胡明剛

（青島諾誠(chéng)化學(xué)品安全科技有限公司，山東青島 266000）

吸附法油氣回收技術(shù)作為成品油庫(kù)油氣治理的主流工藝，隨著國(guó)家環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，如何確保環(huán)保裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行成為研究重點(diǎn)。吸附法油氣回收技術(shù)所用活性炭性能是決定排放的直接因素，如何利用預(yù)測(cè)方法對(duì)活性炭的性能進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，從而判斷活性炭是否達(dá)到使用壽命，為用戶判斷活性炭是否更換提供依據(jù)，確保油氣回收裝置滿足國(guó)家環(huán)保的排放要求。

1 預(yù)測(cè)模型機(jī)理

灰色預(yù)測(cè)模型的公式表示方式為GM（x，y）[1]，其中x代表預(yù)測(cè)模型計(jì)算中采用的階次，y則代表預(yù)測(cè)中模型引用的變量數(shù)量。在工程應(yīng)用中最常用的預(yù)測(cè)模型為應(yīng)用在簡(jiǎn)單工況場(chǎng)合的一階的單變量預(yù)測(cè)模型GM（1，1）以及應(yīng)用在復(fù)雜工況場(chǎng)合的一階多變量灰色預(yù)測(cè)模型 GM（1，y）。系統(tǒng)某一個(gè)變量的獨(dú)立變化是不存在的，利用GM（1，1）模型對(duì)單個(gè)變量進(jìn)行預(yù)測(cè)，變量間潛在的關(guān)聯(lián)規(guī)律容易被忽略，降低了灰色模型預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。多變量灰色預(yù)測(cè)模型GM（1，n）是從系統(tǒng)多個(gè)變量統(tǒng)一規(guī)律出發(fā)，對(duì)變量間的潛在規(guī)律進(jìn)行充分挖掘，預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度也相對(duì)提高。多變量灰色預(yù)測(cè)模型GM（1，y）與單變量灰色模型有著本質(zhì)的區(qū)別，多變量灰色預(yù)測(cè)模型GM（1，y）可以將同一系統(tǒng)中看似無(wú)明確定量關(guān)系y個(gè)變量在同一個(gè)預(yù)測(cè)模型中同時(shí)進(jìn)行批量處理，并將y個(gè)變量的關(guān)系式轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｎ⒎址匠獭?/p>

系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)之前，需要將系統(tǒng)機(jī)理分析判斷，篩選系統(tǒng)中的需要預(yù)測(cè)的關(guān)鍵變量，并根據(jù)已掌握的知識(shí)與信息判斷系統(tǒng)的其他變量與關(guān)鍵變量之間的相互關(guān)聯(lián)度程度。將關(guān)鍵變量和與其關(guān)聯(lián)度高的多個(gè)變量作為數(shù)據(jù)集，整理數(shù)據(jù)集內(nèi)各個(gè)變量相同特定歷史區(qū)間的真實(shí)數(shù)值，并依據(jù)變量數(shù)值收集的時(shí)間順序進(jìn)行排列整理，得到變量的數(shù)據(jù)矩陣X（0）。

數(shù)據(jù)首先進(jìn)行光滑度和準(zhǔn)灰指數(shù)規(guī)律的檢驗(yàn)，將數(shù)據(jù)矩陣序列X（0）進(jìn)行一次累加計(jì)算，得到數(shù)據(jù)矩陣X（1）。

考慮到n組變量之間的相互關(guān)聯(lián)和相互影響的因素，建立n元一階常微分方程組，如（5）所示：

其中，

其中，

用最小二乘法進(jìn)行估值，求參數(shù)A，B

由上述公式可以得到灰色多變量模型的預(yù)測(cè)公式如下所示：

將式（1-7）做累減還原，

當(dāng)k＜m時(shí)，為模擬值，當(dāng)k=m時(shí)，為濾液值，當(dāng)k＞m時(shí)，為預(yù)測(cè)值。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 關(guān)鍵變量的選取

本文選用多變量灰色模型對(duì)吸附吸收法油氣回收裝置的吸附性能參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)并對(duì)預(yù)測(cè)精度進(jìn)行檢驗(yàn)，篩選可以反映裝置吸附性能的變量。本文選擇中國(guó)石化南方某成品油庫(kù)吸附法油氣回收裝置作為驗(yàn)證裝置，對(duì)裝置的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)期的取樣分析。表1為活性炭溫升、排放濃度與活性炭四氯化碳值的數(shù)據(jù)分析表。

表1 活性炭溫升、排放濃度及活性炭的四氯化碳值對(duì)照表

從表1可以看出，活性炭床層溫升、排放濃度與活性炭四氯化碳的變化趨勢(shì)一致，因此活性炭性能的衰減可以通過(guò)活性炭床層溫升與油氣的排放濃度進(jìn)行間接表征。床層溫升與排放濃度作為吸附性能高度關(guān)聯(lián)變量，選擇床層溫升T、排放濃度A作為油氣回收裝置的性能變量。為將兩個(gè)具備高度關(guān)聯(lián)度的變量之間隱藏的聯(lián)系規(guī)律進(jìn)行更為充分的發(fā)掘，故采用以T、A為雙變量的一階灰色預(yù)測(cè)模型GM（1，2）進(jìn)行發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)模型選用的數(shù)據(jù)集數(shù)量為9組，數(shù)據(jù)集內(nèi)的歷史參數(shù)隨時(shí)間進(jìn)行滾動(dòng)更新迭代，始終保證灰色預(yù)測(cè)模型每次預(yù)測(cè)依據(jù)的實(shí)時(shí)性。

2.2 數(shù)據(jù)收集

本文選擇中國(guó)石化南方某油庫(kù)的運(yùn)行數(shù)據(jù)作為應(yīng)用案例，將油庫(kù)吸附吸收裝置的PLC控制系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理，將服務(wù)器中的床層溫升T、床層出口濃度A的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理。雖然預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度與分析的樣本數(shù)據(jù)數(shù)量有很大關(guān)聯(lián)性影響，單個(gè)變量歷史數(shù)目過(guò)多或過(guò)少都會(huì)導(dǎo)致模型求解難度的極大增強(qiáng)，會(huì)弱化系統(tǒng)中潛在的故障因素引起數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)失真。本文將當(dāng)天全天采集的溫升與濃度參數(shù)取平均值，以后每4個(gè)月進(jìn)行一次時(shí)間數(shù)據(jù)采集，共采集了9組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 活性炭溫升、排放濃度及活性炭

2.3 預(yù)測(cè)案例

本案例將采集的有效數(shù)據(jù)引入灰色模型的數(shù)據(jù)集中進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，得到變量的預(yù)測(cè)值。利用T和A的有效樣本數(shù)據(jù)構(gòu)建擁有進(jìn)2個(gè)變量灰色預(yù)測(cè)模型，得到兩變量灰色模型的方程系數(shù)：

將系數(shù)帶入灰色模型，得到兩變量灰色模型的預(yù)測(cè)公式如下：

利用灰色模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，并得到灰色模型的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2所示。

圖1 活性炭床層溫升T的預(yù)測(cè)結(jié)果

圖2 吸附床層出口濃度預(yù)測(cè)結(jié)果

分別對(duì)床層吸附溫升T、吸附床層出口濃度A的未來(lái)3a進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 活性炭溫升T、出口濃度A預(yù)測(cè)值

多變量灰色模型對(duì)油氣回收裝置的活性炭溫升及再生時(shí)間趨勢(shì)進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，將此作為裝置吸附性能的診斷參數(shù)，并將預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了誤差檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)模型的預(yù)測(cè)精度達(dá)到二級(jí)預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，滿足工程應(yīng)用的要求。利用此模型預(yù)測(cè)出裝置未來(lái)3a內(nèi)的運(yùn)行趨勢(shì)，預(yù)測(cè)結(jié)果顯示在第20個(gè)月出現(xiàn)床層吸附溫升約12℃，床層排放濃度值接近臨界值，已經(jīng)潛在排放超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，需開(kāi)展活性炭更換準(zhǔn)備工作。

3 結(jié)論

主要開(kāi)展了多變量灰色模型在吸附法油氣回收裝置性能預(yù)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究。多變量灰色預(yù)測(cè)模型可以通過(guò)對(duì)性能參數(shù)（活性炭吸附溫升、裝置排放濃度）初期數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將其變化趨勢(shì)在預(yù)測(cè)時(shí)間段內(nèi)展現(xiàn)的更為充分。通過(guò)后期的數(shù)據(jù)對(duì)比，證明此方法有較高的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)精度，并將該方法在吸附法油氣回收的活性炭更換中進(jìn)行了預(yù)測(cè)應(yīng)用。通過(guò)此方法的應(yīng)用，可以快速掌握活性炭的各項(xiàng)性能指標(biāo)，為活性炭是否需要更換提供快速的決策依據(jù)，有效提高了企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中的主動(dòng)性，降低了環(huán)保超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。