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基于解析模型与灰色时序模型的化工设备故障预诊断方法研究

作　者: 胡明刚
导　师: 田文德
学　校: 青岛科技大学
专　业: 化学工程
关键词: 解析模型灰色模型时间序列模型建模
分类号: N941.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

石化行业的性质决定了其危险性比其它的行业更大，事故导致的后果也更为严重。当前保障化工设备正常运行的技术主要有故障诊断技术和预测技术。两种技术处理问题的角度不同，都有自身的优势和局限性。在实际生产中，如果操作人员能够预知设备运行状态的变化趋势，并检测分离出导致系统偏离正常状态的原因，则可以保证设备的安全运行，避免重大安全事故的发生。解析模型可高效地检测故障并分离出故障源，但无法检测设备中潜在的故障。预测模型可以得到数据的变化趋势和预测值。鉴于多数设备属于灰色系统的特点，选择灰色模型进行研究。灰色模型具有所需数据量小、预测数据宏观变化趋势好的特点；但对数据波动的适应性不足，无法分析数据变化的原因及后果，不能找出致使系统偏离正常状态的故障点。论文对灰色模型进行了改进，将灰色模型与时间序列模型以串联方式进行组合建模，对灰色模型的残差进行修正，增强了模型对数据波动的适应能力，提高了预测精度。对诊断模型与预测模型的融合方法进行研究，组建了故障预诊断模型。灰色预测模型可将设备故障初期的信号进行预测放大，然后解析模型对预测数据进行分析，检测与分离设备的潜在故障。明确设备的故障参数后，利用预测模型和解析模型对故障的程度及速度进行定量的预测分析。故障的定量预测模型有两种组合方式：1）先预测模型后解析模型。首先对与设备故障相关的测量数据进行预测，然后将预测值代入解析模型，求解未来时刻的故障参数值。2）先解析模型后预测模型。首先通过解析模型求解故障参数的历史值，再利用预测模型来预测故障参数的变化趋势和发展速度。论文最后在醋酸精馏塔中进行了故障预诊断方法的应用研究。通过预测方法得到精馏塔输入数据的变化趋势，然后用解析模型求塔板的负荷性能曲线，从而判断塔板将来是否处于正常操作区间。操作人员可通过人机界面对模型的参数进行设置，系统自动地对塔板的状态进行预诊断，为实际生产提供可靠的指导信息。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
符号说明  10-12
前言  12-13
1 绪论  13-29
  1.1 化工安全生产的意义  13
  1.2 故障诊断的概念  13-19
    1.2.1 解析模型法  14-17
    1.2.2 基于知识的方法  17-18
    1.2.3 数据驱动法  18
    1.2.4 选择诊断方法的原则  18-19
  1.3 预测技术的概念  19-26
    1.3.1 灰色模型法  19-23
    1.3.2 时间序列法  23-25
    1.3.3 其它单一预测方法  25
    1.3.4 组合模型  25-26
  1.4 论文研究的意义和内容  26-29
    1.4.1 选题的背景和意义  26-27
    1.4.2 研究的主要内容  27-29
2 参数估计法及其在加热炉装置故障监测中的应用  29-41
  2.1 参数估计法的概念和原理  29-31
    2.1.1 概念介绍  29-30
    2.1.2 参数估计法机理介绍  30-31
  2.2 参数估计法在加热炉装置中的应用  31-35
    2.2.1 延迟焦化工艺介绍  31-32
    2.2.2 加热炉的故障分析  32-33
    2.2.3 构建模型  33-35
  2.3 故障监测系统  35-39
    2.3.1 系统结构设计  35-36
    2.3.2 系统的主要界面  36-39
  2.4 小结  39-41
3 基于灰色时序模型的蒸馏装置腐蚀预测研究  41-55
  3.1 预测模型  41-48
    3.1.1 灰色模型原理  41-44
    3.1.2 时间序列模型  44-45
    3.1.3 组合模型  45-46
    3.1.4 检验方法  46-48
  3.2 实例应用  48-53
    3.2.1 蒸馏装置的腐蚀状况  48
    3.2.2 数据采集  48-50
    3.2.3 建模过程  50-53
  3.3 小结  53-55
4 基于预测模型与解析模型的故障预诊断方法研究  55-71
  4.1 机理介绍  55-59
    4.1.1 多变量灰色模型  55-57
    4.1.2 故障预诊断模型  57-58
    4.1.3 故障程度预测  58-59
  4.2 实例验证  59-69
    4.2.1 实例介绍  59-60
    4.2.2 故障预诊断  60-64
    4.2.3 故障程度预测  64-69
  4.3 小结  69-71
5 醋酸精馏塔的状态预诊断技术研究  71-85
  5.1 TA工艺简介  71-72
  5.2 构建机理模型  72-77
  5.3 参数估计法分析塔板性能  77-79
  5.4 状态预诊断系统开发  79-83
    5.4.1 软件的结构设计  79
    5.4.2 软件界面介绍  79-83
  5.5 小结  83-85
6 结论  85-87
参考文献  87-91
致谢  91-93
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  93-94

基于解析模型与灰色时序模型的化工设备故障预诊断方法研究

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