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CN106054950A - 一种原油调合的双闭环控制方法 - Google Patents

一种原油调合的双闭环控制方法 Download PDF

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CN106054950A CN201610398609.8A CN201610398609A CN106054950A CN 106054950 A CN106054950 A CN 106054950A CN 201610398609 A CN201610398609 A CN 201610398609A CN 106054950 A CN106054950 A CN 106054950A
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Abstract

本发明涉及一种原油调合的双闭环控制方法，包括以下步骤：步骤一，罐性质调节器根据输入的原油罐调合总量、原油罐调合目标性质、初始原油罐存油量、初始罐存原油调合实测性质的值得出调合头调合原油目标性质；步骤二，副回路控制周期内运算、调节与执行；步骤三，主回路控制周期内运算、调节与执行。本发明解决了原油调合配比控制不精确、控制调节不及时、安全性差、操作强度大、很难满足生产需求的问题。

Description

一种原油调合的双闭环控制方法
技术领域
本发明涉及一种原油罐调合双闭环控制方法，尤其是用于动态计算多种组分原油质量配比，使目标原油性质达到设定性质的控制运算方法。
背景技术
原油调合是指按一定配比，调合两种或多种原油获得具有期望物理化学性质的混合原油的过程。在原油品种越来越多，品质参差不齐的情况下，如何通过原油调合，将各种不同原油混合成性质变化平稳、符合相关炼油装置弹性加工范围约束的原油，逐渐成为炼化企业从计划、调度、操作执行到事后评价各层面工作的重中之重。
原油调合主体设备有调合组分罐、掺炼泵、调节阀、掺炼线、调合头等。设备投资大，耗能多，使用和维护成本高。准确、及时计算多种组分原油质量配比，实施配比动态控制调节、从而提高原油调合的一次性成功率，直接影响着整个生产成本和经济环节。
人工原油调合存在调合配比控制不精确、控制调节不及时、安全性差、操作强度大等缺点，很难满足生产需求。采用单闭环控制，当一旦发现调合目标不能满足要求后，对调合过程无能为力；或发生组分原油性质剧烈变化、执行仪表误差并能及时得到及时克服、处理。本发明提出一种用于原油罐调合双闭环控制方法，尤其是用于动态计算多种组分原油质量配比，使目标原油性质精确达到设定性质。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种原油罐调合双闭环控制方法，该原油罐调合双闭环控制方法解决了原油调合配比控制不精确、控制调节不及时、安全性差、操作强度大、很难满足生产需求的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的一种原油罐调合双闭环控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、在计算机内输入原油罐调合总量、原油罐调合目标性质、初始原油罐存油量、测量的初始罐存原油调合实测性质，罐性质调节器根据上述数据计算出调合头调合原油目标性质；
步骤二、副回路控制周期内运算、调节与执行：组分配方调节器根据调合头调合原油目标性质和实际测量的n种组分原油性质计算得出n种组分原油质量配比K，根据获得的质量配比K进行组分流量分配执行，质量配比K进行组分流量分配执行后获得一个调合量，此时时间持续为一个副回路控制周期，质量配比K进行组分流量分配执行后获得的调合量为一个副回路控制周期内的调合量，然后进入下一个副回路控制器周期，在下一个副回路控制器周期开始时刻，在调合头处测量出调合头调合原油实测性质，测量出的调合头调合原油实测性质反馈到组分配方调节器，组分配方调节器将调合头调合原油实测性质与调合头调合原油目标性质进行比较，若调合头调合原油实测性质与调合头调合原油目标性质之间的误差大于性质误差限值，重新计算得出新的K值；若调合头调合原油实测性质与调合头调合原油目标性质之间的误差小于性质误差限值，则K值不变；然后按照K值执行分配各组分流量，累加每个副回路控制周期内的调合量；
步骤三、主回路控制周期内运算、调节与执行：步骤二时间持续为一个主回路控制周期，步骤二中累加的每个副回路控制周期内的调合量为一个主回路控制周期调合量，在调合罐处测量获得新的罐存原油调合实测性质，将初始原油罐存油量与一个主回路控制周期调合量累加即可获得新的原油罐存油量，将新的原油罐存油量、新的罐存原油调合实测性质反馈到罐性质调节器，罐性质调节器根据新的原油罐存油量、新的罐存原油调合实测性质及一个主回路控制周期调合量计算得出新的调合头调合原油目标性质，重复步骤二，累加每个主回路控制周期内调合量得出主回路控制周期的已调合总量，若主回路控制周期的调合总量小于三分之二的原油罐调合的总量，则重复步骤三执行下一个主回路控制周期；若主回路控制周期的调合总量大于等于三分之二的原油罐调合的总量且小于原油罐调合的总量，则修改主回路控制周期，重复步骤三进入下一个主回路控制周期；若主回路控制周期的调合总量总大于等于原油罐调合的总量，则整个调节过程结束。
所述具体运算控制步骤如下：
(1)计算调合头调合原油目标性质Phs的初始值Phs0：
Mr(0)P+MtPhs0＝(Mr(0)+Mt)Ps
(2)组分配方调节器，根据Phs、及Pj获得n种组分原油质量配比K；
(3)在一个主回路控制周期To(p)(p取1,2，…；取To(1)＝To0)时间内：
1)一个副回路控制周期Ti(p，q)内(q取1,2，…，To(p)/Ti)，取Ti(p,q)＝Ti0，按质量配比K控制各组分流量，对应调合量Mp,q；
2)一个副回路控制周期时间到后，比较Phs及Ph；
若误差|Phs-Ph|<Pe，下一个副回路控制周期配比K不变，并执行新的配比；
若误差Phs-Ph>Pe，则按Phs(q+1)＝Phs(q)-KpPe按(2)进行新的配比计算并执行；
若误差Ph-Phs>Pe，则按Phs(q+1)＝Phs(q)+KpPe按(2)进行新的配比计算并执行；
3)累计一个主回路控制周期的调合量Mo(p)＝∑Mp,q；
4)q自加1后，返回1)进入一个副回路控制周期继续执行下，直至q＝To/Ti+1转下一步(4)执行；
(4)罐性质调节器实现下一个主回路控制周期调合头调合原油目标性质Phs(p+1)的计算：
Mr(p)P+(Mt-M0(p))Phs(p+1)＝(Mr(p)+Mt-Mo(p))Ps
(5)计算累计主回路控制周期的调合总量∑Mo(p)，则Mr(p)＝Mr(0)+∑Mo(p)，p自加1，然后q复位为1：:
若∑Mo(p)<2Mt/3，直接转(3)进入下一个主回路控制周期To(p+1)，循环执行；
若2Mt/3t≤∑Mo(p)<Mt，修改主回路控制周期To＝To0/2，然后转(3)进入下一个主回路控制周期To(p+1)，循环执行；
若∑Mo(p)≥Mt，则整个原油调合结束；
其中：Mt：原油罐调合的总量，Ps：原油罐调合目标性质，To(p)：第p个主回路控制周期，To0：初始主回路控制周期，Ti(p，q)：第p个主回路控制周期内第q个副回路控制周期，Ti0：初始副回路控制周期，Mr(p)：第p个主回路周期的原油罐存油量，Mr(0)：初始原油罐存油量，P：罐存原油调合实测性质，Pe:性质误差限值，Kp:性质调整系数，Mo：一个主回路控制周期的调合量，Mo(p)：第p个主回路控制周期的调合量，Phs：调合头调合原油目标性质，Phs0：初始调合头调合原油目标性质，Pj：组分原油j实测性质，Ph：调合头调合原油实测性质，Mp,q：第p个主回路控制周期内第q个副回路控制周期的调合量，∑Mp,q：第p个主回路控制周期内的q个副回路控制周期累加的调合量。
所述n种组分原油性质、调合头原油实测性质、罐存原油调合实测性质通过性质分析仪表获取。
所述每个副回路控制周期的调合量、主回路控制周期的调合量均通过流量计监测。
所述主回路控制周期初始值为1min。
所述一个副回路控制周期为Ti0＝5s。
本发明采用上述结构及方法后，具有以下优点：
基于原油罐调合的总量、原油罐调合目标性质、主回路控制周期的调合量、原油罐存油量、罐存原油调合实测性质，进行当前主回路控制周期中调合头调合原油目标性质初始值预测运算，并将此预测值作为副回路控制周期中组分配方调节器的输入设定值；副回路控制周期中组分配方调节器基于主回路控制周期预测运算输入的调合头原油目标性质初值、各调合组分原油性质及调合头调合原油实测性质，运算并控制各组分流量质量配比。主回路控制可以基于已调合罐内原油的量及性质对下一个主回路控制周期的目标作出调整，使得最终调合目标达标；副回路控制则可以及时有效抑制由于组分原油性质变化、执行仪表误差引起的对调合过程的影响。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的框架原理示意图。
具体实施方式
图1所示，一种原油罐调合双闭环控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、在计算机内输入原油罐调合总量、原油罐调合目标性质、初始原油罐存油量、测量的初始罐存原油调合实测性质，罐性质调节器根据上述数据计算出调合头调合原油目标性质；
步骤二、副回路控制周期内运算、调节与执行：组分配方调节器根据调合头调合原油目标性质和实际测量的n种组分原油性质计算得出n种组分原油质量配比K，根据获得的质量配比K进行组分流量分配执行，质量配比K进行组分流量分配执行后获得一个调合量，此时时间持续为一个副回路控制周期，质量配比K进行组分流量分配执行后获得的调合量为一个副回路控制周期内的调合量，然后进入下一个副回路控制器周期，在下一个副回路控制器周期开始时刻，在调合头处测量出调合头调合原油实测性质，测量出的调合头调合原油实测性质反馈到组分配方调节器，组分配方调节器将调合头调合原油实测性质与调合头调合原油目标性质进行比较，若调合头调合原油实测性质与调合头调合原油目标性质之间的误差大于性质误差限值，重新计算得出新的K值；若调合头调合原油实测性质与调合头调合原油目标性质之间的误差小于性质误差限值，则K值不变；然后按照K值执行分配各组分流量，累加每个副回路控制周期内的调合量；
步骤三、主回路控制周期内运算、调节与执行：步骤二时间持续为一个主回路控制周期，步骤二中累加的每个副回路控制周期内的调合量为一个主回路控制周期调合量，在调合罐处测量获得新的罐存原油调合实测性质，将初始原油罐存油量与一个主回路控制周期调合量累加即可获得新的原油罐存油量，将新的原油罐存油量、新的罐存原油调合实测性质反馈到罐性质调节器，罐性质调节器根据新的原油罐存油量、新的罐存原油调合实测性质及一个主回路控制周期调合量计算得出新的调合头调合原油目标性质，重复步骤二，累加每个主回路控制周期内调合量得出主回路控制周期的已调合总量，若主回路控制周期的调合总量小于三分之二的原油罐调合的总量，则重复步骤三执行下一个主回路控制周期；若主回路控制周期的调合总量大于等于三分之二的原油罐调合的总量且小于原油罐调合的总量，则修改主回路控制周期，重复步骤三进入下一个主回路控制周期；若主回路控制周期的调合总量总大于等于原油罐调合的总量，则整个调节过程结束。
所述具体运算控制步骤如下：
(1)计算调合头调合原油目标性质Phs的初始值Phs0：
Mr(0)P+MtPhs0＝(Mr(0)+Mt)Ps
(2)组分配方调节器，基于授权专利“一种多原油多性质调合优化方法(ZL201210052695.9)”根据Phs、及Pj获得n种组分原油质量配比K；
(3)在一个主回路控制周期To(p)(p取1,2，…；取To(1)＝To0)时间内：
1)一个副回路控制周期Ti(p，q)内(q取1,2，…，To(p)/Ti)，取Ti(p,q)＝Ti0，按质量配比K控制各组分流量，对应调合量Mp,q；
2)一个副回路控制周期时间到后，比较Phs及Ph；
若误差|Phs-Ph|<Pe，下一个副回路控制周期配比K不变，并执行新的配比；
若误差Phs-Ph>Pe，则按Phs(q+1)＝Phs(q)-KpPe按(2)进行新的配比计算并执行；
若误差Ph-Phs>Pe，则按Phs(q+1)＝Phs(q)+KpPe按(2)进行新的配比计算并执行；
3)累计一个主回路控制周期的调合量Mo(p)＝∑Mp,q；
4)q自加1后，返回1)进入一个副回路控制周期继续执行下，直至q＝To/Ti+1转下一步(4)执行；
(4)罐性质调节器实现下一个主回路控制周期调合头调合原油目标性质Phs(p+1)的计算：
Mr(p)P+(Mt-M0(p))Phs(p+1)＝(Mr(p)+Mt-Mo(p))Ps
(5)计算累计主回路控制周期的调合总量∑Mo(p)，则Mr(p)＝Mr(0)+∑Mo(p)，p自加1，然后q复位为1：:
若∑Mo(p)<2Mt/3，直接转(3)进入下一个主回路控制周期To(p+1)，循环执行；
若2Mt/3t≤∑Mo(p)<Mt，修改主回路控制周期To＝To0/2，然后转(3)进入下一个主回路控制周期To(p+1)，循环执行；
若∑Mo(p)≥Mt，则整个原油调合结束；
其中：Mt：原油罐调合的总量，Ps：原油罐调合目标性质，To(p)：第p个主回路控制周期，To0：初始主回路控制周期，Ti(p，q)：第p个主回路控制周期内第q个副回路控制周期，Ti0：初始副回路控制周期，Mr(p)：第p个主回路周期的原油罐存油量，Mr(0)：初始原油罐存油量，P：罐存原油调合实测性质，Pe:性质误差限值，Kp:性质调整系数，Mo：一个主回路控制周期的调合量，Mo(p)：第p个主回路控制周期的调合量，Phs：调合头调合原油目标性质，Phs0：初始调合头调合原油目标性质，Pj：组分原油j实测性质，Ph：调合头调合原油实测性质，Mp,q：第p个主回路控制周期内第q个副回路控制周期的调合量，∑Mp,q：第p个主回路控制周期内的q个副回路控制周期累加的调合量。
所述n种组分原油性质、调合头原油实测性质、罐存原油调合实测性质通过性质分析仪表获取。
所述每个副回路控制周期的调合量、主回路控制周期的调合量均通过流量计监测。
所述主回路控制周期初始值为1min。
所述一个副回路控制周期为Ti0＝5s。
基于原油罐调合的总量、原油罐调合目标性质、主回路控制周期的调合量、原油罐存油量、罐存原油调合实测性质，进行当前主回路控制周期中调合头调合原油目标性质初始值预测运算，并将此预测值作为副回路控制周期中组分配方调节器的输入设定值；副回路控制周期中组分配方调节器基于主回路控制周期预测运算输入的调合头原油目标性质初值、各调合组分原油性质及调合头调合原油实测性质，运算并控制各组分流量质量配比。主回路控制可以基于已调合罐内原油的量及性质对下一个主回路控制周期的目标作出调整，使得最终调合目标达标；副回路控制则可以及时有效抑制由于组分原油性质变化、执行仪表误差引起的对调合过程的影响。
本申请中没有详细说明的技术特征为现有技术。上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种原油调合的双闭环控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、在计算机内输入原油罐调合总量、原油罐调合目标性质、初始原油罐存油量、测量的初始罐存原油调合实测性质，罐性质调节器根据上述数据计算出调合头调合原油目标性质；
步骤二、副回路控制周期内运算、调节与执行：组分配方调节器根据调合头调合原油目标性质和实际测量的n种组分原油性质计算得出n种组分原油质量配比K，根据获得的质量配比K进行组分流量分配执行，质量配比K进行组分流量分配执行后获得一个调合量，此时时间持续为一个副回路控制周期，质量配比K进行组分流量分配执行后获得的调合量为一个副回路控制周期内的调合量，然后进入下一个副回路控制器周期，在下一个副回路控制器周期开始时刻，在调合头处测量出调合头调合原油实测性质，测量出的调合头调合原油实测性质反馈到组分配方调节器，组分配方调节器将调合头调合原油实测性质与调合头调合原油目标性质进行比较，若调合头调合原油实测性质与调合头调合原油目标性质之间的误差大于性质误差限值，重新计算得出新的K值；若调合头调合原油实测性质与调合头调合原油目标性质之间的误差小于性质误差限值，则K值不变；然后按照K值执行分配各组分流量，累加每个副回路控制周期内的调合量；
步骤三、主回路控制周期内运算、调节与执行：步骤二时间持续为一个主回路控制周期，步骤二中累加的每个副回路控制周期内的调合量为一个主回路控制周期调合量，在调合罐处测量获得新的罐存原油调合实测性质，将初始原油罐存油量与一个主回路控制周期调合量累加即可获得新的原油罐存油量，将新的原油罐存油量、新的罐存原油调合实测性质反馈到罐性质调节器，罐性质调节器根据新的原油罐存油量、新的罐存原油调合实测性质及一个主回路控制周期调合量计算得出新的调合头调合原油目标性质，重复步骤二，累加每个主回路控制周期内调合量得出主回路控制周期的已调合总量，若主回路控制周期的调合总量小于三分之二的原油罐调合的总量，则重复步骤三执行下一个主回路控制周期；若主回路控制周期的调合总量大于等于三分之二的原油罐调合的总量且小于原油罐调合的总量，则修改主回路控制周期，重复步骤三进入下一个主回路控制周期；若主回路控制周期的调合总量总大于等于原油罐调合的总量，则整个调节过程结束。
2.按照权利要求1所述的原油调合的双闭环控制方法，其特征在于：具体运算控制步骤如下：
(1)计算调合头调合原油目标性质Phs的初始值Phs0：
Mr(0)P+MtPhs0＝(Mr(0)+Mt)Ps
(2)组分配方调节器，根据Phs、及Pj获得n种组分原油质量配比K；
(3)在一个主回路控制周期To(p)(p取1,2，…；取To(1)＝To0)时间内：
1)一个副回路控制周期Ti(p，q)内(q取1,2，…，To(p)/Ti)，取Ti(p,q)＝Ti0，按质量配比K控制各组分流量，对应调合量Mp,q；
2)一个副回路控制周期时间到后，比较Phs及Ph；
若误差|Phs-Ph|<Pe，下一个副回路控制周期配比K不变，并执行新的配比；
若误差Phs-Ph>Pe，则按Phs(q+1)＝Phs(q)-KpPe按(2)进行新的配比计算并执行；
若误差Ph-Phs>Pe，则按Phs(q+1)＝Phs(q)+KpPe按(2)进行新的配比计算并执行；
3)累计一个主回路控制周期的调合量Mo(p)＝∑Mp,q；
4)q自加1后，返回1)进入一个副回路控制周期继续执行下，直至q＝To/Ti+1转下一步(4)执行；
(4)罐性质调节器实现下一个主回路控制周期调合头调合原油目标性质Phs(p+1)的计算：Mr(p)P+(Mt-M0(p))Phs(p+1)＝(Mr(p)+Mt-Mo(p))Ps
(5)计算累计主回路控制周期的调合总量∑Mo(p)，则Mr(p)＝Mr(0)+∑Mo(p)，p自加1，然后q复位为1：:
若∑Mo(p)<2Mt/3，直接转(3)进入下一个主回路控制周期To(p+1)，循环执行；
若2Mt/3t≤∑Mo(p)<Mt，修改主回路控制周期To＝To0/2，然后转(3)进入下一个主回路控制周期To(p+1)，循环执行；
若∑Mo(p)≥Mt，则整个原油调合结束；
其中：Mt：原油罐调合的总量，Ps：原油罐调合目标性质，To(p)：第p个主回路控制周期，To0：初始主回路控制周期，Ti(p，q)：第p个主回路控制周期内第q个副回路控制周期，Ti0：初始副回路控制周期，Mr(p)：第p个主回路周期的原油罐存油量，Mr(0)：初始原油罐存油量，P：罐存原油调合实测性质，Pe:性质误差限值，Kp:性质调整系数，Mo：一个主回路控制周期的调合量，Mo(p)：第p个主回路控制周期的调合量，Phs：调合头调合原油目标性质，Phs0：初始调合头调合原油目标性质，Pj：组分原油j实测性质，Ph：调合头调合原油实测性质，Mp,q：第p个主回路控制周期内第q个副回路控制周期的调合量，∑Mp,q：第p个主回路控制周期内的q个副回路控制周期累加的调合量。
3.按照权利要求1所述的原油调合的双闭环控制方法，其特征在于：所述n种组分原油性质、调合头原油实测性质、罐存原油调合实测性质通过性质分析仪表获取。
4.按照权利要求1所述的原油调合的双闭环控制方法，其特征在于：所述每个副回路控制周期的调合量、主回路控制周期的调合量均通过流量计监测。
5.按照权利要求1所述的原油调合的双闭环控制方法，其特征在于：所述主回路控制周期初始值为1min。
6.按照权利要求1所述的原油调合的双闭环控制方法，其特征在于：所述一个副回路控制周期为Ti0＝5s。
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