隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng),天然氣作為清潔能源得到廣泛重視,其需求量呈逐年遞增的趨勢。但在中國超過25%的天然氣因酸性組分(H_2S、CO_2)過高而不能被直接利用,必須經(jīng)過脫硫工藝過程處理,而該過程存在脫硫選擇性低和能耗高的特點(diǎn),不利于石油企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。故提升脫硫選擇性和降低能耗以提升企業(yè)競爭力和經(jīng)濟(jì)效益是高含硫天然氣凈化廠普遍關(guān)心和亟待解決的關(guān)鍵問題。隨信息技術(shù)的飛速發(fā)展和大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的成熟,不僅使工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的集散控制系統(tǒng)收集儲存了海量生產(chǎn)數(shù)據(jù),且為基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的工業(yè)過程建模和多目標(biāo)優(yōu)化提供技術(shù)支持。為此,本文針對高含硫天然氣脫硫工藝過程數(shù)據(jù)建模的問題和操作參數(shù)優(yōu)化的問題展開深入研究,具體包括以下內(nèi)容:(1)提出MiUKFNN算法以解決高含硫天然氣脫硫工藝建模效率和模型可靠性的問題。該方法運(yùn)用UKF算法的最優(yōu)非線性估計特性,克服噪音數(shù)據(jù)對BPNN算法建模精度的影響;同時,運(yùn)用最小采樣點(diǎn)算法代替對稱采樣點(diǎn)算法以有效減少采樣點(diǎn)的數(shù)量,提升建模效率,縮短建模時間。工業(yè)應(yīng)用實驗結(jié)果表明,所提算法不僅大幅度提升模型的運(yùn)行效率,且相比BPNN和UKFNN有較高的模型精度;最后通過杠桿算法(Leverage approach,LA)證明了所建模型的有效性和可靠性。(2)提出ScMiUKFNN算法不僅可以提升MiUKFNN模型的精度,且還能兼顧模型運(yùn)行速度。該算法在MiUKFNN算法基礎(chǔ)上,引入比例無跡變化以代替UKF算法中的UT算法,以提升UKF算法對狀態(tài)變量的均值和協(xié)方差的預(yù)測精度。仿真實驗和工業(yè)應(yīng)用實驗結(jié)果表明,ScMiUKFNN模型不僅相較于BPNN、UKFNN和MiUKFNN模型有最大R~2值和最小的模型誤差,且能夠有效保證模型的運(yùn)行效率。(3)提出NSGA-II-RVC算法不僅能改善多目標(biāo)優(yōu)化算法的收斂性和多樣性,還能有效解決帶約束條件的工業(yè)優(yōu)化問題。首先,在NSGA-II算法的框架上引入用戶偏好向量、違反約束函數(shù)的選擇策略和非規(guī)則PF的自適應(yīng)參考向量代替擁擠度排序算法進(jìn)行精英個體選擇;同時,運(yùn)用角-距離懲罰函數(shù)平衡算法的收斂能力和保持種群多樣性的能力;最后,運(yùn)用遺傳操作算法得到新種群。仿真實驗結(jié)果表明NSGA-II-RVC算法的收斂性和所得種群多樣性均優(yōu)于NSGA-II和NSGA-III兩種算法。將NSGA-II-RVC算法進(jìn)一步應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)過程,對高含硫天然氣脫硫工藝的ScMiUKFNN模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,所得最優(yōu)操作參數(shù)不僅使得脫硫選擇性提升了0.58%,且生產(chǎn)效率也提升了1.3%。
【學(xué)位單位】：重慶科技學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE644
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 高含硫天然氣脫硫工藝的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 高含硫天然氣脫硫工藝節(jié)能降耗的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 數(shù)據(jù)驅(qū)動的高精度建模的研究現(xiàn)狀
        1.2.4 數(shù)據(jù)驅(qū)動的多目標(biāo)優(yōu)化的研究現(xiàn)狀
        1.2.5 關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)
    1.3 本文的研究內(nèi)容與技術(shù)路線
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
    1.4 本文的結(jié)構(gòu)
2 高含硫天然氣脫硫工藝特性分析
    2.1 高含硫天然氣脫硫工藝簡介
    2.2 工藝條件對脫硫效果的影響
        2.2.1 吸收塔溫度對脫硫效果的影響
        2.2.2 吸收塔壓力對脫硫效果的影響
        2.2.3 溶液循環(huán)量對脫硫效果的影響
        2.2.4 小結(jié)
    2.3 工藝條件對脫硫選擇性的影響
        2.3.1 吸收塔溫度對脫硫選擇性的影響
        2.3.2 吸收塔壓力對脫硫選擇性的影響
        2.3.3 溶液循環(huán)量對脫硫選擇性的影響
        2.3.4 小結(jié)
    2.4 工藝條件對脫硫工藝能耗的影響
        2.4.1 吸收塔溫度對脫硫工藝能耗的影響
        2.4.2 吸收塔壓力對脫硫工藝能耗的影響
        2.4.3 溶液循環(huán)量對脫硫工藝能耗的影響
        2.4.4 重沸器熱負(fù)荷對脫硫工藝能耗的影響
        2.4.5 小結(jié)
    2.5 本章小結(jié)
3 高含硫天然氣脫硫工藝高精度建模方法研究
    3.1 引言
    3.2 BPNN算法簡介
    3.3 UKFNN算法簡介
    3.4 基于MiUKFNN的建模方法
        3.4.1 最小采樣點(diǎn)算法
        3.4.2 MiUKFNN算法
    3.5 基于ScMiUKFNN的建模方法
        3.5.1 比例無跡變換
        3.5.2 ScMiUKFNN算法
    3.6 仿真實驗及分析
        3.6.1 MiUKFNN仿真結(jié)果及分析
        3.6.2 ScMiUKFNN仿真結(jié)果及分析
    3.7 工業(yè)過程建模實驗及分析
        3.7.1 數(shù)據(jù)采集
        3.7.2 參數(shù)設(shè)定
        3.7.3 評價指標(biāo)
        3.7.4 模型精度分析
        3.7.5 模型效率分析
        3.7.6 模型可靠性分析
    3.8 本章小結(jié)
4 高含硫天然氣脫硫工藝節(jié)能優(yōu)化方法研究
    4.1 引言
    4.2 NSGA-II算法描述
    4.3 基于NSGA-II-RVC的決策參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化方法
        4.3.1 基于參考向量的分區(qū)及目標(biāo)變換
        4.3.2 角-距離懲罰函數(shù)
        4.3.3 違反約束函數(shù)的選擇策略
        4.3.4 基于非規(guī)則PF的自適應(yīng)參考向量
        4.3.5 NSGA-II-RVC算法
    4.4 仿真實驗及分析
        4.4.1 測試函數(shù)
        4.4.2 參數(shù)設(shè)計
        4.4.3 評價指標(biāo)
        4.4.4 實驗結(jié)果及分析
    4.5 工業(yè)過程決策參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化實驗及分析
        4.5.1 偏好多目標(biāo)優(yōu)化模型建立
        4.5.2 優(yōu)化結(jié)果分析
        4.5.3 最優(yōu)決策參數(shù)分析
    4.6 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 研究總結(jié)
    5.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論著及取得的科研成果

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 秦大同;王鎮(zhèn);胡明輝;劉永剛;葛帥帥;;基于多目標(biāo)優(yōu)化的采煤機(jī)滾筒最優(yōu)運(yùn)動參數(shù)的動態(tài)匹配[J];煤炭學(xué)報;2015年S2期

2 彭春華;黃戡;袁義生;潘蕾;;基于α約束支配排序混合進(jìn)化算法的微電網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行[J];電力自動化設(shè)備;2015年04期

3 于艷秋;張曉剛;張恒偉;林宏卿;劉新嶺;張曉燕;;高含硫天然氣凈化廠安全監(jiān)控技術(shù)——以普光氣田為例[J];天然氣工業(yè);2014年03期

4 柴天佑;李少遠(yuǎn);王宏;;網(wǎng)絡(luò)信息模式下復(fù)雜工業(yè)過程建模與控制[J];自動化學(xué)報;2013年05期

5 邱奎;安鵬飛;楊馥寧;諸林;KIM Sungyoung;BAGAJEWICZ Miguel;;高含硫天然氣脫硫操作條件對能耗影響的模擬研究[J];石油學(xué)報(石油加工);2012年06期

6 周聲結(jié);賀瑩;;國內(nèi)大規(guī)模MDEA脫碳技術(shù)在中海油成功應(yīng)用——以中海油東方天然氣處理廠為例[J];天然氣工業(yè);2012年08期

7 裴愛霞;張立勝;于艷秋;劉正軍;;高含硫天然氣脫硫脫碳工藝技術(shù)在普光氣田的應(yīng)用研究[J];石油與天然氣化工;2012年01期

8 王成達(dá),嚴(yán)密林,趙新偉,李平全,王輝;油氣田開發(fā)中H_2S/CO_2腐蝕研究進(jìn)展[J];西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2005年05期

9 蘇欣,古小平,范小霞,戚娟,袁宗明;天然氣凈化工藝綜述[J];寧夏石油化工;2005年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 謝書圣;Aspen軟件在天然氣凈化過程中的模擬與優(yōu)化[D];華東理工大學(xué);2011年

本文編號：2857982