下载文档原格式
核主元分析在故障诊断中的研究与应用摘要化工在工业生产中占有举足轻重的地位，它几乎涉及到人们生活的各个方面，近年来，随着科学技术，尤其是计算机技术的飞速发展，化工过程生产装置的规模越来越大，工艺越来越复杂，自动化水平越来越高，因此化工过程的安全性和可靠性就显得特别重要。
采用故障诊断技术来提高化工过程的安全性和可靠性是一种有效而重要的方法，因此对化工过程进行故障诊断研究具有极其重要的价值。
本文介绍了主元分析法和核主元分析法在故障诊断的研究应用，并在化工过程中进行了仿真应用研究，针对主元分析法(PCA)应用于复杂非线性的化工过程故障检测时存在性能差的问题。
我们提出利用核主元分析法(KPCA)来进行故障检测的思想，从而将输入空间中复杂的非线性问题转化为特征空间中的线性问题，在特征空间中采用T2和SPE 的贡献率检测出系统的故障。
TE过程的研究应用验证了算法的可行性，达到了预期的效果。
关键词：故障检测主元分析核主元分析TE过程Ikernel principal component analysis in failure diagnosis research andapplicationAbstractChemical industry plays a very important role in industrial production, it involves almost all aspects of people,s lives. In recent years, along with the development of scienee and technology, especially computer technology, production units of chemieal industry become bigger and bigger. Technological processes beeome more complex, automatic level becomes higher and higher. Therefore, the security and reliability of chemieal proeess is more important. There is are many methods to improve system’s, fault diagnosis technology is avery effeetive and important method to improve the security and reliability of chemical proeess. So research on fault diagnosis has vitally important value for chemical industry process.The thesis introduces the methods of principal component analysis and kernel principal component analysis are analyzed for fault diagnosis, and simulations are applied to Tennessee Eastman chemical proeess. For complex and nonlinear chemical industry processes, the performance of fault detection is very poor when principal component analysis (PCA) is used. Thus the concept of using kernel principal component analysis (KPCA) to conduct fault detection is proposed, which will make the complex nonlinear problem in input space convert into linear problem in feature space, according to calculate the contribution of each original variable for Hotelling T2 and SPE to research on fault detection. The application study of Tennessee Eastman chemical process proves the feasibility of the proposed methods, and achieves the expected results.Key Words:fault detection; principal component analysis; kernel principal component; Tennessee Eastman processII目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2 故障诊断方法 (1)1.2.1 依赖于模型的故障诊断方法 (1)1.2.2 不依赖于模型的故障诊断方法 (2)1.3 仿真技术 (3)1.4 动态系统仿真工具Matlab／Simulink简介 (3)1.5 本论文主要研究工作 (3)第二章基于特征样本核主元分析的过程故障检测方法 (4)2.1 主元分析方法介绍 (4)2.2 应用PCA的前提条件 (4)2.3 PCA基本原理及PCA算法 (4)2.4 主元分析故障检测的基本方法 (5)2.5 核主元分析研究背景 (6)2.6 核主元分析 (6)2.6.1 核主元算法 (6)2.6.2 特征样本提取 (8)2.7 核主元在线故障监测方法 (9)2.7.1 基于T2和SPE的在线故障检测方法 (9)2.7.2 核主元的故障监测步骤 (10)2.8 主元分析法和核主元分析法的比较 (11)第三章TE过程描述 (13)3.1 TE模型实验系统的概述 (13)3.2 数据的生成 (15)3.3 TE仿真模型 (15)第四章仿真过程的建立与结果 (18)4.1 数据来源 (18)4.2 故障检测分析 (19)III第五章总结 (27)参考文献 (28)致谢 (30)附录 (I)IV南京工业大学本科毕业设计（论文）第一章绪论1.1课题背景目前，故障诊断技术已成为一个十分活跃的研究领域。
第20卷第12期 2020年12月过程工程学报The Chinese Journal of Process Engineering V 〇1.20N 〇.12Dec. 2020Processdata蜂岭Diagnostic resultT P —骞9•m% I* '■* <Abstract: A fault diagnosis method forchemical processes based on deep residual network (DRN ) was proposed , which could automatically extract fault features from a large number of chemical processes operation data . Themodeladoptedtheshortcutconnections to alleviate the training difficulty in the traditional deep neural network , and adopted the batch normalization (BN ) method , whichcould effectively alleviate the problem o f vanishing/exploding gradients . The Tennessee Eastman (TE ) process was used as the experimental object to evaluate the diagnostic performance of the proposed method . The proposed method and the previous TE process fault diagnosis method based on traditional deep learning model were compared . Furthermore , the effects o f the number of layers , BN technology and residual structure on fault diagnosis rate were studied . Finally , the output o f some layers was visualized by the t-distributed stochastic neighbor embedding (t -SNE ) method . The results showed that the model achieved an average fault diagnosis rate of 94% and an average false positive rate o f 0.30% for 21 working conditions , showing more excellent diagnostic performance . The two-dimensional scatter plot o f the output layer showed clear clustering , which indicated that the proposed DRN model can accurately diagnose the faults .Key words: fault diagnosis ; chemical processes ; deep learning ; deep residual network ; Tennessee Eastman process过程系统集成与化工安全DOI: 10.12034/j.issn.l009-606X.219374-------------Fault diagnosis for chemical processes based on deep residual networkLusheng ZHONG *, Xiangming X IACollege of Electrical and Automation Engineering, East China Jiaotong University, Nanchang, Jiangxi 330013, China收稿：2019-12-23，修回• 2020-03-07，网络发表：2020-03-31，Received: 2019—12-23, Revised: 2020-03-07, Published online: 2020—03-31 基金项目：国家自然科学基金资助项目(编号：61863012; 61263010);江西省科技计划项目(编号：20181BBE50〇2〇;20161BBE50082;20161BAB202067) 作者简介：衷路生(1979-)，男，江西省信丰县人，博士，教授，研究方向为故障诊断与检测，E-mail:******************.引用格式：衷路生，夏相明.基于深度残差网络的化工过程故障诊断.过程工程学报,2020, 20(12): 1483-1490.Zhong L S, Xia X M. Fault diagnosis for chemical processes based on deep residual network (in Chinese). Chin. J. Process Eng., 2020, 20(12):1483-1490, DOI: 10.12034/j.issn.l009-606X.219374.H ils lil11484过程工程学报第20卷基于深度残差网络的化工过程故障诊断衷路生' 夏相明华东交通大学电气与自动化工程学院，江西南昌330013摘要：本工作提出了一种基于深度残差网络(D R N>的化工过程故障诊断方法，可从大量化工过程运行数据中自动提取故障特 征。
《炼油技术与工程》2007年1～12期分类索引（括号内数字为：期-页数）2007年《炼油技术与工程》分类索弓《炼油技术与工程》2007年1～12期分类索引(括号内数字为:期一页数)综述植物油催化裂化生成烃的研究进展何蕾杨朝合(1—21)新型换热器及其技术进展张平亮(1—25)重质油悬浮床加氢技术新进展张数义邓文安刘东等(2—1)柴油加氢脱硫催化剂的研究进展温钦武沈健韩英等(3—48)燃油活性炭吸附深度脱硫的机理及研究进展何小超郑经堂于维钊(7—8)浅议重油催化裂化技术的进步陈祖庇(11—1)催化裂化柴油安定性研究进展李会鹏沈健赵华等(11—15)加工工艺催化裂化条件下甲醇和异辛烷相互作用的研究肖志梅潘澍宇江洪波等(1—1)丁烷脱油沥青掺兑催化裂化油浆的减粘裂化研究王治卿任满年郭爱军等(1—6)胶粘剂调合生产重交道路沥青徐华范大安朱继兰(1—10)焦化蜡油在ZSM一5和USY催化剂上的裂化性能研究袁起民张兆涛李春义等(1—12)炼油厂液化石油气胺法脱硫工艺设计优化钱建兵朴香兰朱慎林(1—17)催化裂化汽油全馏分选择性加氢脱硫技术的应用闻德忠罗重春(2—7)偏三甲苯生产存在问题及对策李艳芳(2—11)俄罗斯混合原油电脱盐技术研究与应用娄世松范洪波赵德智等(2—14)半精炼蜡裂解烯烃合成8B和20号航空润滑油陈新德颜涌捷(2—18)纤维液膜接触器在液化石油气脱硫工艺中的应用缪希平(2—22)FCC汽油裂解生产低碳烯烃的动力学模型研究刘熠斌陈小博杨朝舍(3—5)催化裂化干气乙烯回收技术及其工业应用王建高艳王彤(3—13)焦化装置长周期运行的影响因素及措施朱怀欢(3—28) 预加氢反应系统压力降大的原因分析与对策郑伟华(3—32)国内渣油加氢装置概况刁望升(3—36)工业重油催化裂化沉降器在线取样研究蓝兴英高金森于国庆等(4—1)气体分馏装置扩能技术改造杨坚李庆宇(4—5)缩短生焦周期对延迟焦化装置的影响曹敬松(4—9)延迟焦化装置分馏系统改造褚雅志甄新平向小风等(5—1)气体分馏装置的技术改进李学增(5—4)常减压蒸馏装置燃料油系统技改措施及可行性姜文(5—6)生产微晶蜡的酮苯脱油装置的节能新措施郑振聪周红梅肖文珍等(5—10)液化石油气无碱脱硫醇工艺改造分析张鹏(5—13)催化裂化柴油轻重馏分的裂化性能研究徐先荣毛安国(6—1)不同HZSM~分子筛催化剂上FCC汽油馏分的芳构化研究赵永华曹春艳王海彦等(6—6)重油催化裂化柴油吸附脱氮-力Ⅱ氢精制组合工艺的开发梁永辉荆军航杜伟等(6—12)OCT—M加氢汽油硫醇硫含量影响因素分析蔡力(6—16)优化催化裂化装置吸收稳定系统回收干气中的丙烯宫超(6—22)FCC汽油选择性加氢脱硫技术开发及工业应用刘继华赵乐平方向晨等(7—1)全馏分FCC汽油选择性加氢脱硫技术开发及工业应用李扬赵乐平段为宇等(7—4)塔河原油所产道路沥青抗老化性能研究程国香沈本贤付丽等(8—1)轻烃异构化新工艺的开发与工业应用赵志海金欣杨克勇(8—6)燃料型减压塔汽提段工艺参数对拔出率的影响杜翔(8—10)甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝低密度聚乙烯沥青改性剂改性机理研究李军张玉霞张玉贞(8—16)石蜡烃择形异构化技术的开发及工业应用姚春雷刘平全辉等(8—21)延迟焦化装置缩短生焦周期的问题及措施郑宗孝姜伟(8—25)不同FCC催化剂上甲醇制烯烃反应规律的研究李森江洪波翁惠新(9—7)2007年《炼油技术与工程》分类索弓焦化石脑油加氢脱芳烃生产乙烯料李扬刘继华牛世坤等(9—28)焦炭塔冷焦水给不进去的事故和处理措施张书忠(9—31)中国石化加氢裂化装置运行分析陈尧焕李鹏(j0—1)催化氧化法脱除碱渣中硫化物的实验研究与工业应用郭克雄薛永红(10—5)催化裂化装置增效措施魏强(10～8)活性炭纤维在酮苯脱蜡装置尾气回收的应用黄灏钱元龙陈辉( (13)掺炼高比例加氢后焦化汽油对连续重整装置的影响黄永章赵玉军苏建伟等(】0一】7)馏分油加氢精制装置适当降压操作崔印强(10—20) 控制原油电脱盐装置排水中FeS含量技术研究娄世松顾平范洪波等(10—22)高效脱除H,S的工艺——L0一CAT胡尧良(11—30) 石油树脂改性石蜡乳液研究张建雨唐芳珍王文强刘丽娇(11—36)正辛烷在ZSM.5催化剂上芳构反应规律的研究王鑫刘全杰方向晨(】2一lj某公司加工高硫原油改造方案的选择万云(12～5)机械设备非标准带圆角矩形截面容器的应力分析与数值汁算蒙文(1—30)雾化介质对燃油加热炉内流动和燃烧的影响王娟毛羽李丽红等(1—34)螺旋折流板管壳式换热器壳程传热强化研究赵娜宋天民张国福等(1—38)水热媒气预热器在延迟焦化加热炉上的应用陈齐全邹圣武蔡智等(2—24)焦化装置单面辐射炉往水改注汽的应用严明(2—28)焦化分馏塔顶循系统存在的问题和对策瞿滨(2—31)焦化分馏塔重蜡油系统运行分析赵波(2—34)烟气轮机入口烟气管道裂纹分析及改造潘罗其(3一I8) 催化裂化装置催化剂跑损量大的原因及解决措施石功军(3—25)高压往复式氢气压缩机十字头销断裂原因分析与对策黄绍硕(3—4j)重整加热炉非正常运行的原因分析及处理黄明锋李德付(3—45)火炬气螺杆压缩机系统失效分析刘国良一12)柴油加氢装置高压换热器管束铵盐结晶原因分析及对策黄晓文黄蔼民谢涛(4—17)以水为介质产生蒸汽的压力容器安全隐患分析刘宗良(4一!())重整装置离心式氢气压缩机流道堵塞原因及对策王赓(4—23)焦炭塔顶挥发线应力和腐蚀问题探讨张海清(4—25)加氢高压空冷系统腐蚀原因分析与对策张国信(5—18) 纤维膜萃取分离技术的工业应用李涛子范怡平顾春来等(5—23)对苯二甲酸装置设备的腐蚀与选材原则谭集艳(5—27)炼油厂蒸汽品质及其控制朱占伟韦勇(5—30)催化裂化装置烟气轮机入口管道直径的选择郭莉李文杰郭强国(6—10)催化裂化火炬系统的一些改进措施党飞鹏(6—19)旋流分离技术在液化石油气脱胺中的应用白志山汪华林(6—28)泄流槽对螺旋折流板冷凝器的影响刘玉英(6—31)螺旋板壳式换热器在气体冷却器上的应用吴植仁胡传清富跃军(6—36)热媒炉工艺及热媒膨胀罐的优化张旭王秀华(7—13)燃烧器结构对气体火焰形状和炉内温度分布的影响王娟毛羽李丽红等(8—29)两再生器同轴布置FCC装置再生器料位控制难的原因唐泉(9一1)FCC提升管反应器新型预提升结构开发刘翠云冯伟张玉清等(9—24)加氢装置加热炉易爆管部位的分析王德瑞张铁峰刘宝君(9—34)芳烃联合装置锅炉给水泵密封失效分析及对策何殿龙薛兰茁(9—39)常减压蒸馏装置油水分离器内部结构改进张则亮张明富(9—43)推广空冷技术促进节能减排吴植仁胡传清富跃军(10—25)确保加氢反应器使用安全的措施探讨祝德明金国干王涛(】0—27)变径结构提升管反应器内颗粒流动特性的研究刘清华孙伟钮根林等(10—32)抽提预分馏塔再沸器内漏原因分析侯欣岐(10—37)四合一重整反应器应力分析和结构优化李群生陈崇刚韩江联(10—40)再生斜管衬里大面积脱落原因分析及改造对策张可伟刘振宁(11—9)YL一14000A烟气轮机运行中的问题及处理钟山王天全李玉英(1l一1)催化裂化烟气管道的有限尢分析及优化设计郑斌陆晓峰张国栋等(1l一25)新型高效间接加热炉开发与应用郑战利(㈠一41)单弓形和螺旋形折流板换热器的数值模拟及性能分析刘红禹王艳云丰艳春等(1l一45)2007年《炼油技术与工程》分类索弓热壁加氢反应器简体环向热应力有限元分析刘斌沈士明(12】o)常减压蒸馏装置加热炉空气预热系统的改进钟华金万金(12—13)计算机应用多智能方法及其融合系统在化工过程故障诊断中的应用黄承武奚旦立王菁辉(6—40)使用超微镍基负载型催化剂的苯加氢固定床反应器模拟李为民朱毅青徐春明(7一I6)DOCUMENTUM企业文档管理平台的构建刘莹(834) 配管技术酸性气管线系统优化设计徐学明冯军杨书忠等(534)催化剂与助剂外加催化剂对渣油悬浮床加氢裂化产物氮分布的影响文萍任振东石斌等(2—3S)延迟焦化增液剂的工业试验李玺崔崇季德伟(2—42)催化裂化催化剂热崩跑损现象的研究陈冬冬郝希仁陈曼桥等(3I)催化裂化原料预处理催化剂FF—l8的性能和应用彭绍忠姜虹潘德满(3{())表面修饰对Y型分子筛氢转移反应的影响黄风林杨伯伦王立功(4—30)馏分油脱酸剂技术(Ⅱ型)的工业应用唐晓东李晶晶徐卫良等(4—35)MTBE膨胀床反应器换剂方法探讨房刚吴斐李斌等(7—20)反向催化剂级配装填技术在固定床渣油加氢装置的应用韩照明蒋立敬(8—38)FH40B加氢精制催化剂的反应性能及工业应用郭蓉姚运海周勇等(8—42)催化裂化废平衡催化剂活性改善技术与应用李玉生张新功索树城(9一I2)Converter重油催化裂化助剂的工业应用试验姚昱晖(9I5)重油催化裂化抗焦活化剂工业应用试验赵继昌石功军卢永先(9—20)ZHC-01加氢裂化催化剂的研制和工业应用徐学军刘东香王海涛等(9—46)催化裂化催化剂粉体连续混合实验研究贺旺军田志鸿周健(¨一5)复合型缓蚀阻垢剂在加氢裂化装置空冷器的应用王瑞宝苏跃军曹卫华(I】一5f))磷铝铁改性HZSM-5分子筛用于增产丙烯助剂的试验于冀勇陆善祥陈辉(12—24)油品与添加剂基于极端顶点设计条件下的混料设计在柴油调合中的应用徐可忠李瑞丽徐春明等f2—44)自动控制超驰控制在原油蒸馏装置的应用向虎张雅孟祥生等(1—42)炼厂气膜分离氢回收装置的控制王磊邵诚王海(I一44)油品在线调合控制系统中分布式I/0卡件的应用刘淑娟岳成王笑静(3—521先进控制技术在重整/芳烃装置上的应用周洪波武迎建(6—44)在线近红外光谱分析技术在重整装置的应用王京华褚小立袁洪福等(7—24J芳烃歧化装置先进控制系统的设计施大鹏于波黄德先等(7—29)炼油企业原油库存在线管理关键方法研究唐惠玲刘志军(8—45)汽油管道在线调合技术的应用张淑娟范学东(8—50) 先进控制在常减压蒸馏装置的实施张黎明姚亮(10—47J先进控制在气体分馏装置的应用王文清崔俊峰刘春明(12—2I)油品储运顺序输送竖直管道混油浓度数值模拟万福春张青松蒋桂明(1—4SJ埋地输油管道非稳态传热数值研究蒋绿林付迁张青松(536)柴油吸收法油气回收装置的工艺特点及应用杨正山(5—4())含蜡原油热输管道轴向温降计算及其应用崔崇陈保东李玺等(s一43j大连石化分公司储运车间西山铁路装卸车栈桥改造董韶(7～33)油品储罐硫铁化物自燃性的影响因素研究万鑫赵杉林(1()一51)活性炭吸附解吸油气回收技术的应用与发展朱好生陈广卫向海陵(】一I6)能量利用催化裂化装置再生烟气管道设计的节能分析杨宏伟张政学(】一52)2007年《炼油技术与工程》分类索弓硫磺回收装置的能耗分析及节能李菁菁(2—52)应用导热胶泥的伴热优化系统传热特性及节能潜力数值研究戚学贵徐宏(2—5S)催化裂化装置烟气轮机做功不足原因分析及对策陈永健(3—22)粘油接卸过程中能耗高的原因及节能降耗措施党军芬赵社峰高海军(4—38)减少蒸汽用量是降低炼油能耗的有效途径陈文杰(5～46)低压火炬气回收系统技术改造黄志壮(5～)丙烯腈装置AOGI国产化技术的开发及应用刘生宝谰红元(6—48)用常减压蒸馏装置低温余热加热进罐区原油陈文杰(7～36)炼油厂锅炉运行方式和蒸汽管网的优化黄志壮(7—38) 延迟焦化装置的能耗分析和节能措施郑宗孝姜伟(7—42)芳烃歧化装置换热网络的用能诊断与优化矫明徐宏夏翔呜(9～49)炼油企业低温热大系统优化利用技术华贵仵浩(12—33)基于炯概念的炼油厂蒸汽系统优化分析朱占伟韦勇李兵(12—39)1.2Mt/a重油催化裂化装置节能潜力分析及对策宋自力王子君朱天榆等(12—44)标准规范API650和GB50341锚栓储罐的设计比较缪平(6—54)环境保护二沉池污泥上浮原因分析及处理对策佟立华王基成鲁军等CI～55)生物流化床处理炼油废水同时硝化和反硝化的实验研究黄振国曹玉红刘献玲等(1—59)污水汽提装置酸性水旋流分离器的研制王建文汪华林(2—4t))辽河石化超稠油污水预处理工艺与工程实践陈春茂阎光绪郭绍辉等(4一42)炼油企业节水减排技术探析张津林(4—46)低温等离子体处理恶臭废气技术的工业应用研究马竞涛周则飞吴祖成等(4～50)聚丙烯酰胺的大分子改性及其在石化废水处理中的应用刘翠云冯伟张玉清(5～54)复合双层膜蒸汽凝结水精处理系统的应用李火兵张晓春张国才等f7～47)地面火炬安全风险的探讨与分析张志刚f7～52)镇海炼油化工股份有限公司污水处理场二期工程改造设计王化远谌汉华(8—53)炼油污水库及其污水灌溉的影响分析孙一凡(8—58) 炼油厂s0排放控制刘奎(9—54)炼厂酸性水单塔加压汽提侧线抽氨及氨精制装置工艺设计刘春燕张东晓(1O一55)苯在含油污泥固化材料中的扩散性质研究屈撑囤黄风林王新强等(12—27)曝气生物蠕动床污水处理工艺在庆阳石化的应用李正有张成藩(12—30)技术经济炼油厂和炼油装置规模经济化研究张国生(6—58)'工程管理浅析工程总承包项目的综合控制洪凯(7—57)赢得值在设计项目管理中的应用孟宪琳(9—59)石化建设工程总承包项目的材料控制李琦(I1—53)进度周报在项目沟通中的应用孟宪琳(11—56)安全卫生延迟焦化装置长周期运行风险分析和对策李奇姜春明谢守明等(5—57)采用新式呼吸系统解决罐车刷洗安全隐患徐华王文智(8—62)FCC装置开工新方法及仪表反吹风安全性探讨魏家禄(I1一l3)基础知识加氢催化剂硫化技术及影响硫化的因素李立权(3—55)加氢催化剂再生技术李立权(4—55)炼油厂工艺环保装置的技术现状及展望(1)李菁菁(10—58)炼油厂工艺环保装置的技术现状及展望(2)李菁菁(11—59)炼油厂工艺环保装置的技术现状及展望(3)李菁菁(i2—47)国内外动态世界重质油和超重质油.沥青油原始储藏量(1—24)一种氨精制组合工艺(1—29)一种扰流子空气预热器(1—29)一种渗钛用封闭剂及渗钛方法(1—41)一种含氧馏分油防结胶处理方法(1—41)一种固体颗粒提升器(1—41)一种下猪尾管(1—41)福斯特惠勒公司延迟焦化工艺(1—54)一种在钢铁基体表面生成含钼合金涂层的工艺(1—58)一种抑制和减缓乙烯裂解炉管结焦的方法(1—58)单苯液液抽提技术节能高效(1—62)催化裂化汽油加氢脱硫技术通过验收(1—62)生产高质2007年《炼油技术与工程》分类索弓一V一量汽油的离子液体烷基化工艺(2—17)流化催化裂化装置待生催化剂分配器(2—17)世界原油质量继续趋于重质化(2—21)雪佛龙公司异构脱蜡生产基础油技术(2—30)中国石油大庆石化分公司开发润滑油异构脱蜡催化剂(2—30)我国重油加工技术获突破(2—3O)加入棕榈油可提高制取石油基柴油的产率(2 —33)扬子石化公司成功投用腐蚀在线监测系统(3—9)独山子石化公司烟气采样装置实用新型专利获国家授权(3—9)中国石化北京燕山分公司催化裂化干气乙烯资源回收技术效益可观(3—9)茂名开发成功植物柴油(3—12)2006年20Mt/a以上炼油能力的世界级大炼油厂(3—24)新型强化催化裂化助剂提高轻质油收率(3—35)化石燃料到2030年仍将占美国能源供应量重要份额(3—44)2006年世界各地区炼油过程能力分解(3—62)LC—Fining加氢裂化工艺技术经济指标(4一l1)中国石化九江分公司溶剂脱沥青装置溶剂罐温度控制节水节电新措施(4—16)中国石油锦州石化分公司从混合c.芳烃中分离出99%高纯度连三甲苯(4—19)中国石化镁法烟气脱硫技术进入实施阶段(4—19)中国石化沧州分公司铝箔溶剂油质量达国际先进水平(4—22)新型强化催化裂化助剂提高轻质油收率(5—9)日本CCTC催化裂化轻循环油加氢处理新工艺(5—17)中国石化镇海炼油化工股份有限公司综合加工能力达到20MWa(5 —26)我国首个煤制油项目2008年实现工业化生产(5—33)我国炼油能力稳居世界第二(5—39)中国石化荆门分公司蒸汽凝结水回收处理装置建成投用(5—39)中国石化高桥分公司研制出高粘度指数高档润滑油基础油(5—39)《世界石油石化发展现状和趋势》出版书讯(5—42)重油悬浮床加氢技术具备工业化推广条件(5—49)Claus尾气加氢催化剂节能减排(5—56)中国石化集团宁波技术研究院正式挂牌成立(5—60)UOP公司开发生产柴油生产新技术(6—5)中国石化巴陵分公司首创硫磺与硫化氢联合制硫酸工艺(6—9)中国石化荆门分公司催化裂化装置柴油成功热供柴油加氢装置(6—9)加入棕榈油可提高石油基柴油的产率(6—18)炼油催化剂:未来市场看好(6—21),(6—53)《催化重整工艺与工程》专着入选国家新闻出版署的首届"三个一百"原创出版科学技术类图书(6—62)中国石化北京燕山分公司建成S-zorh催化裂化汽油脱硫装置(7—7) 福建联合石油化工有限公司正式挂牌运营(7—7)中国石化扬子石化公司催化裂化装置掺炼乙烯黄油成功(7—23)中国石化天津分公司成功研发储罐泄漏光纤监测技术(7—41)复合型破乳剂提高原油脱盐效果(7—41)抚顺石油化工研究院推出低钼石蜡加氢精制催化剂(7—46)美国能源部发布煤制油工厂可行性研究报告(7—46)一种新颖的烷基化工艺开发成功(7—51) 中国石化上海石油化工股份有限公司汽油在线调合系统投用(7 —56)生物脱臭技术处理乙二醇装置含硫含氨恶臭气体(7—56)应用于炼油厂生产"绿色"柴油的工艺(8—5)清洁柴油组分DMM3.8新技术(8—15)MDEA系统解决脱硫脱碳难题(8—15)世界汽油和柴油需求增长趋势(8—28)改型催化裂化助剂可提高催化裂化产品产率和改进质量(8—37)世界典型地区炼油加工效益的变迁(8—41)中国石化天津分公司一合作研发项目"可调干度蒸汽(气体)流量标准及装置的研究"通过鉴定(8 —44)长32.5米重237吨的大型换热器经铁路由天津运抵独山子(8—44)中国兵器工业集团公司打造石化产业链(8—44)趋于实用化的高苛刻度催化裂化工艺(9—6)FV-2O石蜡加氢精制催化剂开发应用通过鉴定(9—19)采用OCT.MD技术生产符合国Ⅳ标准汽油获成功(9—23)超重原油生产合成原油的新工艺(9—33)增产丙烯的催化裂化助剂试产成功(9—33)无铅汽油辛烷值促进剂应用成功(9—33)中国石化九江分公司采用MIP—CGP工艺的催化裂化装置连续运行超三年(9—38)中国石化扬子石油化工股份有限公司研究院开发出火炬气分析新方法(9—38)新一代增产丙烯催化裂解催化剂开发项目通过鉴定(9—42)中国石油独山子石化分公司开发出重质燃料油助燃剂(9—53)中国石化加氢裂化装置生产运行座谈会在沈阳举行(9 —62)2008年《炼油技术与工程》杂志征订启事(10—4)日本千代田公司推出新的瓦斯油加氢处理催化剂(1O一12)杜邦公司收购生产超低硫柴油的加氢新技术(1O一16)RICP技术首次工业应用获成功(1O一24)FCC原料预处理催化剂实现工业应用(1O一36)吸附分离技术用于直馏石脑油脱硫(1O一39)欢迎订阅《石油化工建设》杂志(1O一5O)新型催化剂推进柴油低硫化进程(1O一54)国际炼油技术进展交流会2007(Refining China2007)在北京召开(1O一62)加氢催化剂器外预硫化技术通过鉴定(1O一62)FFTr公司开发等离子反应器煤制油装置(11 —2O)中国石油克拉玛依石化分公司建成全国最大环烷基润滑油生产基地(11—24)美国煤制油立法(u一24)美国非常燃料竞争计划(11—24)"活性炭吸附法油气回收装置"项目通过验收(11—4o)渣油加氢.重油催化裂化双向组合(RICP)技术首次工业应用获成功(11—4O)生物酶法生物柴油项目在秦皇岛动工(11—4O)"焦炭塔自动底盖机开发"科研项目通过评审(11—44).中国石化荆门分公司污水处理实现污污分治(11—49)美国印第安纳州建生物柴油炼油厂(11—55)碱渣综合处理技术全面推广(55)美国炼油能力逐年增加(11—58)催化裂解多产丙烯技术取得重大成果(11—58)雪佛龙公司改造帕斯卡哥拉炼油厂(12—4)南非沙索公司将提高合成燃料产量(12—4)康菲公司比林斯炼油厂获2007能源之星殊荣(12—4) UOP公司推出淤浆加氢裂化技术改质油砂沥青和重质原油(12 —9)FH—UDS柴油深度加氢脱硫催化剂的研制及工业应用通过技术鉴定(12—23)海湾合作委员会国家2010年炼油能力增长45%(12—32)今后5年世界新增炼制能力1300×10bbl/d (12—32)原油减压蒸馏塔新型压力式液体分布器问世(12—43)加拿大油砂生产预测有调整(12—46)小资料2007年NPRA年会论文目录(4—59)其它两本炼油装置技术问答丛书出版(1—5)专利介绍(2—6),(2—33),(2—41),(2—51),(2—57),(2—62)专利介绍(3—4),(3—21),(3—47),(3—51)《催化裂化协作组第十一届年会报告论文选集》出版(4—8)本刊对投稿论文的格式要求(4—62)专利介绍(4—4)(4—11)(4—37)《炼油技术与工程》征稿简则(5—61)本刊对投稿论文的格式要求(5—62)专利介绍(6—43)(6—47)(6—57)专利介绍(7—15)(7—28)(7—32)《炼油技术与工程》征稿简则(7—61)本刊对投稿论文的格式要求(7—62)征订启事(8—9)(8—57)编辑部迁址启事(8—15)书讯(8—60)征订启事(9—27)PETROLEUMREFINERYENGINEERINGAnnualClassifiedIndex2007 PETRoLEUMREFINERYENGINEERING AnnualClassifiedIndex2007V o1.37.No.1～12 (Thenumbersinparenthesesareissue—page)oVERVIEWResearchProgressofConvertingV egetableOiltoHydrocar—bonsunderCatalyticCrackingConditionsHeLei,Chaohe(1I) NewTypesofHeatExchangerandTechnologyDevelopment ZhangPingliang(125) NewDevelopmentofSlurry—bedHeavyOilHydrocrackingProcessZhangShuyi.DengWen'an.LiuDong,etal(一1) ResearchandDevelopmentofDieselOilHydrodesulfurization CatalystWenOinwu.ShendianHanYing,etalf3—481 StudyonMechanismofActivatedCarbonAdsorptionforFuelOilDeepDesulfurizationHeXiaochao.ZhengJingtang,Weizhao{一8) DevelopmentofHeavy0ilFCCProcessChenZub(1I{j AdvancesintheResearchofFCCDieselFue1Stability LiHuipeng.ShenJian,ZhaoHua,etal(1l一1 PRoCESSINGStudyonInteractionofMethanoland/-octaneUnderFCC ConditionsXiaoZhimei,PanShu)H,JiangHongbo,etal(11j VisbreakingoftheDeoiledAsphaltfromButaneDeasphahing UnitBlendedwithFCCSlurryWangZhiqing,RenMannian,GuoAijun,etal(1—) ProducingHeavyLoadPavingAsphaltbyBlendingwithAd—hesiveXuHua.FanDa'0n.ZhuJilan【11f) CrackingPerformanceofCokerGasOiloverZSM一5andUSY ZeoliteCatalystsYuanQimin,ZhangZhaotao,LiChunfi,etali1:j OptimizationofLPGAmineDesulfurization QianJianbing.PiaoXianglan,ZhuShenlin【l—I7) ApplicationofFull—rangeFCCNaphthaSelectiveHydrodesul—furizationWenDezhong.LuoChongchunf (71)ProblemsinPseudocumeneProductionandCountermeasures LiY anfang(:一l1) ResearchonRussianMixedCrudeDesatltingTechnologyand ApplicationLouShisong,FanHongbo,ZhaoDezhi,etalf!l4,Commercia1ExperimentofSynthesisof8Band20#Aviation EngineOilsChenXinde.Y ahY ongjie(2一lK) ApplicationofFiberLiquidFilmContactorinLPGSweeteningProcessMiaoXiping(2—22) StudvonKineticModelofLightOlefinsProductionfromFCC NaphthaLiuYibin,ChenXiaobo,Y angChaohe(3—5) TechnologyofRecoveringEthylenefromFCCDryGasand ApplicationWangJian,GnoY an,WangTong(3一l3) ImpactFactorsofLong—termOperationofDelayedCokerand C0untermeasuresZhuHuaihuan(3—28) AnalysisofHighPressureDropinPre—hydrotreatingSystem andCountermeasuresZhengWeihua(3—32) OperationofResidueOilHydrotreatingUnitsinChina DiaoWangsheng(3—36) On—lineSamplinginCommercialRFCCDisengagers LanXingying,GaDJinsen,YuGuoqing,etal(4—1) ExpansionRevampingofaLPGFractionationUnitY angJian,LiQingyu(4—5) ImpactofShorteningCokingCycleonDelayedcokingunit CaDJingsong(4—9) RevampingofFractionatorSysteminDelayedCokingUnit ChuY azhi,ZhenXinping,XiangXiaofeng,etal(5—1) TechnicalImprovementofGasFractionationUnit LiXuezeng(5—4) RevampingofFuelOilSysteminAtmospheric?-vacuumDistil?- 1ationUnitandFeasibilityJiangWen(5—6) SavingEnergyforMEK—tolueneDeoilingUnitinMieroerystal WaxProductionZhengZhencong,ZhouHongnwi,XiaoWenzhen,etal(5—10) AnalysisofRexampofLPGCaustic—freeSweeteningProcess ZhangPe(5—13) StudyontheCatalyticCrackingPerformanceofFCCLCOXuXianrong,MaDAnguo(6—1) StudyonAromatizationofFCCNaphthaFractionswithDiffer—entHZSM一5MolecularSieveCatalystsZhaoY onghua,CaDChunyan,WangHaiyan,etal(6—6) DevelopmentofCombinationAbsorption—Hydrogenation ProcessforFCCLCOwithHighBasicNitrogenLiangY onghui,JingJunhnng,DuWei,etal(6—12) AnalysisofInfluenceFactorsonMercaptanSulfurinOCT—M HydrotreatedGasolineCaiLi(6—16) OptimizationofFCCUAbsorption&StabilizationSystemto RecoverPropylenefromDryGasGongChaD(6—22) DevelopmentofFCCNaphthaSelectiveHydr0desu1】rization TechnologiesforCleanGasolineProductionandApplication LiuJihua,ZhaoLeping,FangXiangchen,etal(7—1)PETROLEUMREFINERYENGINEERINGAnnualClassifiedIndex2007 DevelopmentandCommercialApplicationofFull—rangeFCC NaphthaHydrodesul—furizationProcess(FRS)yn,ZhaoLeping,DuanWeiyu,etal(7—4) StudyonAnti—agingPerformanceofTahePavingAsphalt ChengGuoxiang,ShenBenxian,FuLi,etal(8—1) DevelopmentandCommercialApplicationofaNewProcess forLightHydrocarbonIsomerizationZhaoZhihai,finXin,ynKeyong(8—6) ImpactofStrippingProcessParametersofV acuumDistillationColumn(FuelType)onExtractionRateDuXiang(8一l0) ResearchofMechanismofGMA--g--LDPEModifiedZhonghai36—1AsphaltL/Jua.ZhangYuxia.ZhangYuzhen(8一l6) DevelopmentandCommercialApplicationofWaxSelectiveI—somerization(WSI)Y aoChunlei,LiuPing,QuanHui,etal(821) ProblemsofShorteningCokingCycleandCountermeasures ZhengZongxiao.JiangWei(8—25) StudyonMethanoltoOlefinReactiononDifferentFCCCata—lystLiSen,JiangHongbo,Huixin(9—7) PreparationofEthyleneCrackerFeedbyCokerNaphtha Hydrodearomatizationyn,LiuJihua,NiuShikun,etal<9—28J EmergencyAnalysisandTroubleShootingProceduresfor FailureofQuenchWaterFlowtoCokerDrum ZhangShuzhong(9—3lj AnalysisofHydrocrackersOperationsinSINOPECChenY aohuan,LiPeng(10—1) DemonstrationExperimentofRemovingSulfidesfromCaustic SludgebyCatalyticOxidationProcessandCommercialAppli—cationGuoKexiong,XueY onghong(10—51 ImprovingProfitabilityofFCCUnitWeiQiang(108) ApplicationofActivatedCarbonFiberinTailGasRecoveryof MEK—tolueneDewaxingUnitHuangHao,QianYuanlong,ChenHui(10—13) ImpactofProcessingHighRatioHydrotreatedCokerNaphtha onCCRunitHuangY ongzhang,Zhaoun,SuJianwei,etal(10—17) OperatingDistillatesHydrotreatersatLowerPressure CuiYinqiang(10—20) ResearchonControllingFeSinWastewaterfromCrudeOilE—lectricDesalterLouShisong.GuPgFanHongbo,etal(10—22l High—efficiencyHSRemovalPr(】cess——L0一CATHuY aoliang(11—30)EmulsionUsingPetroleumZhangJianyu,TangFangzhen,WangWenqiang,etal(1]一36) Studyonn—OctaneAromatizationonZSM一5Catalyst WangXin,LiuQuanjie,FangXiangchen(12—1) SelectionofRevampingSchemeforProcessingHigh—sulfur CrudeOilnYun(12—5) PROCESSEQUIPMENTANDMACHINERY StressAnalysisandNumericalComputationofNonstandand PressureV esselofRectangularCrossSectionwithRoundAn—glesMengWen(1—30) ImpactofAtomizingMediumonFlowandOilCombustionin FurnaceWangJuan,MaoYu,LiLihong,etnZ(1—34) StudyonShell—sideHeatTransferEnhancementofShelland TubeHeatExchangeswithHelicalBafflesZhaoNa,Tianmin,ZhangG~ofu,etal(?。
化工过程中的异常检测与故障诊断方法研究引言：化工过程中的异常检测与故障诊断是保证化工行业安全运行和生产高效的重要一环。
化工过程中可能存在的异常包括设备故障、操作失误、原料质量问题等，这些异常会导致生产效率下降、设备损坏甚至事故发生。
因此，通过研究和应用合适的异常检测与故障诊断方法，可以及早发现和解决问题，提升化工过程的安全性和可靠性。
一、异常检测方法的研究1. 传统统计方法传统的统计方法，如均方差统计、协方差统计等，常用于异常检测。
这些方法通过建立化工过程的数学模型，利用统计学原理进行异常检测。
然而，传统统计方法对于复杂的非线性系统往往效果不佳，且对于特定过程的适应性较差。
2. 基于信号处理的方法基于信号处理的方法在异常检测中得到了广泛应用。
这些方法通过对信号进行滤波、降噪和频谱分析等操作，提取出存在异常的信息。
常用的信号处理方法包括小波变换、快速傅里叶变换等。
这些方法可以有效地从复杂的化工过程信号中提取出异常信息，提高异常检测的准确性。
3. 机器学习方法近年来，机器学习方法在异常检测中的应用越来越广泛。
机器学习方法可以通过对历史数据的学习，建立模型来检测异常。
常用的机器学习方法包括支持向量机、神经网络、决策树等。
这些方法能够处理复杂的非线性关系，适应不同的化工过程，并且具有较高的准确性和鲁棒性。
二、故障诊断方法的研究1. 基于规则的故障诊断方法基于规则的故障诊断方法是最早应用于化工过程的故障诊断技术之一。
这种方法通过建立事先定义的规则集，当系统出现特定的异常时，根据规则集进行判断和诊断。
这种方法的优点是简单易懂，但由于规则的设计较为困难，对复杂系统的适应性较差。
2. 基于知识库的故障诊断方法基于知识库的故障诊断方法将专家的经验知识抽象成为一个知识库，当系统出现异常时，通过匹配知识库中的异常模式进行诊断。
这种方法可以利用专家知识辅助故障诊断，但对于复杂系统来说，知识库的构建和维护是一个挑战。
3. 基于模型的故障诊断方法基于模型的故障诊断方法是当前较为先进和主流的方法之一。
ChatGPT技术在化学工程领域中的智能化工过程模拟近年来，人工智能技术的快速发展为各个领域带来了巨大的变革。
在化学工程领域，ChatGPT技术作为一种新兴的人工智能技术，正在逐渐应用于智能化工过程模拟。
本文将探讨ChatGPT技术在化学工程领域中的应用，并分析其优势和挑战。
一、ChatGPT技术简介ChatGPT技术是OpenAI公司于2020年发布的一种基于大规模预训练模型的自然语言处理技术。
该技术通过对大量文本进行学习，能够生成高质量、连贯的自然语言文本。
与传统的化学工程模拟方法相比，ChatGPT技术具有更强的语义理解和表达能力，能够模拟人类的思维和对话过程。
二、ChatGPT技术在化学工程中的应用1. 智能化工过程设计传统的化工过程设计需要依赖专业人员进行复杂的计算和模拟。
而借助ChatGPT技术，可以通过与系统进行对话，以自然语言的形式输入设计要求和约束条件，系统将能够生成符合要求的化工过程设计方案。
这种交互式的设计过程不仅提高了效率，还能够减少设计错误和成本。
2. 智能化工过程优化化工过程优化是提高生产效率和产品质量的关键。
传统的优化方法需要进行大量的试验和计算，而ChatGPT技术可以通过学习大量的历史数据和经验知识，生成智能化工过程优化方案。
通过与系统进行对话，可以根据实时数据和需求进行优化策略的调整，实现更加精确和高效的化工过程控制。
3. 智能化工设备故障诊断在化工生产中，设备故障是常见的问题，对生产效率和安全性都有重要影响。
传统的设备故障诊断方法需要依赖专业的技术人员进行分析和判断。
而ChatGPT技术可以通过学习大量的设备故障数据和维修记录，生成智能化的设备故障诊断方案。
通过与系统进行对话，可以快速准确地定位故障原因，并提供相应的维修建议。
三、ChatGPT技术的优势和挑战1. 优势ChatGPT技术具有强大的语义理解和表达能力，能够模拟人类的思维和对话过程。
这使得化学工程领域的专业知识可以以自然语言的形式输入和输出，降低了使用门槛，提高了工作效率。
文章编号：1006-3080(2024)02-0247-10DOI: 10.14135/ki.1006-3080.20221223001基于注意力机制多尺度卷积神经网络的轴承故障诊断孙俊静， 顾幸生（华东理工大学能源化工过程智能制造教育部重点实验室, 上海 200237）摘要：提出了基于注意力机制的多尺度卷积神经网络(Multi-scale and Attentive Convolutional Neural Network, MACNN)进行轴承故障分类，该模型以一维Resnet18网络结构为主体，卷积模块采用残差模块和空洞卷积并行方式以达到扩大感受野、避免特征信息丢失的目的，同时利用注意力机制可以自动提取有用特征的能力，将模型提取特征作为输入送入注意力机制模块，进一步提高模型故障分类能力。
此外，采用边界平衡生成对抗网络(Boundary Equilibrium Generative Adversarial Networks, BEGAN)模型对故障数据增强，改变不平衡数据集的比例，增加数据集样本数量，降低MACNN 模型的过拟合，提高诊断的准确率。
在帕德博恩轴承数据集（Paderborn University Dataset ，PU ）上验证MACNN 模型，实验结果表明，该模型在特征提取和故障分类方面都表现出了良好的性能，优于当前主流模型。
关键词：故障诊断；卷积神经网络；注意力机制；空洞卷积；BEGAN 中图分类号：TP391文献标志码：A轴承是旋转机械的关键部件，其运行状态直接影响整个机械系统的安全。
轴承故障会严重影响系统的可靠性、生产率、设备寿命和人民生命安全。
因此，对轴承进行故障诊断具有重要的研究意义。
随着工业制造向着复杂化和大型化发展，海量数据已经成为现代工业的一大特点，这对传统故障诊断方法提出了新的挑战[1]。
传统智能诊断方法包括人工神经网络（Artificial Neural Network ，ANN ）[2]、支持向量机（Support Vector Machine ，SVM ）[3]、K -最近邻（K -Nearest Neighbor ，KNN ）[4]等，这些方法在处理大数据故障诊断方面取得了不错的成果，但是它们在特征提取和特征选择方面需要丰富的工程经验和大量的专业知识。
Micr ocomputer Applica tions V ol.27,No.10,2011研究与设计微型电脑应用2011年第27卷第10期文章编号：1007-757X(2011)10-0004-05基于仿真模型的蒸汽管网故障诊断研究刘才，赵霞摘要：运用先进的化工工艺流程模拟软件PipePhase建立蒸汽管网的仿真模型，对管道泄漏、保温层因腐蚀而导致保温性能降低两种故障进行仿真试验，建立起诊断知识库，综合运用流量平衡法对两种故障进行诊断，并基于压力梯度法提出了一种解直线方程组的方法对泄漏进行定位,最后得出了故障诊断总体方案流程图。
关键词：蒸汽管网；仿真模型；故障诊断；泄漏定位中图分类号：TP15文献标志码：A0引言化工企业中，蒸汽是流程工业生产环节的主要能源之一，管网系统十分庞大、复杂，随管网故障而产生的能量浪费问题就有必要受到高度重视。
管道泄漏、保温层因腐蚀而导致保温性能降低是蒸汽管网最常见的两种故障，也是造成能源极大浪费的两个因素。
针对上述现实，有必要对管网中的故障进行检测，从而实现节能降耗。
近年来，管网泄漏故障检测与定位技术成为了众多学者的研究热点，而对于热力管网特有的保温层因腐蚀而导致保温性能降低故障的研究却不多见。
本文利用现有的计算机模拟技术，对管网系统进行模拟，结合多种检测方法，取长补短，不仅能对泄故障进行漏诊断和实现精确定位，而且能对管道保温层的腐蚀或掉落等引起保温性能下降的故障进行诊断。
1故障诊断的基本方法与一般管道（输油管道、水管、天然气管道等）一样，因为管道因腐蚀穿孔或人为钻孔等情形引起的泄漏故障是蒸汽管网中最常见也是造成蒸汽浪费最严重的故障，是实现节能降耗必须密切关注的问题。
1.1常见泄漏检测方法管网泄漏检测最常用的方法大致可以分为三类：流量平衡法，压力梯度法，实时传输模型法。
与其它管道一样，泄漏也是蒸汽管网中最常见的故障。
1.1.1流量平衡法又称为质量体积平衡法，在蒸汽管道的首端和末端安装流量计，分别统计入口和出口的蒸汽流量，管网运行正常时，进出管道蒸汽的质量流量差应该在流量计误差的2倍范围以内。
化工过程智能故障诊断技术方法论的研究赵 瑾,申忠宇(南京师范大学控制科学与工程系,江苏南京210042)[摘要] 动态系统故障诊断是解决现代化工业系统可靠性和安全性必不可少的关键技术之一.简要地讨论化工过程智能故障诊断技术的发展状况和趋势后,根据化工过程智能故障诊断技术的特点,系统地对化工过程智能故障诊断技术的多学科特点以及技术策略方法进行研究,强调其科学性、集成性、应用性以及渗透性,将分析与综合、定性与定量、假设与验证相结合等基本思维方法应用到化工过程智能故障诊断中,形成化工过程智能故障诊断技术的方法论.[关键词] 化工过程,智能故障诊断技术,多学科,技术策略[中图分类号]TP277, [文献标识码]A, [文章编号]1672O 1292O (2004)03O 0018O 05收稿日期:2004O 02O 13.作者简介:赵瑾(1961-),女,博士研究生,副教授,主要从事控制理论与动态系统的故障诊断技术以及智能化,网络化控制装置的应用等方面的研究.E -mail:zhaojin@0 引言现代化科技的高速发展,使化工过程的生产结构、生产规模日趋复杂化、现代化和大型化,由此产生的故障机理也变得越来越复杂.因此从不同的学科和研究方向,以不同的技术手段,深入研究化工过程的故障机理,设计各种适应于化工过程故障检测与诊断技术并投入到实际应用中,提高化工生产的安全性、先进性、可靠性,显得尤为重要.本文简要地探讨化工过程智能故障诊断技术的发展,系统地研究化工过程智能故障诊断技术所呈现多学科的特点和技术策略.1 化工过程智能故障诊断技术故障诊断技术是一门集现代控制理论、测控及信号处理技术、计算机技术、智能控制理论等众多理论的新兴综合性学科.近几十年来,动态系统的故障诊断技术在理论和实际应用中都得到迅速发展,出现了基于不同原理的众多方法,这些方法在检测性能、诊断性能、分离性能、鲁棒性能等方面都有很大的提高,在有些领域已形成比较完整的理论体系结构如动态线性时不变系统,并发表了相应的论文和综述文章[1~7].目前公认的故障诊断方法分为3大类[1]:基于定量模型的方法、基于知识的方法和基于过程历史数据的方法(又称基于信号处理的方法).化工生产过程是特殊的动态系统,不同于一般的工业生产,其生产环境常常处于高温高压、低温真空、有毒或腐蚀性等极端条件下,一旦发生故障则可能造成严重的危害和不可估量的损失,甚至威胁到人身安全.化工过程故障诊断是解决化工生产过程系统可靠性、安全性科学决策问题的关键技术之一.图1[8]为化工过程的故障诊断过程,主要分为3大部分:(1)检测表征系统状态的各种特征信号;(2)对所检测的特征信号提取征兆,即信号处理和特征变换;(3)由征兆和其它诊断知识来识别系统的异常状态,对故障进行判断、定位,并做出诊断决策,干预系统工作.图1 化工过程的故障诊断过程随着高新技术、新材料的发展及应用,为了最大限度提高生产效率和产品质量,导致化工过程的生产装置、控制装置、控制系统等向大型化、复杂化、智能化、一体化等方向发展,从而使产生故障的潜在可能性、故障的机理、故障形成的方式发生了很大的变化,造成化工过程的故障诊断实现的困难程度加大.因此,根据化工生产过程的特殊性,将计)18)第4卷第3期2004年9月南京师范大学学报(工程技术版)JOURNAL OF NANJI NG NORMAL UNI VERSI TY(E NGI NEERI NG AND TEC HNOLOGY)Vol.4No.3Sep.2004算机技术、智能控制理论、优化理论、信号处理技术等新型综合理论技术应用在故障诊断系统中,形成化工过程智能故障诊断技术,近年来已成为国际过程系统工程学术界和工业界研究的热点之一[8~11],受到极大的重视.化工过程智能故障诊断技术是确保化工生产安全运行、维护管理以及提高企业经济效益的关键.基于定量模型的故障诊断方法以现代控制理论为基础,通过描述系统内部特性信息的系统动态数学模型,利用Kalman滤波器方法、观测器方法、等价空间方法和参数估计方法等构造反映故障信息的残差,以相应的统计分析和决策方法,实现故障检测与诊断.但是这些技术在化工过程故障诊断的应用中存在着一些问题:(1)难于建立精确的动态系统数学模型;(2)化工过程的非线性特性;(3)建模过程中的不确定性因素;(4)各种扰动和噪声等;使基于定量模型的故障诊断方法在化工过程中应用中遇到许多难以逾越的障碍.目前基于定量模型的故障诊断技术研究的重点在于:首先如何运用智能控制理论、优化理论、混沌理论以及遗传算法等不断涌现的新型理论,提高基于定量模型的故障诊断技术智能性、鲁棒性灵敏度;其次如何提高基于定量模型的故障诊断技术实际应用,尤其在化工过程这样的流程工业领域,将该技术与其它智能故障诊断技术相互融合、渗透,构成复合型、集成化的故障诊断系统,成为基于定量模型的故障诊断技术应用到化工过程的方向之一.随着动态系统复杂性的增加,造成获取系统精确数学模型的困难,同时系统故障的多样性,使故障和征兆之间的关系不是简单的一对一的对应关系,往往需要通过探索过程实现故障诊断.基于知识的故障诊断方法引入了许多诊断对象多方面的信息,特别是可以充分利用领域专家的诊断知识,避免了对精确数学模型的过分依赖,从而实现定性、定量知识的有机结合.专家系统、人工神经网络、模糊逻辑及推理、模式识别、小波分析等智能技术的不断发展以及在化工过程故障诊断中的应用,形成了化工过程智能故障诊断技术.化工过程智能故障诊断技术的特点在于其能模拟人脑处理各种模糊信息,又具有人脑所不及的高运算速度;充分利用领域专家的诊断知识,避免了对精确数学模型的过分依赖;同时利用神经网络自动校正诊断模型,具备自动获取知识的能力和适应环境变化的能力,实现对化工过程的多故障、多过程、突发性故障进行快速准确的智能检测与诊断.化工过程智能故障诊断方法[8]常见的有:基于故障树方法、模型识别诊断方法、灰色诊断方法、模糊诊断方法、专家系统诊断方法、神经网络诊断方法以及基于多智能体诊断方法等.当前研究比较活跃的化工过程智能故障诊断的几个分支是专家系统、模糊理论和人工神经网络结合、混合集成智能诊断等.专家系统诊断利用了专家积累的丰富实践经验,模拟专家分析和解决问题思路进行推理、解释、判断,得出诊断结论[12],如化工过程故障预测、诊断和补偿专家系统FEDCS,但是专家系统诊断方法的发展受到知识获取的/瓶颈0和/窄台阶0等困难的限制,使其在应用过程中有一定的局限性.于是[13]利用分布式人工智能的知识共享和重用原理、方法,提出了依层次化对象分解构建化工过程面向对象的集成故障检测与诊断系统的方法,建立了基于知识共享和重用的化工过程故障诊断原型系统(GCFDS).近年来模糊逻辑、神经网络理论的发展及应用,为人工智能的发展开辟了一条崭新的途径,人工神经网络通过故障信息学习获取知识,进行知识存储,而且有联想记忆能力以及并行处理、全局作用的能力,使其在处理非线性问题和在线估计有很强优势.模糊逻辑则是利用隶属函数和模糊规则进行模糊推理,实现故障诊断.但是不管神经网络的诊断方法还是模糊故障诊断方法在单独应用在化工过程中都存在着不足之处,即未能充分利用许多特定领域中专家积累起来的宝贵经验,在故障诊断的准确性、灵敏度、可靠性等方面有缺陷.由此提出一种化工过程混合集成智能故障诊断系统,如将模糊理论与神经网络相结合;模糊理论与专家系统相结合;神经网络与遗传算法、模糊理论相结合;模糊理论与专家系统、神经网络、小波技术相结合.如文献[14]综合信号处理方法、专家系统和神经网络技术等,提出集成型化工过程智能故障诊断系统的框架.混合集成智能故障诊断技术将成为化工过程智能故障诊断的方向之一,为化工过程智能故障诊断开辟广阔的应用前景.综上所述,化工生产的大型化、连续化、高速化,使其生产过程的机理机构以及化工过程故障诊断日趋复杂,但是相关智能技术和高新技术的进步及发展,又为化工过程智能故障诊断提供了强有力的技术支持,支配着化工过程智能故障诊断技术的不断发展和演变.2化工过程智能故障诊断技术的多学科特点众所周知,学科是按照学问的性质进行划分的)19)赵瑾,等:化工过程智能故障诊断技术方法论的研究门类,学科的特点及存在的意义主要在于其研究的对象和研究方式的独特性.文献[15]提出了现代化机械故障诊断技术朝多样性和智能性方向迅速发展,并呈现出明显的科学性、应用性和交叉性特征.化工过程智能故障诊断技术与现代化机械故障诊断技术相比有共同性,也有异同性.化工过程智能故障诊断技术与计算机、自动控制、信号处理、智能控制(人工智能、神经网络、模糊控制等)以及系统工程等学科有着广泛的联系和交互,属于学科交叉和高新技术探索的领域,是一门理论性和应用性相结合的新兴学科.和现代化机械故障诊断技术一样,化工过程智能故障诊断技术的多学科特点主要体现在:严谨科学性、独特的集成性、广泛的应用性、多学科的渗透性.所以正确地认识化工过程智能故障诊断技术的学科特征,有助于该技术的理论研究和工程应用.211严谨的科学性化工过程智能故障诊断技术具有非常强的工程背景以及重要的实用价值,并且以扎实的理论为基础,系统论、信息论、控制论(现代控制和智能控制理论)、统计论等最新的技术在其中都有广泛的应用.对学科本身而言[15],它是一个逻辑严密、内容丰富、不断发展的理论体系.化工过程智能故障诊断技术作为交叉学科领域的一门专业性技术,其严谨的科学性体现在三个方面:一是对涌现的新兴理论的不断探索.理论的探索不是只停留在理论研究,处在高高在上的位置,而是将理论的研究应用到实际过程中,指导技术的发展;二是体现在研究工作者的科学态度,即在进行化工过程智能故障诊断研究过程中,实事求是,精益求精,特别对化工过程大量的实时数据和历史数据的挖掘和处理,合理选择相应的方法提取与故障有关的特征信号和征兆;三是体现感性思维和理性思维相互融合,不是沉溺于已有的专家经验和知识,而是通过收集、分析、归纳、概括和综合,使经验上升为理论,又将理论应用于实践,用科学的理论和理论指导的技术,促进化工过程智能故障诊断技术的不断发展.212独特的集成性化工过程发生的故障主要表现为现场的各种化工设备潜在的故障和过程参数与各类现场仪表(传感器、执行器等)的故障.目前在化工工业系统中,防止设备故障的方法大多数采用定期维修方式,随着现代化科学技术的不断发展,运用化工设备的故障诊断技术可以将过去的定期维修变为预知维修,避免失修和过剩维修,提高企业的经济效益.就化工过程而言,生产过程大而复杂,自动化程度高,单一的诊断方法很难满足整个化工生产故障诊断的要求.特别是化工过程的各种工艺参数(温度、液位、压力、流量、成分等)以及其它系统参数的异常变化方式各不相同,不能采取相同的数据处理方法提取故障特征及故障信息.由此提出化工过程智能故障诊断技术必须具备的集成性,将各种数据处理方法以及各种基于不同原理的故障诊断技术有机地结合起来,构成统一的整体,相互取长补短,构成所谓集成智能化故障诊断系统,实现对整个生产系统的状态监测和故障诊断.如将故障诊断的知识多元化的特征,以及各类表层知识及深层知识加以有效的整合,寻求恰当的知识组织,利用基于知识以及基于其他诊断原理的诊断方法,解决在工程实际应用中所遇到的问题.213广泛的应用性化工过程智能故障诊断技术具有很强的工程应用背景,即提高化工过程的可靠性、安全性以及可操作性,防止和杜绝影响生产正常运行的早期故障的产生、故障严重性的发展,创造良好的经济效益和社会效益.因此设计化工过程智能故障诊断系统时,不是仅仅停留于理论上的研究,而是要充分考虑化工过程的实际应用背景,使该诊断技术真正运用到实际的生产过程中.如在对化工过程的故障机理分析时,必须弄清故障产生的原因、发生的部位、时间特性以及故障生成和发展的支配因素,采用何种数学模型或知识描述,以及何种理论与方法对其分析评判决策.又如对化工过程诊断知识的分析处理时,首先选择合理的领域知识表示方法,根据故障知识的特点进行分层,由一般到特殊,层层深入,有利于现场应用.文献[16]提出人工神经网络的故障诊断方法,并应用在硫化催化裂化单元;文献[14]将小波分析、专家系统和神经网络等技术相结合,研究开发了化工过程集成型智能故障诊断系统,并应用在润滑油酮苯脱蜡油回收装置中. 214多学科的渗透性化工过程智能故障诊断技术作为理论性、集成性、应用性和实用性非常强的技术,具有明显的多学科渗透性,所涉及的学科门类多、范围广、技术含量高,不仅包括基础理论知识和专业基础理论知识,而且还包括现代控制理论、鲁棒控制理论、智能控制理论、遗传算法、优化理论和信息理论等,以及各学科交叉的前沿学科的理论如自动化学科与分子生物学、人类基因破译、生物工程、复杂性科学等的渗透.)20)南京师范大学学报(工程技术版)第4卷第3期(2004年)化工过程智能故障诊断技术的多学科渗透性主要体现在:(1)化工过程本身与原理有关的学科,如化学工程、化工原理等;(2)测量化工过程信号有关的测试技术、信号处理及特征提取相关的学科,如传感器技术理论、各类测试技术等;(3)与控制化工过程相关的学科,如控制理论、控制工程以及各类控制装置等;(4)故障诊断领域所特有的一些学科,如容错技术、可靠性理论等;(5)与诊断模式和途径、智能诊断相关的学科,如系统辩识、模式识别、灰色理论、专家系统、人工智能、信息技术理论、模糊理论、计算机科学、神经网络理论、遗传算法等.当然,上述各种学科应用到化工过程智能故障诊断领域中,并不是简单相加过程,而是彼此之间的渗透融合.化工过程智能故障诊断技术是一个复杂、庞大的系统工程,其高度的综合性和涉及面的广泛性,向研究工作者的学识与科研能力提出了新的要求和新的挑战.3化工过程智能故障诊断技术的技术策略和思维方式化工过程智能故障诊断往往是在条件很不具备或困难与复杂并存的情况下进行的,在诊断过程中常常会遇到意想不到的各种各样的问题,因此讲究技术策略、重视思维方法显得尤为重要.讲究技术策略是在系统论、信息论、控制论等科学方法论的指导下,充分认识被诊断的过程或对象以及环境等,针对实际问题的特征,选择合理的技术路线与方法,形成化工过程智能故障诊断的最佳技术方案;同时严密组织诊断系统与诊断过程,研究智能故障诊断的理论和算法,避免混乱与失误;此外,合理地分析、应用和综合各种基于智能理论的故障诊断技术,寻求最优方法和最佳途径,形成集成型、综合型的化工过程智能故障诊断技术,实现快速准确地预测、检测和诊断故障,使故障引起的各种危害降到最低程度.化工过程智能故障诊断的技术策略是将复杂结构层层分解,从总体到细节深入;充分运用化工过程的实时数据、历史数据,建立相应的智能监视和诊断网络;抓住关键,顺藤摸瓜,综合判断,由此深入透彻地实现对化工过程各类故障的智能诊断.思维的严谨性、逻辑性、数值化、创新性是智能故障诊断过程的基本特征,在数字化、网络化和信息化的现代化化工工业环境里进行智能故障诊断,仅仅凭过去的经验与方法,盲目试探的做法是难以奏效的.分析是将事物分解为各个属性、部分与方面,而综合则是将事物的各个部分与方面结合成为一个整体,两者密不可分.化工过程是复杂系统,在对其进行智能故障诊断时应将化工过程各层次、结构、功能与故障分解,作深入细致地分析,如结构分解是从结构上对生产过程和装置进行分解,把过程和装置的总体结构分解为一层一层的子系统,直到分解到最低层为止.当然仅仅了解系统构成的细节、子系统是不行的,还要从整体的高度去考察系统的整个组成部分.所以,分析与综合相结合是实现对化工过程从细节到整体,又从整体到细节的进一步认识.定性分析侧重于所研究对象属性的分析,定量分析则是通过观察、测试、统计、分类、计算和数据处理等实现的.在化工过程智能故障诊断过程中,将两者相结合,达到最佳的诊断效果,实现定性、定量知识的有机结合.如文献[17]提出根据定性模拟和定性推理的定性故障检测和诊断方法,以及将定性方法和定量方法相结合,互相弥补不足,提出的半定性故障检测和诊断方法.利用定性信息和定量信息已成为化工过程智能故障诊断领域的一种强有力的工具.假设应尽量将思路展开,尽可能充分考虑任何一种可能原因;验证则要找出具有充分说服力的证据,不能模棱两可.由于存在种种困难和障碍,经常要通过迂回的途径来达到弄清对象或事物的目的,这时可以针对所研究对象或事物的状态做出某种假设,再通过适当方式对假设进行验证以确定其真伪,将假设与验证相结合.在智能故障诊断中的基于浅知识的诊断推理、基于深知识的诊断推理以及结合浅知识和深知识的诊断推理、在智能专家系统的正)反向混和诊断推理等就是该策略的应用范例.假设与验证相结合,就是将积极的探索精神和严格的科学态度结合起来,以取得更大的成效.4结束语化工过程智能故障诊断技术是一门集科学性和应用性为一体的高度综合的交叉技术,其发展离不开理论基础和应用效益,以及沟通这两者的高效快捷的桥梁(如MATLAB等优秀软件),同时它也对控制理论和控制工程的发展起到了强有力的推动作用.本文所述的化工过程的智能故障诊断技术方法论,主要从其学科特征、技术特征和思维方法等几方面进行讨论,目的是为了进一步构建和完善在)21)赵瑾,等:化工过程智能故障诊断技术方法论的研究进行化工过程智能故障诊断过程中的指导工作,以及方法论层次的故障诊断理论体系框架,同时有助于对化工过程智能故障诊断的深入研究和探索.[参考文献][1]Venkatasubramanian V,Rengaswamy R,Kewen Yin,et al.A review of process fault detection and diagnosis part I:Quan titative mode-l based methods[J].Compu ter&Chemical Eng i neering,2003,27(3):293311.[2]Venkatasubramanian V,Rengaswamy R,Kewen Yin,et al.A review of process fault detection and diagnosis part II:Qualitati ve models and search strateg ies[J].Computer& Chemical Engineering,2003,27(3):313326.[3]Venkatasubramanian V,Rengaswamy R,Kewen Yin,et al.A review of process fault detection and diagnosis part III:Pro-cess history based methods[J].Computer&Chemical Eng-i neering,2003,27(3):327346.[4]Frank P M,Ding S X,Marcu T.Mode-l based fault diagnosisin technical processes[J].Transactions of the Institute of Measurement and Control,2000,22(1):57101.[5]Mehra R K,Peschon J.An innovation approach to fault de-tection and diagnosis in dynamics[J].Automatica,1971,7(5):637611.[6]Willsky A S.A survey of desi gn methods for failure detectionin dynamic systems[J].Automatica,1976,12(6):601611.[7]陈玉东,施颂椒,翁正新.动态系统的故障诊断方法综述[J].化工自动化及仪表,2001,28(3):114.[8]黄启明,钱宇,林伟璐,等.化工过程故障诊断研究进展[J].化工自动化及仪表,2000,27(3):1 5.[9]Shari f M A,Grosvenor R I.Process plant condition moni tor-ing and fault diagnosis[J].Proc Instn Mech Engrs Part E, 1998,212(1):1330.[10]Fathi Z,Ramirez W F,Korbicz J.Analytical and know-ledge-based redundancy[J].AIC HE.Journal,1993,39(1): 4256.[11]Bhagwat A,Srinivasan R,Krishnas wamy P R.Faul t detec-tion during process transitions:a mode-l based approach[J].Chemical Engineering Science,2003,58(2):309325. [12]李华生,袁一.化工过程故障预测、诊断和补偿专家系统FEDCS的开发[J].北京化工大学学报(自然科学版),1995,22(1):611.[13]孙京诰,杨欣斌,黄道.基于知识共享和重用的化工过程故障诊断技术研究[J].华东理工大学学报(增刊), 2002,28(9):3437.[14]钱宇,李秀喜,江燕斌,等.化工过程集成型智能故障诊断系统研究与开发[J].华南理工大学学报(自然科学版),2002,30(11):142146.[15]黄志坚,裘丽华.对现代机械故障诊断技术方法论的探讨[J].科学技术与辨证法,2001,18(3):2629. [16]Venkatasubramanian V,Chan K.A Neural Network M eth-odology for Process Fault Diagnosis[J].AIC HE.Journal, 1989,35(12):970984.[17]王文辉,周东华.基于定性和半定性方法的故障检测与诊断技术[J].控制理论与应用,2002,19(5):653665,659.S tudy of Technique Method for Chemical Process Intelligent Fault DiagnosisZH AO Jin,SHEN Zhongyu(Department of Control Science and Engineeri ng,Nanjing Normal Uni versity,Nanjing210042,China)Abstract:One of the key techniques for solving the problem in reliability and safety of modern industries is faul t diagnosis in dynamic systems.The paper briefly discusses the development and trend of intelligent fault diagnosis technologies in chemical processes,systematically studies the mult-i subject characteristics and technical strateg ies about the intelligent fault diagnosis techniq ue in chemical processes,with its science,in tegration,applicati on and penetrability emphasized,and applies the basic thinking methods involving analysis and synthesis,qualitative analysis and quantitative analysis,hypothesis and veri fication so that the chemical process intelli gent faul t diagnosis technique can be devised.Key words:chemical process,intelligent fault diagnosis techniq ue,mult-i subject,technical strategy[责任编辑:刘健] )22)南京师范大学学报(工程技术版)第4卷第3期(2004年)。
