本发明涉及双塔精馏，尤其是涉及一种污溶剂双塔精馏自动物料衡算方法。
背景技术：
1、乏燃料后处理厂污溶剂双塔精馏工艺通过tbp精馏塔和煤油精馏塔对煤油、萃取剂和低沸点煤油进行分离，涉及的物料主要包括萃取剂、复用煤油、低沸点煤油、精馏残液。非放射性阶段物料组成仅需要考虑tbp和煤油的平衡，但放射性阶段存在核素及络合无机盐干扰，需要考虑铀、钚核素，导致在连续运行过程总实际物料衡算与参数调节具有偏差，工艺过程中经常存在物料不平衡，参数偏离正常运行范围，可能造成核安全风险。
2、目前，针对污溶剂双塔精馏工艺的物料衡算方式存在以下弊端：1)运行参数、产品含量、物料组成关联性不足；2)缺失物料衡算误差报警系统，无法准确判断系统是否达到平衡；3)源项组成变化时，未形成明确的关联变化对运行参数进行调整。
3、鉴于此，特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种污溶剂双塔精馏自动物料衡算方法，通过对污溶剂双塔精馏工艺物料进行实时衡算和调节，优化了污溶剂双塔精馏工艺的运行模式，保证了污溶剂双塔精馏工艺系统的连续稳定运行。
2、本发明提供一种污溶剂双塔精馏自动物料衡算方法，包括如下步骤：
3、s1：获取污溶剂双塔精馏工艺物料的原始数据，构建原始数据库；
4、s2：根据原始数据获取物料的实际体积数据和理论体积数据，构建物料衡算模型库；
5、s3：构建由设施运行数据库和物料监管数据库组成的评价模型库，对物料的实际体积数据与理论体积数据进行比对、评价和工艺调节，利用评价模型库对污溶剂双塔精馏工艺参数进行调节。
6、污溶剂双塔精馏工艺系统包括依次设置的供料槽、降膜再沸器、tbp精馏塔和煤油精馏塔，降膜再沸器的底部与精馏残液贮槽连接，tbp精馏塔的底部通过送料管与tbp贮槽连接，在送料管上并联设有tbp精馏塔再沸器，tbp精馏塔的顶部通过tbp精馏塔塔顶冷凝器与tbp精馏塔塔顶回流罐连通，煤油精馏塔的底部与煤油贮槽连接，煤油精馏塔的顶部通过煤油精馏塔塔顶冷凝器与煤油精馏塔塔顶回流罐连接。
7、供料槽主要用于提供乏燃料后处理工艺产生的污溶剂；降膜再沸器为加热设备，主要用于将污溶剂加热汽化，汽化后的蒸汽进入tbp精馏塔，降膜再沸器分离室底部排出的精馏残液进入精馏残液贮槽；精馏残液贮槽主要用于贮存降膜再沸器底部排出的精馏残液；tbp精馏塔塔釜再沸器主要用于将tbp精馏塔冷凝的液体再次加热汽化；tbp精馏塔主要用于分离tbp馏分与煤油馏分；tbp精馏塔塔顶回流罐主要起到控制tbp精馏塔平衡的作用；煤油精馏塔主要用于将tbp精馏塔分离出的粗煤油馏分进行再次精馏处理；煤油贮槽主要用于贮存煤油精馏塔分离出的煤油馏分；煤油精馏塔塔顶回流罐主要起到控制煤油精馏塔平衡的作用；轻质煤油贮槽主要用于贮存煤油精馏塔分离的轻质煤油馏分；tbp精馏塔塔顶冷凝器主要用于冷却tbp精馏塔分离出的tbp馏分；煤油精馏塔塔顶冷凝器主要用于冷却煤油精馏塔分离出的轻质煤油馏分。
8、供料槽为输入量，精馏残液贮槽、tbp贮槽、煤油贮槽、轻质煤油贮槽为输出量，序号降膜再沸器、tbp精馏塔再沸器、tbp精馏塔、tbp精馏塔塔顶回流罐、煤油精馏塔、煤油精馏塔塔顶回流罐为精馏过程量，其中tbp精馏塔再沸器、tbp精馏塔和煤油精馏塔内的料液为气态和液态混合物。通过衡算输入量、输出量和精馏过程量在一段时间内的变化，确认料液是否平衡。根据物料衡算结果验证tbp精馏塔和煤油精馏塔是否处于气液平衡、物料平衡和热量平衡，进而调节工艺参数，并进一步验证仪表指示准确性。通过将物料平衡与运行数据相关联，能够有效保证工艺生产线稳定，同时将物料监管库纳入一体化循环体系中，也能通过物料平衡达到稳定产品质量的目标。
9、污溶剂双塔精馏工艺数据包括原始数据库、物料衡算模型库和评价模型库三个类型；其中，原始数据主要包括dcs监测数据，可以根据污溶剂双塔精馏工艺生产线的实际运行情况实时显示，并录入原始数据库。更具体地，原始数据可以包括供料槽、残液贮槽、tbp贮槽、煤油贮槽、轻质煤油贮槽的液位数据以及降膜再沸器、tbp精馏塔、煤油精馏塔的温度数据、压力数据和液位数据。
10、物料衡算模型库中的输入量为供料部分，精馏过程量为降膜再沸器、tbp精馏塔和煤油精馏塔部分，输出量为产品采出部分。输入量和输出量料液呈现液态，直接通过液位进行体积进行衡算，精馏过程量涉及精馏塔内平衡，料液为气态和液态混合物，需要保证精馏塔内气液平衡，传热和传质效率稳定。dcs画面上液位为一次读数，可根据贮槽类型将液位转换为体积，液位和体积之间的关系可以拟合成一元多次函数，要求拟合后的相关系数r2≥0.99。可读取初始液位和终止液位，按照拟合的函数关系转化为一定时间段内的体积量。本发明将体积-液位衡算与双塔参数相匹配验证，通过dcs液位信号实时衡算，实现物料体积量衡算。
11、具体地，物料衡算模型库主要包括物料的实际体积数据和理论体积数据；其中，实际体积数据可以根据原始数据中的液位数据转化得到，理论体积数据可以根据公式计算得到。
12、物料的实际体积数据获取方法可以包括：
13、a)基于多组对应的液位数据和体积数据获取液位-体积函数；
14、b)根据原始数据中的液位数据，利用液位-体积函数获取物料的实际体积数据。
15、通过物料液位变化计算各贮槽单位时间内的体积变化量，根据单位时间内料液液位变化情况，通过液位-体积函数转化为单位时间内的料液体积变化，通过料液体积变化确认系统内进入和采出物料是否平衡，如偏差超出10％，则根据衡算结果进行原因分析和检查。
16、通过控制降膜再沸器、tbp精馏塔、tbp精馏塔再沸器和煤油精馏塔的液位控制塔内体积恒定。由于精馏塔内的物料、热量和气液处于动态平衡状态，在控制精馏塔液位保持恒定的情况下，进行固定时间段内的物料衡算准确性更高。
17、供料槽、tbp贮槽、煤油贮槽、轻质煤油贮槽、精馏残液贮槽内均为液体，直接液位-体积函数可将液位转化为体积，一般不会存在较大偏差。但降膜再沸器和精馏塔内同时存在气液两种形态，上述设备仅能准确衡算液相体积。通过将动态平衡部分物料与静态平衡物料分离，分别对静态和动态物料进行衡算，可以基本获得精馏塔内气液平衡是否正常，进而达到衡算目标。
18、通过上述衡算系统避免了仪表显示故障造成的系统缺陷；由于精馏过程中涉及的仪表较多，当仪表故障或显示错误时，可能造成系统运行紊乱，通过对系统内物料进行实时衡算，可以避免由于仪表故障造成的操作错误，同时也能及时发现精馏塔运行过程中的仪表显示错误情况，达到精确监盘的目标。
19、步骤s2中，物料的实际体积数据可以包括供料槽中污溶剂的体积变化v1、精馏残液贮槽中精馏残液的体积变化v2、tbp贮槽中tbp产品的体积变化v3、煤油贮槽中煤油产品的体积变化v4、轻质煤油贮槽中轻质煤油的体积变化v5，优选包括tbp贮槽中tbp产品的体积变化v3和煤油贮槽中煤油产品的体积变化v4。物料的理论体积数据可以包括精馏残液的理论体积v2′、tbp产品的理论体积v3′、煤油产品的理论体积v4′、轻质煤油的理论体积v5′，优选包括tbp产品的理论体积v3′和煤油产品的理论体积v4′。
20、通过如下公式获取精馏残液的理论体积v2′：
21、v2′＝v×c％
22、通过如下公式获取tbp产品的理论体积v3′：
23、
24、通过如下公式获取煤油产品的理论体积v4′：
25、
26、通过如下公式获取轻质煤油的理论体积v5′：
27、v5′＝v×d％
28、上述公式中：v为污溶剂的处理量；a为污溶剂的tbp含量，在供料槽内进行取样分析得到；b为tbp产品的tbp含量，在tbp贮槽内进行取样分析得到；c为残液采出占比，可通过残液贮槽的液位变化，转换成体积后计算得到；d为轻质煤油占比，可通过轻质煤油贮槽的液位变化，转换成体积后计算得到；ρ1为煤油的密度，在煤油贮槽内进行取样分析得到；ρ2为轻质煤油的密度，在轻质煤油贮槽内进行取样分析得到。
29、供料槽内的物相为液态，污溶剂的处理量v为一段时间内供料槽中污溶剂的体积变化，即v＝v1。精馏残液贮槽、tbp贮槽、煤油贮槽和轻质煤油贮槽内的物相为液态，根据液位计算获得的体积也相对稳定，故认为精馏残液贮槽中精馏残液的体积变化v2、tbp贮槽中tbp产品的体积变化v3、煤油贮槽中煤油产品的体积变化v4、轻质煤油贮槽中轻质煤油的体积变化v5能准确衡量上述贮槽一段时间内的变化；然而，由于降膜再沸器、tbp精馏塔和煤油精馏塔内为气、液混合态，导致精馏后实际产物的量与理论值存在偏差，可通过控制上述设备液位稳定，减小衡算偏差。此外，精馏残液和轻质煤油作为副产品按照恒定比例采出，故体积偏差影响较小，结果可控。实际tbp产品和煤油产品的体积变化更为明显，当偏差控制在±10％之内时，认为各项参数属于正常波动；当单位时间内的偏差超出上述范围时，需要联锁调节相关参数，实现通过物料衡算调节工艺参数的目标。
30、具体地，通过如下方式对tbp产品的实际体积数据与理论体积数据进行比对和评价，根据评价结果对污溶剂双塔精馏工艺参数进行如下调节：
31、当-10％≤(v3-v3ˊ)/v3ˊ≤10％时，tbp产品采出稳定；
32、当(v3-v3ˊ)/v3ˊ≤-10％时，tbp采出量偏低，主精馏塔液位偏高，联锁增大采出流量，控制液位稳定在正常要求范围；
33、当(v3-v3ˊ)/v3ˊ≥10％时，tbp采出量偏高，主精馏塔液位偏低，联锁减小采出流量，控制液位稳定在正常要求范围。
34、通过如下方式对煤油产品的实际体积数据与理论体积数据进行比对和评价，根据评价结果对污溶剂双塔精馏工艺参数进行如下调节：
35、当-10％≤(v4-v4ˊ)/v4ˊ≤10％，煤油产品采出稳定；
36、当(v4-v4ˊ)/v4ˊ≤-10％时，煤油采出量偏低或者回流流量偏大，降膜再沸器液位持续上涨，联锁增大煤油采出流量或者减小回流流量，控制主精馏塔回流罐液位稳定在正常要求范围；
37、当(v4-v4ˊ)/v4ˊ≥10％时，煤油采出量偏高，主精馏塔塔顶回流罐液位或煤油精馏塔塔釜再沸器液位持续降低，联锁减小煤油采出流量，控制主精馏塔回流罐液位和煤油精馏塔塔釜再沸器液位稳定在正常要求范围。
38、步骤s3中，评价模型库由设施运行数据库和物料监管数据库组成，设施运行数据和物料取样分析数据可由放射性调试和试运行阶段相关数据组成，选取产品指标稳定阶段的设备运行数据以及物料分析结果；同时，物料衡算库得到的相关数据在评价模型库进行比对，系统对产生的偏差进行研判，最终由评价模型库形成的比对结果形成相关报告，指导生产实践。产生的数据同样录入物料衡算库中，算法不断迭代，以达到污溶剂精馏设施的稳定运行。
39、根据前期理论模拟和实际运行结果形成设施运行数据库和物料监管数据库，并根据实际运行结果对设施运行数据库和物料监管数据库进行完善。此外，根据设施运行数据库和物料监管数据库对污溶剂双塔精馏工艺的完整数据进行比对，根据比对结果对污溶剂双塔精馏工艺过程中的温度、液位和压力进行调节，以不断对污溶剂双塔精馏工艺进行优化。
40、本发明设计三段式模型，并将液位信号转化为体积，达到实时衡算物料是否守恒以及生产线运行是否稳定。第一段为供料部分，第二段为tbp精馏塔和煤油精馏塔部分，第三段为产品采出部分；第一段和第三段的料液呈液态，直接通过液位转化成体积进行衡算，第二段涉及精馏塔内平衡，物料涉及气态和液态，需要保证精馏塔内气液平衡，传热和传质效率稳定。本发明将体积-液位衡算与双塔参数相匹配验证，通过dcs液位信号实时衡算，达到根据物料衡算精准调控精馏塔参数的目标。
41、本发明通过对污溶剂精馏设施物料、废液和废气进行实时衡算，能够及时掌握精馏设施的运行动态，并通过衡算数据实时反馈双塔在精馏过程中可能存在的异常工况，便于运行人员采取控制手段，实现了对系统的全面监控，保证了乏燃料后处理厂污溶剂精馏设施的连续稳定运行；此外，通过评价模型库对污溶剂双塔精馏工艺过程中的关键控制参数进行相互比对，优化了精馏设施的运行模式。