【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于石化生产装备的安全稳定运行和过程安全控制、信息工程与数据诊断等，具体涉及管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测方法及系统。
技术介绍
1、乙烯裂解炉是乙烯装置的重要构成部分，在乙烯乃至整套石化生产中都起到龙头作用。裂解炉的主要功能是将原料加工成裂解气，并通过管道输送给工艺流程的后续生产设备，加工成乙烯、丙烯及各种副产品。裂解炉生产能力及其技术水平，决定着乙烯装置的生产规模、产能和产品品质。
2、众所周知，裂解装置事故隐患多、安全风险高、在线防控难。其中，最典型的是炉膛工况异常（例如，火嘴回火/熄火、离火等）和炉管工况异常（例如，结焦、堵塞、裂纹、损伤、形变等）。无论是炉膛还是炉管，一旦出现异常或发生故障，轻则影响生产，严重时甚至会诱发灾难性事故。鉴于此，围绕乙烯装置特别是裂解炉安全隐患的防控，建立炉膛火焰异常、炉管局部结焦和管道腐蚀损伤等安全隐患的感知方法，是必要和有意义的。
3、裂解炉是乙烯裂解装置的核心设备，也是隐患诱发灾变风险的重灾区。以国内外企业常用的管式裂解炉为例，乙烯生产原料在裂解炉对流室炉管内预热到6000℃左右后，快速流经炉膛内炉管，过程中物料被快速加温到8000℃左右，期间进行化学反应，完成大分子断链生成小分子的裂解过程。烃类在裂解过程中由于聚合、缩合等二次反应的发生，不可避免地会结焦或生炭并积附在炉管内壁形成结焦,并且随着运行周期的加长、裂解深度的加深和生产物料的重质化，结焦程度会变得越来越严重，甚至会堵塞炉管，影响装置安全。目前，典型做法是依据炉管出口温度cot变化情况进行
4、结焦是影响乙烯装置生产安全的重要因素。如何准确感知结焦情况和合理安排清焦的方式及时机，是长期困扰“安稳长满优”生产的技术难题。考虑到炉管结焦部位不易导热，使裂解效率下降，炉管出现局部放热、甚至烧穿；而且，随炉管内焦积累量增加，会堵塞管道、影响生产安全，严重结焦时容易引起炉管堵塞甚至发生炸管事故。企业现用的方法主要是基于炉管进出口压差、管口温度和管表外观，存在明显的局限性。鉴于此，本专利技术建立一种以裂解温度、反应压力、停留时间等关键参数为切入点的全炉管结焦感知与清焦或烧焦时机辅助决策方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出了管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测方法及系统，对于保障石化生产安全具有重要意义。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测方法，包括以下步骤：
4、构建裂解炉数字孪生体；
5、对裂解炉与裂解炉数字孪生体之间的虚-实空间数据进行交互；
6、基于交互的虚-实空间数据，结合多源数据深度学习，重构裂解炉管内温度场、压力场和流量场时-空动态变化过程，实现炉管结焦统计推断和趋势预测的炉管清焦或烧焦最佳时机预测。
7、优选的，构建裂解炉数字孪生体的方法包括：
8、以裂解装置为核心，围绕物理实体pe、虚拟实体ve、数字孪生体数据dd、面向安全服务ss和实体者间连接cn，构建数字孪生概念模型，集成信息数据与物理数据；
9、基于集成的信息数据与物理数据，采用从底向上方式，建立数字孪生系统参考架构；
10、基于所述数字孪生系统参考架构，建立pe的数字模型或信息传递模型，搭建ve和实体间的双向数据通信，形成乙烯装置流程的数字影子模型，进而形成完整的数字孪生模型，构建裂解过程数字孪生体。
11、优选的，对裂解炉与裂解炉数字孪生体之间的虚-实空间数据进行交互的方法包括：
12、以乙烯裂解系统3d虚拟仿真为基础，结合数字孪生模型，由数字主线疏通乙烯工艺过程各环节数据产生、交换和流转关系，实现虚拟环境下的生产过程及安全风险动态复现和推演，以及各生产流程数据无缝流动和过程追溯。
13、优选的，重构裂解炉管内温度场、压力场和流量场时-空动态变化过程的方法包括：
14、构造裂解炉对流室温度、压力、流量变化及物料裂解反应的可扩充模型集合s；
15、以可扩充模型集合s为基础，通过数值模拟，量化分析炉管进料特征量变化、炉管内外环境变化和对流室出口物料特征量变化之间的耦合关系；
16、采用3维网格对裂解炉对流室进行网格划分d，以可扩充模型集合s为基础，计算网格d各节点的温度、压力、流速、流量数据；
17、利用炉管进料特征量变化、炉管内外环境变化和对流室出口物料特征量变化之间的耦合关系，结合网格各节点的温度、压力、流速、流量数据，训练多层卷积神经网络，得到深度学习模型；
18、采用场描述容器以及传输管道内任意点的温度、压力、流速、辐射特征属性，获取张量场在网格节点的温度、压力、流速、辐射特征属性仿真数据；
19、采用数字孪生体时空推演仿真数据，获得基于深度学习的张量场函数拟合模型，及梯度、散度和旋度函数模型；
20、结合乙烯装置现场采集的温度、压力、流速、辐射数据对基于深度学习的张量场函数拟合模型以及梯度、散度和旋度函数模型进行更新；结合更新后的模型和时-空插值方法，获取乙烯裂解炉管内任意点温度、压力、流速、辐射特征属性随时空变化的软测量数据。
21、优选的，炉管结焦统计推断和趋势预测的炉管清焦或烧焦最佳时机预测的方法包括：
22、采用在线实测数据驱动数字孪生体的方法，可视化展现炉管结焦部位、结焦程度及变化过程；
23、利用同型号多组别裂解炉实际生产过程的历史数据，揭示裂解炉管内流动、传热、传质及裂解反应过程的基本特点及相互影响规律；
24、采用裂解炉数据挖掘分析与机器学习结合的方法，构建以结焦和蠕变为核心的因果关系树，以及炉管结焦厚度的多因素回归分析模型和基于温度场、压力场局部涡变的炉管结焦部位及厚度统计推断模型；
25、采用实测工况数据以及温度场、压力场深度学习模型，进行炉管内部温度场和压力场的校准与软测量，实现温度场和压力场时-空变化在线预测；
26、采用预测数据驱动数字孪生系统，结合结焦厚度的多因素回归分析模型和结焦部位的统计推断模型，实现对炉管结焦厚度及部位的预测；结合领域专家知识，确定最优结焦处置对策和最佳处置时机，为结焦处置提供辅助决策。
27、本专利技术还提供了管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测系统，包括：构建模块、交互模块和预测模块；
28、所述构建模块用于构建裂解炉数字孪生体；
29、所述交互模块用于对裂解炉与裂解炉数字孪生体之间的虚-实空间数据进行交互；
30、所述预测模块用于基于交互的虚-实空间数据，结合多源数据深度学习，重构裂解炉管内温度场、压力场和流量场时-空本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测方法，其特征在于，构建裂解炉数字孪生体的方法包括：
3.根据权利要求2所述的管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测方法，其特征在于，对裂解炉与裂解炉数字孪生体之间的虚-实空间数据进行交互的方法包括：
4.根据权利要求3所述的管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测方法，其特征在于，重构裂解炉管内温度场、压力场和流量场时-空动态变化过程的方法包括：
5.管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测系统，其特征在于，包括：构建模块、交互模块和预测模块；
6.根据权利要求5所述的管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测系统，其特征在于，所述构建模块包括：数据集成单元、参考架构构建单元和数字孪生体构建单元；
7.根据权利要求6所述的管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测系统，其特征在于，对裂解炉与裂解炉数字孪生体之间的虚-实空间数据进行交互的过程包括：
8.根据权利要求7所述的管式裂解炉的一种炉管结焦感知与
...【技术特征摘要】
1.管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测方法，其特征在于，构建裂解炉数字孪生体的方法包括：
3.根据权利要求2所述的管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测方法，其特征在于，对裂解炉与裂解炉数字孪生体之间的虚-实空间数据进行交互的方法包括：
4.根据权利要求3所述的管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测方法，其特征在于，重构裂解炉管内温度场、压力场和流量场时-空动态变化过程的方法包括：
5.管式裂解炉的一种炉管结焦感知与预测系统，其特征在于，包括：构建模块、交互...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡绍林，文成林，张清华，孙国玺，崔德龙，任红卫，柯烨，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：
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