小氮肥氨合成装置先进控制与优化研究与应用

论文摘要

作为化工领域的支柱行业以及能源消耗大户，合成氨生产的先进控制与优化研究将是未来几年化工过程优化的研究重点。但是我国在这一领域一直较为薄弱，特别是作为主力军的小氮肥行业，虽然生产优化的愿望愈来愈强烈，但因为其特定的复杂生产条件和流程，这方面工作基本处于空白。本文正是着眼于于此，立足于实际生产，将先进控制与优化理论同过程工业实际情况相结合，通过对“小氮肥氨合成装置先进控制与优化”的深入研究和探索，首次在该领域成功实现了在线操作优化，同时为后续研究工作奠定了坚实有力的基础。 小氮肥合成氨生产因其特殊的生产条件和装备特点，形成了“原料、设备工艺的差异壁垒”、“影响因素繁杂”、“生产系统的时变性”、“装置局部故障频繁”等难以克服的问题，正因如此，在对目前该领域先进控制与优化工作的调研中发现，国外先进技术由于原料、设备、成本等原因无法采用，国内相关研究则均以仿真研究为主，缺乏可操作性和长期稳定性，总体来说，目前该领域先进控制与优化工作存在以下瓶颈问题：1．缺乏实际可操作性；2．无法长期稳定运行；3．鲁棒性差；4．重要指标控制精度差；5．数据通讯解决不力。 本文主要工作即针对以上问题，在仔细分析了合成氨生产的复杂性，并对相关工艺流程原理深入研究的基础上，首次成功实现小氮肥氨合成装置的在线操作优化。本文的主要工作和创新之处包括： 1．在国内小氮肥领域首次成功实现了合成氨生产在线优化，实地投运表明在线操作优化软件全面达到指标：自动控制投运率达95％以上；在线优化的投运使得氨合成塔氨净值比投运前提高了0.4％，获得显著的经济效益。 2．针对小氮肥合成氨生产工艺流程复杂、影响因素繁多，优化难以实施的现状，首次提出优化“分解”方案。抽取单调变化变量进行“卡边”操作；采用广义预测控制实现氨合成塔热点温度优化调节；对少量时变变量实现自适应在线操作优化，有效提高氨合成塔合成效率，降低了能耗，取得了满意的优化效果。 3．提出基于模式识别优化监督级的自适应在线优化方法，融合了自适应方法的局部搜索能力与模式识别方法的全局搜索能力，在保证算法收敛速度的前提

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 化工过程优化控制
• 1.2 合成氨生产优化的背景
• 1.3 合成氨生产优化现状与发展
• 1.4 小氮肥氨合成装置在线操作优化
• 1.5 本文的内容安排
• 第二章 合成氨生产工艺
• 2.1 概述
• 2.2 合成氨工业现状与发展
• 2.3 氨合成反应基本原理简介
• 2.3 合成氨生产工艺
• 2.4 临泉化工股份有限公司合成氨生产系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 小氮肥氨合成装置的优化“分解”
• 3.1 小氮肥氨合成装置优化所面临的问题
• 3.2 氨合成装置的两步逐级正交优化
• 3.3 合成氨生产的优化“分解”
• 3.4 卡边操作优化
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于广义预测控制算法的氨合成塔热点温度先进控制
• 4.1 氨合成塔热点温度先进控制
• 4.2 广义预测控制算法
• 4.3 氨合成塔热点温度先进控制
• 4.4 热点温度预测控制的优化效果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于模式识别优化监督级的自适应稳态优化
• 5.1 基本思想
• 5.2 自适应稳态优化
• 5.3 模式识别优化
• 5.4 基于模式识别优化监督级的自适应在线优化方法
• 5.5 氨合成装置在线操作优化
• 5.6 本章小结
• 第六章 基于模式识别的合成氨生产统计过程控制
• 6.1 问题的提出
• 6.2 合成氨生产异常分析
• 6.3 统计过程控制（Statistical Process Control,SPC）
• 6.4 基于模式识别的合成氨生产统计过程控制
• 6.5 缺损数据的处理使用
• 6.6 本章小结
• 第七章 在线操作优化的实现
• 7.1 软件的结构设计
• 7.2 基于中间件OPC技术的数据通讯实现
• 7.3 对比试验分析
• 7.4 长期投运分析
• 7.5 经济效益分析
• 7.6 本章小结
• 第八章 结束语
• 8.1 本文的主要工作成果与创新
• 8.2 不足之处与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的主要论文
• 攻读博士学位期间参加的主要科研项目
• 附录 合成氨优化应用单位证明