾油氣中的催化劑粉塵攜帶到精餾塔塔盤,對于將回?zé)捰妥鞣€(wěn)定塔底重沸器熱源裝置,會使穩(wěn)定汽油蒸汽壓超標(biāo)。

        現(xiàn)象:二中循環(huán)量大幅下降,二中抽出溫度大幅上升,人字塔板上溫度大幅上升,塔頂溫度上升,塔頂壓力上升,塔底液位下降。

        2.6 頂回流泵抽空

        原因:機(jī)泵故障,反應(yīng)進(jìn)料量太低,反應(yīng)深度過小,從頂回流泵入口回?zé)捨塾蛶畤?yán)重,柴油抽出溫度壓得過低會造成塔頂回流泵抽空。精餾塔頂回流泵抽空會導(dǎo)致汽油干點(diǎn)超高。

        現(xiàn)象:頂循環(huán)量大幅下降,塔頂溫度大幅上升,塔頂壓力大幅上升。

        3 故障診斷專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

        一般的專家系統(tǒng)可以形容為:專家系統(tǒng)=知識庫+推理機(jī)。

        知識庫和推理機(jī)是專家系統(tǒng)最為重要的組成部分,但除此之外專家系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)庫、知識獲取機(jī)構(gòu)、解釋機(jī)構(gòu)及人機(jī)界面等組成部分[3]。

        專家系統(tǒng)具有很強(qiáng)的針對性,因此不同的專家系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能也不完全相同。要對催化裂化精餾塔進(jìn)行故障診斷,通過裝置運(yùn)行參數(shù)獲取故障征兆從而進(jìn)行推理,并為用戶提出操作指導(dǎo),其系統(tǒng)功能主要有以下幾點(diǎn):

        ①專家系統(tǒng)具有獲取裝置運(yùn)行參數(shù)的能力,能通過對數(shù)據(jù)源的訪問獲得必要的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù);

        ②專家系統(tǒng)能對參數(shù)進(jìn)行處理得到系統(tǒng)故障征兆,從而進(jìn)行推理并得出結(jié)論,實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)的主要推理功能;

        ③專家系統(tǒng)具有對知識庫的管理功能,包括對新知識的錄入、對原有知識的修改和刪除功能。

        4 故障診斷專家系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)

        4.1 知識表示

        研究專家系統(tǒng)的目的是要建立一個(gè)能模擬人類智能行為的系統(tǒng)。為達(dá)到這個(gè)目的,就必須研究人類智能行為在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中如何表示,只有這樣才能把知識存儲到計(jì)算機(jī)中以供現(xiàn)實(shí)問題的求解。

        一般故障診斷專家系統(tǒng)的診斷型知識采用產(chǎn)生式規(guī)則表示。產(chǎn)生式規(guī)則是一個(gè)以“如果滿足這個(gè)條件,就應(yīng)該得到這個(gè)結(jié)論”的形式表示的語句,產(chǎn)生式規(guī)則的最初形式為:

        IF規(guī)則條件部分(條件1,條件2,…,條件n)

        THEN結(jié)論

        例如“回?zé)捰捅贸榭铡钡墓收峡梢杂卯a(chǎn)生式規(guī)則表示為:

        IF(人字塔板上溫度大幅上升)and(塔底液位下降)and(塔頂溫度大幅上升)and(塔頂壓力上升)

        THEN回?zé)捰捅贸榭铡?/p>

        4.2 知識獲取

        非自動(dòng)知識獲取是目前成功的傳統(tǒng)專家系統(tǒng)所采用的方法,其工作方式,如圖2所示。

        故障診斷專家系統(tǒng)的自動(dòng)知識獲取,主要通過對文獻(xiàn)、期刊的查閱和Internet網(wǎng)絡(luò)的搜索以及對領(lǐng)域?qū)<业淖稍?,獲得相應(yīng)精餾系統(tǒng)的故障診斷知識,并進(jìn)行分析整理后,輸入到專家系統(tǒng)的知識庫中。

        4.3 開發(fā)工具

        專家系統(tǒng)外殼又稱為專家系統(tǒng)骨架,是由已有的成功的專家系統(tǒng)演化而來的。它把原系統(tǒng)中具體的領(lǐng)域知識抽出,而保留原系統(tǒng)的基本的知識庫和推理機(jī)結(jié)構(gòu),所以稱為“外殼”。利用專家系統(tǒng)外殼作為開發(fā)工具,只需要將新的領(lǐng)域知識按其規(guī)則填充到專家系統(tǒng)中區(qū),就能生成新的專家系統(tǒng)[4]。CLIPS是良好的專家系統(tǒng)開發(fā)工具。目前,對于使用CLIPS開發(fā)專家系統(tǒng),很多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)進(jìn)行了深入而全面的應(yīng)用和研究。

        CLIPS和其他語言的接口很容易實(shí)現(xiàn)。我們可以把CLIPS程序嵌入到其他高級語言所編寫的程序中來使用,CLIPS同樣也可以把其他高級語言作為外部函數(shù)來調(diào)用。

        我們可以在因特網(wǎng)上免費(fèi)下載到CLIPS的開發(fā)環(huán)境軟件包,其中包含一個(gè)clips.dll文件,這就是由CLIPS的開發(fā)者所提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件。如Load、Run、Reset等CLIPS的核心命令都被封裝在這個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫中。通過對此動(dòng)態(tài)鏈接庫中函數(shù)的調(diào)用就可以實(shí)現(xiàn)CLIPS絕大多數(shù)的核心功能。我們通過引入clips.dll文件將去掉原來人機(jī)交互界面的CLIPS的內(nèi)核嵌入到VC++所編寫的程序中,這樣就實(shí)現(xiàn)了VC++和CLIPS的混合編程。另外,我們也可以在相關(guān)的網(wǎng)站下載到名為clipsmfc.h.cpp的文件,CLIPS開發(fā)者通過這個(gè)文件實(shí)現(xiàn)了一個(gè)CCLIPSWrap類。這個(gè)類封裝了clips.dll中所有的函數(shù),符合VC++的語言習(xí)慣,并且使用起來更加簡單方便。

        5 結(jié) 語

        人工智能是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的前沿科學(xué),專家系統(tǒng)作為其中的一個(gè)主要分支在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。將專家系統(tǒng)用于故障診斷領(lǐng)域是一個(gè)發(fā)展方向,它可以提高大型、復(fù)雜系統(tǒng)的安全性,具有廣闊的發(fā)展前景和經(jīng)濟(jì)意義。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 杜殿林.FCCU反-再系統(tǒng)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和SDG模型的混合故障診斷 系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].北京:北京化工大學(xué),2006.

        [2] 李慶萍,宋以常,蔡永清.催化裂化裝置培訓(xùn)教程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出 版社,2006.132-133.

        [3] 魯青.基于FTA的故障診斷專家系統(tǒng)的研究[D].青島:山東科技大學(xué), 2006.

        [4] 萬鳳琴,熊曉英.基于專家系統(tǒng)CLIPS的故障診斷研究[J].航空精密制 造技術(shù),2008,44(4):52-54.

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