常减压装置的多分辨率建模技术的思考

＊王荣泽

（中海石油中捷石化有限公司 河北 061100）

随着我国国民经济的发展以及人民生活水平的提高，社会各界对于我国石油化工产业，特别是石化工业生产环节中的常减压装置多分辨率建模技术方面的关注程度越来越高。自上个世纪八十年代开始，各种建模仿真技术逐步兴起，在大型石化企业当中，应用仿真模拟技术能有效提升生产效率和集中化管理能力。因此，如何提升常减压装置多分辨率建模技术，成为了相关领域工作人员的工作重点之一。

1.常减压装置的动态建模方式

(1)加热炉模型

在石油化工制造行业当中最常见的设备为管式加热炉。作为一种较为有效的热传导设备，在管式加热炉的当中可以通过燃烧燃料的方式释放出所需的热量，并且借助高温烟气和火焰向管壁当中传导，进而加热生产所需的工艺介质。根据相关领域的调查研究结果显示，管式加热炉模型构建的方法经历了经验法、半理论半经验以及分布式参数全过程等多个阶段。传统的经验法以及半理论半经验方法建模方式较为简单，因此无法根据实际的生产需要得出精准的数据模型。此外，全过程模拟构建模型方法的流程相对复杂，因此得出的模拟仿真结果效率难以满足生产需求。根据Lobo-Evans公式对加热炉的系统传热效率进行计算可以得出，Qr=δ·α·Acp·Fc·（T4g--T4w）+h2·Ar（Tg-Tw），其中δ表示的是斯蒂芬·波尔茨曼常数。

(2)换热器模型

换热器是现代工业生产环节中最常见的一项操作单元，常见的换热器结构形式可以分为列管式、套管式以及夹套式等多种不同类型，构建换热器动态模型对于现代化的石油化工生产管理水平的提升具有重大影响。通常情况下，换热器单元两侧的物流状态与动态模型的结构形式也存在一定的联系，当物流进行充分混合并且完成换热之时，可以将此种运行状态近似地看成集中参数模型。因此，当石油化工生产环节中的换热系统较大并且相对复杂之时，相关领域的技术工作人员可以采取较为简单的集中参数模型对换热网络进行调整，确保其不断提升发展水平，适应仿真管理的需要。

(3)精馏塔模型

除了上述两种建模方法之外，在石油化工生产领域当中与实际生产最为接近的建模方式为精馏塔仿真模型。精馏塔仿真模型有效结合了非平衡级模型和三维混合池模型等两种模型的优势。在实际的生产环节当中，非平衡级模型的结构相对复杂，且需要充分考虑传热阻力。此种仿真模型在运算的过程中会涉及到数量巨大的方程运算，非线性度较大，计算较为困难。目前，在该领域当中通常会采用基于理论塔板概念的平衡级模型，在各类工艺设计和模拟实验中具有较好的应用效果。

2.常减压装置的多分辨率仿真测试

(1)初馏塔仿真测试

本文研究的常减压装置多分辨率仿真测试涉及到的模型主要包括了初馏塔、低压塔和常压塔等三个组成部分，其中初馏塔可以进一步简化分为四个塔段，通过对四个塔段分别进行模拟仿真实验，能有效增强模拟仿真实验结果的精准程度。在塔顶油气抽出以及塔顶回流反塔的精馏塔段一当中，气相流量对应的模型方程为V1=K1（T1-TC）、液相流量对应的模型方程为L1=(h1/0.006)3/2·ρL·lw·、√g、塔板滞液量对应的模型方程为M1=Aa·ρL·（hw+h1）。

在构建初馏塔模型的过程中，需要充分考虑到初馏塔的工艺，在没有加热炉和中断回流的情况下，确保塔底的水蒸气汽提在400℃以上，在塔顶应用冷凝器设备对设备中的油气进行冷凝提取。经过模拟仿真实验可以得出，当进料的流量以5%的速度增加时，系统表现出动态响应的特点，此时的初馏塔进料温度为241℃，当进料流量不断增加时，设备内部的温度和气相流量也会随之提升，从而带动整个初馏塔内温度全面升高。

(2)低压塔低分辨率仿真测试

低压塔内部的各个物料入口位置采用全填料干式减压的方法，在设计仿真实验模型之时需要注意在塔底位置预留注入蒸汽的端口，确保微湿式的减压蒸馏工作可以顺利完成。例如，我国某地区的石油化工生产部门在对低压塔低分辨率的装置进行仿真测试的过程中，明确规定了塔顶的设计温度需要控制在75℃，残压保持在15mmHg至20mmHg之内。经过仿真模拟测试可以得出，当进料的流量增加5%时，低压塔内部的进料温度维持在391℃左右，进料段的温度为381℃，此时的进料温度大于进料段温度。根据热平衡原理，进料段T7的温度会持续升高，此时各进料段的温度也会随之升高，气相流量变大，各塔板的液相流量同样也会扩大。当进料的温度增加5%时，低压塔内部的进料温度变为395℃，同样高于进料端的温度，此时全塔内部的热量均会增加，各塔板的温度升高带动了内部的气相流量随之上升，根据塔板内部物料平衡特征可以得出，此时的液相流量也会升高。

(3)常压塔多分辨率聚合测试

除了上述多分辨率仿真测试方法之外，常压塔的多分辨率聚合测试同样也能帮助发现设备应用环节的问题，并且提出更加合理有效的解决方法，优化常减压装置的实际应用效率。例如，我国某地区的石油化工生产企业采用了多分辨率建模方法，结合记录分析和数据集成分解的方法，对不同粒度的信息和数据进行了有效地聚合和解聚。在不同的聚合和解聚关系下，当地石油化工生产管理部门工作人员采用了不同的聚合解聚原则与实验方法，借助机理分析的数据推导方法，完成不同层次信息和数据之间的转换，同时通过不同的数学模型工具，完成聚合解散。除此之外，该地区常减压装置管理部门的技术人员还积极应用了人工智能的方法和技术，构建了多分辨率模型，全面提升了生产和发展水平。人工智能技术的快速发展在一定程度上丰富了常减压装置模型构建的理论体系，优化了模拟仿真的检验指标，有利于优化模型整体结构。

总结

综上，通过对常减压装置监理全流程的数学仿真模型，能在原有的基础上进一步增强对常减压装置无组分模型以及组分模型的认知水平，进而确保多分辨率建模技术可以更好地介入到常减压装置管理环节，通过构建常减压装置多分辨率仿真模型，可以有效完成多分辨率模型的聚合测试。精馏塔无组分模型的仿真测试，建立不同的分辨率模型，应用MATLAB进行仿真实验，可以构建更加复杂和完整的通用仿真平台。

•【参考文献】

[1]毛华超,彭功状,张和明等.面向模型粒度控制的多分辨率建模方法[J].系统仿真学报,2015,27(11):2630-2637.

[2]孔晨妍,于丽蓉.组件化的指控仿真系统多分辨率建模研究[J].现代防御技术,2017,45(4).