一种化工过程设备防腐控制自适应方法及系统与流程

本发明涉及化工过程控制，尤其涉及一种化工过程设备防腐控制自适应方法及系统。

背景技术：

1、化工过程设备在运行过程中，反应介质对设备内壁的腐蚀是影响设备安全性和使用寿命的关键因素。特别是在强腐蚀性介质环境中，设备腐蚀速率受温度、流体流动状态和介质浓度等多种工艺参数的耦合影响，腐蚀过程呈现动态演化特征。

2、现有技术中，化工设备的腐蚀监测与控制普遍采用离线检测与人工经验调参相结合的模式。具体而言，通过定期停机进行超声测厚、挂片试验或目视检查等方式评估设备腐蚀状态，再根据历史经验调整工艺参数或投加缓蚀剂。然而，该模式存在以下不足：

3、其一，离线检测的周期通常为周级至月级，远大于腐蚀状态的实际变化时间尺度，导致两次检测间隔内腐蚀过程不受监控，系统对腐蚀加速事件的响应存在结构性盲区；

4、其二，现有在线腐蚀监测手段（如线性极化电阻法）仅能提供单一的均匀腐蚀速率信息，无法区分均匀腐蚀与局部腐蚀，而局部腐蚀是导致设备穿孔失效的主要形式；

5、其三，防腐措施与主生产目标之间存在耦合矛盾，人工经验调参难以在腐蚀抑制与产品质量保障之间取得最优平衡。

6、因此，如何实现化工过程设备腐蚀状态的在线实时感知，并在不破坏产品质量的前提下对腐蚀过程进行主动闭环控制，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种化工过程设备防腐控制自适应方法及系统，用于解决现有技术中化工设备腐蚀监测依赖离线检测且防腐控制缺乏闭环反馈的技术问题。

2、本发明提供的一种化工过程设备防腐控制自适应方法，包括以下步骤：

3、向化工反应设备内的反应液注入激励信号，并采集所述反应液的电化学阻抗谱数据；

4、基于第一模型对所述电化学阻抗谱数据进行参数拟合处理，以得到第一腐蚀状态参数；

5、根据所述第一腐蚀状态参数确定第一腐蚀电流密度；

6、将所述第一腐蚀电流密度作为被控变量输入至模型预测控制器，并基于预设的产品质量约束，优化求解得到第一工艺参数调节量；

7、根据所述第一工艺参数调节量调节所述化工反应设备的工艺参数。

8、在一种可选的实施方式中，向化工反应设备内的反应液注入激励信号，并采集所述反应液的电化学阻抗谱数据包括：

9、依次对各阻抗探头注入所述激励信号；其中，所述激励信号为多频叠加信号，所述多频叠加信号包括对数等间距分布的若干频率分量；

10、对各所述阻抗探头的电流响应信号进行频域解调，以得到各所述阻抗探头对应位置的所述电化学阻抗谱数据。

11、在一种可选的实施方式中，所述第一模型包括常相角元件和扩散阻抗元件；所述基于第一模型对所述电化学阻抗谱数据进行参数拟合处理包括：

12、在复平面上同时拟合所述电化学阻抗谱数据的实部和虚部，以得到溶液电阻、所述常相角元件的参数以及电荷转移电阻。

13、在一种可选的实施方式中，所述根据所述第一腐蚀状态参数确定第一腐蚀电流密度包括：

14、根据所述电荷转移电阻和所述扩散阻抗元件的系数确定所述第一腐蚀状态参数；

15、根据所述常相角元件的弥散指数，确定转换系数；

16、根据所述转换系数和所述第一腐蚀状态参数，确定所述第一腐蚀电流密度。

17、在一种可选的实施方式中，所述模型预测控制器的预测模型包括：

18、第二模型，用于根据反应温度和搅拌剪切速率预测所述第一腐蚀电流密度的演化趋势；

19、第三模型，用于根据搅拌剪切速率确定界面滞留层厚度。

20、在一种可选的实施方式中，在所述向化工反应设备内的反应液注入激励信号之前，所述方法还包括：

21、在已知成分介质中对阻抗探头执行全频段扫频，以得到基线阻抗谱数据；

22、对所述基线阻抗谱数据执行非线性拟合处理，以得到各所述阻抗探头的基线参数，所述基线参数作为在线运行时参数拟合的初值。

23、在一种可选的实施方式中，在基于第一模型对所述电化学阻抗谱数据进行参数拟合之后，将所述第一腐蚀电流密度作为被控变量输入模型预测控制器之前，所述方法还包括：

24、根据所述第一腐蚀电流密度的空间分布，确定局部腐蚀因子；

25、根据所述局部腐蚀因子和所述第一腐蚀电流密度的时间变化趋势，确定预警等级；

26、根据所述预警等级，动态调整所述模型预测控制器的目标函数权重。

27、在一种可选的实施方式中，在根据所述第一工艺参数调节量调节所述化工反应设备的工艺参数之后，所述方法还包括：

28、获取调节后的实际腐蚀状态参数，计算所述实际腐蚀状态参数与所述模型预测控制器的预测值之间的偏差；

29、当所述偏差在连续多个控制周期超过预设容忍带时，更新所述模型预测控制器的预测模型参数。

30、本申请还提供一种化工过程设备防腐控制自适应系统，包括：

31、阻抗谱采集模块，用于向化工反应设备内的反应液注入激励信号，并采集所述反应液的电化学阻抗谱数据；

32、腐蚀状态反演模块，用于基于第一模型对所述电化学阻抗谱数据进行参数拟合处理，以得到第一腐蚀状态参数；并根据所述第一腐蚀状态参数确定第一腐蚀电流密度；

33、自适应控制模块，用于将所述第一腐蚀电流密度作为被控变量输入至模型预测控制器，并基于预设的产品质量约束，优化求解得到第一工艺参数调节量；并根据所述第一工艺参数调节量调节所述化工反应设备的工艺参数。

34、在一种可选的实施方式中，向化工反应设备内的反应液注入激励信号，并采集所述反应液的电化学阻抗谱数据包括：

35、依次对各阻抗探头注入所述激励信号；其中，所述激励信号为多频叠加信号，所述多频叠加信号包括对数等间距分布的若干频率分量；

36、对各所述阻抗探头的电流响应信号进行频域解调，以得到各所述阻抗探头对应位置的所述电化学阻抗谱数据。

37、本发明具有以下有益效果：

38、1、通过在线采集电化学阻抗谱数据实现对化工反应设备腐蚀状态的连续实时感知，消除了传统离线检测模式中两次检测之间的监测盲区；

39、2、通过第一模型反演提取多维腐蚀状态参数，能够区分均匀腐蚀和局部腐蚀，实现对腐蚀类型的精确辨识；

40、3、通过将腐蚀状态参数作为被控变量输入具有产品质量约束的模型预测控制器，实现了腐蚀抑制与产品质量保障的协同优化，避免了传统防腐手段对产品质量的负面影响；

41、4、仅通过调节化工反应设备已有的工艺参数实现防腐目的，无需引入外来缓蚀剂等可能影响产品纯度的化学品。

1.一种化工过程设备防腐控制自适应方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，向化工反应设备内的反应液注入激励信号，并采集所述反应液的电化学阻抗谱数据包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一模型包括常相角元件和扩散阻抗元件；所述基于第一模型对所述电化学阻抗谱数据进行参数拟合处理包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一腐蚀状态参数确定第一腐蚀电流密度包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型预测控制器的预测模型包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述向化工反应设备内的反应液注入激励信号之前，所述方法还包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于第一模型对所述电化学阻抗谱数据进行参数拟合之后，将所述第一腐蚀电流密度作为被控变量输入模型预测控制器之前，所述方法还包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述第一工艺参数调节量调节所述化工反应设备的工艺参数之后，所述方法还包括：

9.一种化工过程设备防腐控制自适应系统，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，向化工反应设备内的反应液注入激励信号，并采集所述反应液的电化学阻抗谱数据包括：