二次表在石油樹脂粘度檢測中的應(yīng)用

范加強

摘要：石油樹脂生產(chǎn)中粘度是一個重要的質(zhì)量參數(shù)，反映石油樹脂產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。本文通過研究石油樹脂生產(chǎn)工藝及分析粘度與外界因素和現(xiàn)場工藝的關(guān)系，確定粘度檢測的輔助變量，建立數(shù)學(xué)模型。發(fā)掘現(xiàn)場儀表的二次功能，采集粘度檢測模型需要的輔助變量，通過大量數(shù)據(jù)結(jié)合加權(quán)最小二乘回歸法對運算模型進(jìn)行參數(shù)校正。結(jié)果表明，通過儀表的二次功能構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，能夠穩(wěn)定、快速、精確地實現(xiàn)石油樹脂粘度的在線檢測。

關(guān)鍵詞：石油樹脂；粘度；二次表；數(shù)學(xué)模型；在線檢測

緒論

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，化工生產(chǎn)的自動化是未來發(fā)展的趨勢和方向。目前沒有成熟儀表硬件或無法通過相應(yīng)硬件實現(xiàn)在線檢測，各廠家采用實驗室離線化驗手段檢測這些質(zhì)量參數(shù)。然而人工化驗分析具有時間滯后性大、采樣周期長、耗費大量人力物力等限制，對于化工生產(chǎn)的指導(dǎo)性大打折扣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到自動化生產(chǎn)的要求。

針對這類控制問題，如石油樹脂粘度檢測，由于樹脂是高分子非牛頓流體，流動受多種因素影響，其粘度無法通過現(xiàn)有儀表硬件在線檢測。通過對石油樹脂生產(chǎn)工藝的研究分析及結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境工況，分析待測變量樹脂粘度與其他輔助變量之間的關(guān)系，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，間接實現(xiàn)樹脂粘度的在線檢測。既然沒有儀表能夠直接在線檢測樹脂粘度，那么發(fā)掘現(xiàn)場儀表的二次功能，檢測與樹脂粘度有關(guān)的其他易測變量，再由數(shù)學(xué)模型將這些變量進(jìn)行處理運算，計算得出樹脂粘度。

此方法充分利用了現(xiàn)場已有硬件的二次功能，減少現(xiàn)場硬件的大量安裝，并能夠?qū)崿F(xiàn)石油樹脂粘度的穩(wěn)定、快速、精確測量。對石油樹脂質(zhì)量控制及化工生產(chǎn)安全運行有重要意義，進(jìn)一步實現(xiàn)化工生產(chǎn)的自動化。

1數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建原理

該數(shù)學(xué)模型基于軟測量推斷控制系統(tǒng)原理構(gòu)建，其基本思想是根據(jù)某種最優(yōu)準(zhǔn)則，選擇一組與主導(dǎo)變量有密切關(guān)系又容易測量的輔助變量，通過構(gòu)造某種數(shù)學(xué)關(guān)系，來估計主導(dǎo)變量。

數(shù)學(xué)模型構(gòu)建步驟為：選取輔助變量，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，數(shù)據(jù)處理，化驗值參數(shù)校正，計算得出主導(dǎo)變量。

2樹脂粘度模型構(gòu)建

通過分析石油樹脂生產(chǎn)工藝和工況情況，選取質(zhì)量流量、水平差壓、物料溫度為輔助變量。

樹脂流體為非牛頓流體，其粘度n與質(zhì)量流量Q、水平差壓p、物料溫度T之間存在一定數(shù)學(xué)關(guān)系。

選定輔助變量后，輔助變量的檢測可由現(xiàn)場已有的儀表硬件測量得出，由現(xiàn)場的質(zhì)量流量計、差壓變送器、介質(zhì)溫度傳感器將測量的質(zhì)量流量、水平差壓、物料溫度信號輸入到粘度模型，經(jīng)模型計算得出樹脂粘度。

收集離線化驗數(shù)據(jù)對應(yīng)模型計算值對模型參數(shù)進(jìn)行校正。由于離線數(shù)據(jù)為人工取樣并于實驗室人工化驗得出。所以存在取樣誤差和讀取誤差以及化驗儀器的噪音波動誤差，甚至由于操作人員誤操作產(chǎn)生較大誤差，這些誤差會對校正結(jié)果產(chǎn)生影響，降低模型的準(zhǔn)確度，更嚴(yán)重的情況是模型根本就不能進(jìn)行在線估計和預(yù)測。針對這一問題，我們要對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，用統(tǒng)計假設(shè)校驗剔除含有顯著誤差的數(shù)據(jù)后，再采用平均濾波的方法去除隨機誤差。

3數(shù)學(xué)模型的校正

實際生產(chǎn)過程中，存在大量的影響因素，生產(chǎn)裝置操作條件、現(xiàn)場二次儀表檢測精度以及原料特性都會隨時間而變化，所以粘度模型不能一成不變，應(yīng)對現(xiàn)場生產(chǎn)條件的變化，需要對粘度模型進(jìn)行在線校正。

數(shù)學(xué)模型校正部分可分為模型參數(shù)校正、模型輸出校正兩部分。

數(shù)學(xué)模型的輸出校正，可以提高檢測精度，但隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，各影響因素對數(shù)學(xué)模型計算誤差的積累，檢測精度會逐漸降低。當(dāng)數(shù)學(xué)模型計算值偏離實驗室化驗值一定值時，再通過輸出校正的方式也達(dá)不到模型校正的結(jié)果。這時要重新利用大量實驗室離線數(shù)據(jù)進(jìn)行模型參數(shù)校正，設(shè)置新的模型參數(shù)，從而達(dá)到穩(wěn)定、精確、快速的檢測主導(dǎo)變量，指導(dǎo)生產(chǎn)。

4模型運行數(shù)據(jù)

選取輔助變量，構(gòu)建粘度模型，將模型計算值與離線化驗值比對，模型計算值與化驗值的曲線吻合，跟蹤趨勢良好。均方差為13.43，相對均方誤差為5.87%。

5結(jié)果分析

石油樹脂生產(chǎn)中粘度是反映產(chǎn)品質(zhì)量的重要參數(shù)，但由于技術(shù)原因無法由儀表硬件直接在線檢測得出。本文通過開發(fā)現(xiàn)場儀表二次功能，以軟測量技術(shù)理論為指導(dǎo)，分析主導(dǎo)變量粘度與輔助變量質(zhì)量流量、水平差壓、物料溫度之間的關(guān)系構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，并通過大量離線數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)校正，得到粘度模型。能夠?qū)崿F(xiàn)石油樹脂粘度的穩(wěn)定、精確、快速的測量，為石油樹脂生產(chǎn)提供指導(dǎo)，進(jìn)一步推動化工生產(chǎn)自動化進(jìn)程。