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[学位]

石油化工复杂系统可靠性分析优化及安全运行关键技术研究

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Author:

王玉乔 (王玉乔.)

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Abstract:

在石化工业中,原料、辅料和产品多为易燃、易爆或有毒物质,一旦发生泄漏、火灾、爆炸等事故,往往造成人员伤亡、环境污染和巨大的经济损失。尤其是装置的大型化,使生产过程中潜在着众多风险因素。因此,安全可靠运行是石化生产最基本的要求,研究装置可靠性、保障安全运行具有重要的理论价值和工程意义。本论文考虑石化系统的复杂特性,重点研究可靠性分析方法、可靠性优化理论和安全运行关键技术,以一套连续催化重整装置为案例,取得以下研究成果。1)揭示了石化系统的复杂特性,即:①尺度复杂;②工艺过程复杂;③操作条件多变,工艺控制复杂;④设备故障模式复杂;⑤人员误操作的不确定性。在可靠性分析时,考虑这些复杂特性,为研究石化系统可靠性分析方法奠定理论基础。2)应用故障树分析石化系统可靠性,提出获得底事件故障率的新方法,如果已有足够故障数据,参考API581对一般故障频率进行修正;对于缺乏数据的底事件,根据专家知识应用模糊逻辑进行估算。连续催化重整装置分析结果表明,影响设备高可靠性的主要原因是,工艺条件控制失常和参数缺乏在线监测或在线监测错误引发的异常工艺状态,分析结果与实际情况一致。针对复杂特性对石化系统可靠性分析造成的影响,引入“功能可靠度”的概念,并用于评价2011年重整装置的运行状况,结果表明,该指标能够真实地反映装置的运行情况,适用于系统可靠性分析。3)石化装置保持高可靠性运行,需要耗费大量的人力物力等资源。为了发挥有限资源的最大效用,提出一种基于成本约束的系统可靠性优化理论。首次定义可靠性成本由维修成本和管理成本两部分组成;认为单元可靠性成本与可靠度之间呈指数关系,提出更为合理的成本-可靠度函数关系;以系统可靠性成本最小化为目标函数,可靠性要求为约束条件,建立非线性规划方程,采用遗传算法求解。重整装置可靠性优化结果表明,该理论能够提供科学的成本分配方案,优化系统可靠性。4)过程监控和软测量是系统安全运行的关键技术。考虑到工艺参数的自互相关,建立基于规范变量分析的统计过程监控模型,实现重整装置中进料换热器和组合加热炉等关键设备运行状况的实时监控。结果表明,该方法能够灵敏地检测设备异常状况。为了解决某些参数难以甚至无法通过仪器仪表直接测量的问题,提出基于最小二乘支持向量机和遗传算法的软测量模型,实现重整待生催化剂碳含量和重整油辛烷值这两个重要质量参数的在线实时测量。软测量仿真和应用结果表明,该模型具有优良的学习性能和泛化能力,能够满足参数实时测量要求。5)首次阐明石化系统的耗散结构存在形式,采用熵值分析系统的故障过程,建立系统高可靠性运行的自组织演化机制,从理论上揭示了石化系统高可靠性安全运行的实现途径。展望自愈工程是未来石化领域重要的发展方向,具有自愈功能的石化装置能够大大提高可靠性,避免故障发生,这对于提高生产效率具有重要意义。

Keyword:

石油化工系统可靠性故障树分析统计过程监控软测量

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学能源与动力工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学博士

Mentor: 程光旭

Year: 2012

Language: Chinese

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WoS CC Cited Count:

30 Days PV: 12

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