专利名称：壳牌煤气化过程中煤流量仪表的计算机辅助标定方法
技术领域：
本发明涉及仪表标定技术领域，特别涉及一种壳牌煤气化过程中煤流量仪表的计算机辅助标定方法。
背景技术：
煤气化可将煤炭转化为含有H2、C0的合成气，为下游工序提供生产原料，堪称煤化工领域的龙头。作为第二代煤气化技术，壳牌煤气化(Shell Coal Gasification Process, SCGP)具有高效、节能、污染小等优点，是目前最洁净的煤炭综合利用技术之一。从工艺特点看，SCGP属于干粉输送进料、气流床气化，该过程中煤粉和氧气并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学反应，最终生成粗合成气离开气化炉。
工艺控制层面上，SCGP通过调节煤粉进料量来控制氧化反应的深度，以维持合适的气化炉炉膛温度和气化效率。要跟踪好煤流量设定值，不仅需保证控制回路的稳定，也应确保煤流量反馈信息的准确与精确，其中煤流量的校准至关重要。这是因为煤粉通常由载气输送(一般为氮气或二氧化碳)，属气固两相流，其物料流动情况相当复杂，直接影响管线上煤流量仪表的计量准确性。如果煤流量控制不准、导致炉温过高，将损坏烧嘴、烧嘴罩、 水冷壁等内件设备；如果炉温过低，会引起烧嘴罩挂渣回火，同样导致烧嘴罩损坏等生产事故的发生，直至装置停车。由于煤气化装置停车一天就将带来数百万元的巨大损失，其长周期安全运行便显得尤为关键，因而相关企业对煤流量仪表的标定高度重视。
在SCGP中，粉煤气化炉有四路进料管线(1# 4#)，每两路管线由一套煤粉输送系统供料，每套煤粉输送系统主要包括依次相连的煤粉贮仓、煤粉锁斗、煤粉给料仓(参考
图1)。四路管线上各有一个切换流路的三通阀(V-0102/0202/0302/0402)，三通阀的入口与煤粉输送系统的出口相连，三通阀的第一出口与气化炉相连，三通阀的第二出口与煤粉贮仓相连。正常运行时，三通阀与粉煤气化炉连通，形成供料流路，此时来自磨煤干燥单元(CMD)的煤粉贮存在煤粉贮仓中，当煤粉锁斗处于常压状态时，打开煤粉锁斗的上阀 (XV-010I/0201)，关闭煤粉锁斗的下阀(XV-0102/0202)，使煤粉贮仓的煤粉流入煤粉锁斗， 料满后关闭上阀，通入高压氮气加压后打开下阀使煤粉自流进入煤粉给料仓中，卸完后关闭下阀，排出氮气降至常压再重复上述流程；而在开工前进行煤流量仪表标定时，三通阀转而与煤粉贮仓连通，在煤粉给料仓与气化炉保持一定压差的情况下，煤粉在不同负荷下循环至煤粉贮仓中，通过煤粉贮仓称重值的单位时间增加量y对煤粉管线稳定时流量仪表测量值的单位时间累积量χ进行修正，即以煤粉贮仓称重值为基准来标定煤流量仪表，该过程也称为煤循环。仪表布局上，每条煤粉管线上安装有两套煤流量仪表，其中靠近煤粉给料仓的一套用于提供控制时的流量测量反馈，靠近气化炉的另一套则用于装置安全联锁，每套仪表各由一块密度计和速度计组成。
目前壳牌煤气化过程中煤流量仪表标定存在以下问题
(1)标定过程依靠操作工手动完成，通常是从DCS (分布式控制系统)的历史趋势按一定采样间隔(一般为5分钟)抄录数据进行计算，不但费时费力、效率低下，还容易出现抄录或计算失误。
(2)煤粉管线生产数据的采样周期是ls，人工抄录既无法充分利用生产数据，也使得对数据的处理丧失了灵活性。
(3)由于精力有限，操作工一般只标定四条煤粉管线上用于控制的流量仪表，而用于联锁的仪表并没有进行标定，这使得联锁仪表所提供的冗余信息难以有效利用，不利于煤粉管线数据校正与故障诊断方案的实施。
(4)现有仪表标定采用线性回归方式，没有充分考虑煤流量仪表静态特性中的非线性因素，造成标定精度较低，并且人工标定的方法更不容易实现高阶回归。发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提高煤流量仪表的标定速度和精度。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种壳牌煤气化过程中煤流量仪表的计算机辅助标定方法，包括以下步骤
Al 在线采集煤循环期间的位号信息，采样周期为Ts，采样个数为N，所采集的位号信息包括煤粉三通阀切换标志位S= [Sd), S (2), ...，S (N)]、煤流量设定值Fsp = [ 31)(1)斤31^2)，...斤31)(吣]、煤粉贮仓称重值6、煤粉密度P和煤粉速度u，其中N为正整数；当煤粉三通阀切换标志位S = C时，将煤粉三通阀与煤粉贮仓连通，然后通过修改煤流量设定值Fsp进行不同负荷下的煤循环，其中C为常量；
A2 根据所采集的煤粉三通阀切换标志位S和煤流量设定值Fsp，进行负荷区间划分获得煤循环的负荷数M，以及负荷区间集合Z= (Z1, Z2,…，4}，第i个负荷区间4 = [Bi, bj，其长度为 Ni = b-ai+1,1 ^ i ^M, 1 ^ B^bi ^N；
A3:在负荷区间&内寻找时间长度为Ti的最平稳煤流量区域Ai = [Ai(I), k,{2), ...，Ai (Li)],其数据序列长度Li = [TiAJ ；搜索得到Ai的起点在负荷区间Zi中的位置为Pi, MAi = [Fi(Pi), Fi(P^l),…，Fi(PJLi-I)],对应煤粉贮仓称重值序列为Bi = [Gi (Pi)5Gi (Pi+1),…，Gi(P^Li-I)]；
A4:通过煤粉贮仓称重变化与煤流量累积值的线性回归效果评估最平稳煤流量区域八1的可靠性，煤流量累积序列为
C1= Ojs-A1(I),JlfjAi(J), ".HAi(J)_ ；=1 ；=1 _
对应的煤粉贮仓称重变化值序列为
Di = [(^Bi(Z)-Bi (IhBi (3)-Bi(I), ···, Bi(Li)-Bi(I)]
其中，Bi (j)表示向量Bi中的第j个元素；
对03卩Ci进行线性回归，若其回归均方根误差小于阈值Rlim，则判定最平稳煤流量区域可靠，否则修改Ai的长度再重新搜索，得到新的Ai后，再评估Ai的可靠性，若评估H次后仍未满足要求，则从负荷区间集合Z中删除该负荷区间，同时将负荷数M减1 ；
A5 在得到M个可靠的Ai的基础上进行煤流量仪表标定，得到标定公式；
A6 利用所述标定公式对原始煤流量进行校正。
优选地，所述步骤A2中进行负荷区间划分具体包括
Bi、设负荷区间集合中的一个负荷区间为[Pa，Pb]，煤循环标志位为I，当前采样时刻为k，煤流量设定值记录为# ,煤循环负荷下限为Fmin，煤循环时间下限为Tmin，则做如下初始化M = 0，Z= {}，Pa= l，Pb = 1，I =0，k= I,F = O-,
Β2、判断是否S (k) = 1，是则执行步骤B3，否则执行步骤B5 ；
B3、判断是否1=0，是则执行步骤B4，否则执行步骤B6 ；
B4、判断是否Fsp(k) >Fmin，是则令I = 1，F = ，Pa = k，再执行步骤B8 ；
B5、判断是否I = 1，是则执行步骤B7，否则执行步骤B8 ；
B6、判断是否/^㈨=戶,若是则执行步骤B8 ；
B7、令 I = 0，Pb = k-1 ；判断是否 Pb-Pa > Tmin/Ts，若是则令 Z = {Z，[Pa，Pb]}，M = M+1 ；
B8、判断是否k = N，是则结束，否则令k = k+Ι，再执行步骤B2。
优选地，对负荷区间Zi,所述步骤A3中，利用移动窗搜索算法在负荷区间\内寻找时间长度为Ti的最平稳煤流量区域Ai,具体包括如下步骤
(1、设&中的当前位置为1^，当前移动窗的数据均值为P,对应标准差为σ，最稳移动窗为Ai,其起点在Zi中的位置为Pi，MAi = [Fi (Pi)5Fi (Pi+1),…，Fi(PJLi-I)],对应标准差为。min;初始化 k' = !,F = ^fjF1U) ,σ = .-1-!^^)^] 'Pi = k'，。min =
权利要求
1.一种壳牌煤气化过程中煤流量仪表的计算机辅助标定方法，其特征在于，包括以下步骤Al 在线采集煤循环期间的位号信息，采样周期为Ts，采样个数为N，所采集的位号信息包括煤粉三通阀切换标志位S = [S(I), S(2), S (N)]、煤流量设定值Fsp= [Fsp(I), Fsp⑵，...，Fsp(N)]、煤粉贮仓称重值G、煤粉密度P和煤粉速度u，其中N为正整数；当煤粉三通阀切换标志位S = C时，将煤粉三通阀与煤粉贮仓连通，然后通过修改煤流量设定值 Fsp进行不同负荷下的煤循环，其中C为常量；A2 根据所采集的煤粉三通阀切换标志位S和煤流量设定值Fsp，进行负荷区间划分获得煤循环的负荷数M，以及负荷区间集合Z = (Z1, Z2,…，，第i个负荷区间& = [ai; bj，其长度为 Ni = b-ai+1,1 ^ i ^ M,1 ^ ai bi ^ N ；A3 在负荷区间Zi内寻找时间长度为Ti的最平稳煤流量区域Ai = [Ai(I) ,^(2),.. ·， Ai (Li)],其数据序列长度Li = [TiAJ ；搜索得到Ai的起点在负荷区间&中的位置为Pi， PJAi = [Fi(Pi), Fi(PJl)，…，Fi(PJLi-I)],对应煤粉贮仓称重值序列为 Bi = [Gi(Pi), Gi (Pi+1),…，Gi(P^Li-I)]；A4 通过煤粉贮仓称重变化与煤流量累积值的线性回归效果评估最平稳煤流量区域Ai 的可靠性，煤流量累积序列为C1= 0, Ts-A1(I), Ts^jAiU) ,-, Ts^jAiU)_ ；=1 ；=1 _对应的煤粉贮仓称重变化值序列为Di= [(^Bi(Z)-Bi (IhBi (3)-Bi(I), -,Bi (Li)-Bi(I)]其中，Bi (j)表示向量Bi中的第j个元素；对01和Ci进行线性回归，若其回归均方根误差小于阈值Rlim，则判定最平稳煤流量区域可靠，否则修改Ai的长度再重新搜索，得到新的Ai后，再评估Ai的可靠性，若评估H次后仍未满足要求，则从负荷区间集合Z中删除该负荷区间，同时将负荷数M减1 ； A5 在得到M个可靠的Ai的基础上进行煤流量仪表标定，得到标定公式； A6 利用所述标定公式对原始煤流量进行校正。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A2中进行负荷区间划分具体包括Bi、设负荷区间集合中的一个负荷区间为[Pa，Pb]，煤循环标志位为I，当前采样时刻为 k，煤流量设定值记录为# ,煤循环负荷下限为Fmin，煤循环时间下限为Tmin，则做如下初始化 M = 0, Z = {},Pa= LPb= 1,1 =0,k= I,F = O-Β2、判断是否S(k) = 1，是则执行步骤B3，否则执行步骤B5;B3、判断是否I = 0，是则执行步骤B4，否则执行步骤B6 ；B4、判断是否Fsp(k) > Fmin,是则令I = 1，戶=~(幻，& = 1^，再执行步骤88;B5、判断是否I = 1，是则执行步骤B7，否则执行步骤B8 ；B6、判断是否/^(幻,若是则执行步骤B8 ；B7、令 I = 0，Pb = k-l ；判断是否 Pb_Pa>Tmin/Ts，若是则令 Z = {Z，[Pa，Pb]}，M = M+l ； B8、判断是否k = N，是则结束，否则令k = k+Ι，再执行步骤B2。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对负荷区间Zi,所述步骤A3中，利用移动窗搜索算法在负荷区间τ、内寻找时间长度为Ti的最平稳煤流量区域Ai,具体包括如下步骤(1、设&中的当前位置为1^，当前移动窗的数据均值为广,对应标准差为σ，最稳移动窗为Ai,其起点在&中的位置为PiJlJ Ai = [Fi (Pi)5Fi (Pi+1),…，Fi(Pi+L「l)]，对应标准差为初始化
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤A5具体为定义第i个负荷区间下的原始煤流量为Ai内的煤流量均值
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述三种回归方式的选择准则为，设定取舍阈值为U，线性回归、二次多项式回归、三次多项式回归对应的拟合均方根误差分别为 RMSE1, RMSE2, RMSE3，若 RMSEyRMSE2 < U，则选择线性回归，否则再判断 RMSE2/RMS& < U 是否成立，成立则选择二次多项式回归，不成立选择三次多项式回归。
全文摘要
本发明涉及仪表标定技术领域，公开了一种壳牌煤气化过程中煤流量仪表的计算机辅助标定方法，本发明在线采集煤循环阶段相关生产信息，实现煤循环负荷区间的自动划分及流量平稳区的自动搜索，并估算平稳区数据的可靠性，最后根据标定需求提供线性回归、二次和三次多项式回归功能，同时给出回归方式的选择基准。本发明的方法可以有效避免传统煤流量仪表标定中人工抄录和计算所出现的失误，提升数据处理的灵活性，显著提高标定速度和标定精度。
文档编号G01F25/00GK102519557SQ20111042454
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者吕文祥, 郭飞鸿, 黄德先 申请人:清华大学