煉油催化裂化裝置電液冷壁單動滑閥故障檢測技術

劉瑞慶，黃興國

（1.中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司蘭州石油化工裝備分公司，甘肅蘭州 730060；2.甘肅省煉化特種裝備工程技術研究中心，甘肅蘭州 730060）

0 引言

電液冷壁單動滑閥是石油企業煉油催化裂化裝置中的主要構件，不僅能控制裝置運行的關鍵技術指標，還是保障裝置平穩操作、穩定運行的主要結構[1]。但是其運行條件較為惡劣，加之自身工作性能存在不穩定的特點，在運行中經常出現故障[2]。電液冷壁單動滑閥的結構與運行原理較為復雜，大多數的故障是由多種因素誘發的，這給技術人員的故障診斷工作帶來了較大難度[3]。

為解決上述難點，本文將以某煉油催化裂化裝置為例，設計一種針對此裝置電液冷壁單動滑閥故障的全新檢測技術，以期提高煉油催化裂化裝置的穩定運行能力。

1 電液冷壁單動滑閥故障參數提取

為確保參數信息提取的準確性，本文將滑閥運行過程中形成的離散型狀態空間作為核心結構，針對這一結構當中的各項運行參數進行描述，并形成一類非線性時變隨機集合：

式中 x——煉油催化裂化裝置電液冷壁單動滑閥運行過程中的狀態變量，取值為Rn范圍內

k——常數

u——已知的輸入變量，取值為Rq范圍內

在對電液冷壁單動滑閥故障參數提取時，由于裝置所處的運行環境中存在復雜的干擾因素，因此會使得參數當中存在大量的高斯白噪聲。假設在p 維中滑閥故障參數的高斯白噪聲可表示為v（k），在m 維中滑閥故障參數的高斯白噪聲可表示為e（k），則進一步得出其統計特性，可用式（2）表示：

其中，E 為統計學參數。

在上述公式的基礎上，引入濾波裝置，利用其對滑閥在運行過程中的故障參數進行強跟蹤，提取故障參數。

2 基于參數融合的電液冷壁單動滑閥運行狀態評估

在實現電液冷壁單動滑閥故障參數提取的基礎上，引入參數融合的方法對滑閥運行狀態進行評估。將上述獲取到的故障參數信息，以一類非線性結構表示：

式中 θ——煉油催化裂化裝置運行過程中滑閥時變參數

?！獰捰痛呋鸦b置運行過程中滑閥故障時產生的非線性函數

如果滑閥處于正常工作狀態，則θ（k）應符合高斯分布。反之，如果θ（k）不符合高速分布，則說明滑閥處于非正常工作狀態，極大可能存在誤差，以此通過上述方式實現對滑閥運行狀態的評估。在實際應用中，裝置滑閥可能存在老化現象，因此其θ（k）可能發生緩慢漂移和突變。因此，在評估過程中可針對k 設置閾值，通過計算結果是否在閾值范圍內的判斷實現對電液冷壁單動滑閥運行狀態的評估。

3 基于噪聲信號處理的故障檢測

以煉油催化裂化裝置的實時運行狀態為依據，對控制器輸出信號進行連續化處理。根據電液冷壁單動滑閥在運行中輸入偏分指令的斜率，進行輸出信號的獲取[4]。

其中，J 為電液冷壁單動滑閥在運行中的輸出信號；X 表示為不同時刻下的信號值；H 表示為信號波動最大值域；X1表示為初始化信號值；Y 表示為信號連續性。

考慮到通過此種方式獲取的信號可能存在噪聲，使用此類信號作為故障診斷或故障決策的依據，可能會影響故障檢測結果[5]。因此，需要在此基礎上進行電液冷壁單動滑閥在運行中輸出信號的噪聲處理，處理過程如式（5）所示：

其中，F 表示輸出信號的噪聲處理，T 為噪聲處理時間，W、φ 分別為白噪聲和高頻噪聲；A為信號轉換，B為信號重組，N為信號在傳輸過程中的空間維度。

對完成處理后的信號進行多層疊加，進行滑閥輸出信號波動頻率的主動識別。提取識別結果中存在異常波動現象的信號，將信號與對應的時間序列進行匹配，輸出匹配結果，將此結果作為電液冷壁單動滑閥故障檢測結果[6]。對故障區段信號與其時間序列的匹配過程進行描述，此過程如下計算公式所示：

其中，M 表示為故障區段信號與其時間序列的匹配過程，K 表示為信號動作矩陣；C、D、J 分別表示偏差信號、補償值和時間序列。

按照上述方式，輸出呈現連續狀態的電液冷壁單動滑閥故障區段信號，以此完成對滑閥故障的實時檢測，實現對煉油催化裂化裝置電液冷壁單動滑閥故障檢測方法的設計研究。

4 實例應用分析

為驗證本文提出技術的實際應用性能，選擇以某石油化工企業中常使用的煉油催化裂化裝置作為研究對象。該裝置的型號為rco48790，凈重1000 kg，運行功率54 kW、電壓220 V，脫硫率、除塵率、凈化率均為98%；處理風量10 000～100 000 m3/h，過濾速度為2.31 m/s。裝置運行時，啟動20 min 后其溫度便可升高至需求的燃燒溫度。在這一過程中，如果有機廢氣的濃度過高，則裝置的能耗僅為風機功率，在工作中可實現對其自動化控制。

選擇將滑閥故障區實際大小與檢測技術得出的故障區域大小進行對比，以此對檢測技術的精度進行評價。

（1）將裝置的運行時間控制在30 s 以內。

（2）Ch和Cs為在已知煉油催化裂化裝置電液冷壁單動滑閥輸入和油動機輸出參數情況下，通過強跟蹤卡爾曼濾波器在線監測得到的兩個滑閥故障參數。將這一參數作為標準，對本文檢測技術的檢測結果精度進行檢驗。

（3）Th和Ts表示為通過本文故障檢測技術在對裝置輸入和輸出參數未知的情況下，得到的滑閥故障檢測結果。

運行過程中，將相關數據進行記錄（圖1）。

圖1 本文檢測技術檢測結果

正常情況下，在煉油催化裂化裝置在運行過程中，沒有出現滑閥故障問題，則其故障區域應當始終保持縱坐標為0 的曲線形式。但從圖1 的Ch和Cs曲線可以看出，該滑閥上出現了兩個不同故障區域，并且故障表現一個較為明顯（Ch參數變化曲線）、一個較不明顯（Cs參數變化曲線）。從圖1 還可以看出，本文提出的檢測技術得到的檢測結果與標準故障參數變化高度一致，可實現對滑閥故障的精度檢測，同時檢測結果也能明確故障發生的具體時間，并且不需要確定煉油催化裂化裝置運行時的輸入和輸出參數，即可實現對電液冷壁單動滑閥故障問題的查明。

5 結束語

針對煉油催化裂化裝置中電液冷壁單動滑閥的故障問題，本研究提出了一種全新的檢測技術，并結合實例驗證其應用可行性。在應用過程中，該檢測技術操作更便捷，對于檢測技術應用條件要求更低，能夠精準檢測復雜運行環境中滑閥故障問題，為煉油催化裂化裝置的安全和穩定運行提供更有利的條件。