邵之江

系统工程与工业智能团队

本团队以国民经济支柱行业的质量提升、节能降耗、安全环保及智能运行为目标，依托过程系统工程、工业人工智能、机器人与无人系统等学科基础，坚持工信深度融合、前沿学术创新、产学研用协同及国际联合研究的发展模式。

团队长期承担国家级、省部级及企事业单位委托的各类高等级科研开发项目，致力于培养大数据分析、先进控制、系统优化、机器智能、人因工程等领域的学术创新人才与技术领军人才。

实验室概况

本实验室依托流程生产质量优化与控制国际联合研究中心、工业控制技术国家重点实验室、工业自动化国家工程研究中心以及国家一级重点学科“控制科学与工程”，长期聚焦重大工业应用需求。实验室针对高端自动化系统，开展系统工程、过程控制及工业智能的理论、方法与应用研究；充分发挥控制论、系统工程、信息论、应用数学及计算机科学等多学科交叉优势，致力于解决复杂系统描述与分析、建模与仿真、控制与优化等关键科学技术难题。

实验室以节能、减排、高效、优质、环保为目标，重点攻关多变量先进控制、复杂系统运行优化、实时监控与故障预警等关键共性技术。先后承担了国家重大科技攻关项目、国家“863”计划课题、国家重点基础研究发展规划（“973”）课题、国家工业自动化高技术产业化重大专项、国家重点研发计划课题及国家自然科学基金项目等多项国家级重大科研任务。

研究成果已在大型空分装备、大型PTA装置、大型电厂等生产过程中得到验证并取得显著成效。在基于机理模型的实时操作优化、动态优化、非线性系统建模及模型修正等方面取得了一系列原创性成果；以高温气冷堆核电站功率控制、聚烯烃牌号切换等为对象，在复杂机理模型高效求解、快速变工况动态优化及多变量控制方案等方面取得重要进展；提出了非线性约束控制的有效方法，开发了国内首套全自动变负荷成套优化控制系统，成功解决了大型制氧联合装置连续、自动、大范围负荷调节的难题。相关成果曾获2005年度国家科技进步二等奖。

典型成果：空分装置自动变负荷优化控制系统

1 背景介绍

用户对氧气的需求具有间断性，而空分装置的生产具有连续性，这种供需矛盾决定了通过频繁变负荷操作来减少氧气管网放空，是实现空分装置节能降耗的主要途径之一。然而，空分装置变负荷操作极为复杂，人工操作存在技术难度大、人员水平参差不齐、生产稳定性难以保障等问题。近年来，国外主流空分厂商（如Linde、BOC、Praxair等）大多配备了自动变负荷优化控制（ALC, Automatic Load Change）系统，该系统已成为减少无功生产、降低氧气放散率及节约电耗的关键技术手段。

2 成果描述

在国家发改委产业化项目的支持下，浙江大学与杭氧集团有限公司合作，成功研发出具有自主知识产权的空分装置自动变负荷优化控制系统。该系统具备以下核心功能：

●  平滑过渡与快速响应： 根据下游氧气需求量，实现不同工况间的平滑过渡与快速变负荷，同时确保氧、氮、氩产品质量达标。

●  能效与提取率优化： 最小化下塔压力以降低空压机能耗；最小化空气量以实现氧提取率最大化；提高氩馏分中氩含量以实现氩提取率最大化。

●  安全约束保障： 在变负荷过程中，自动将装置维持在过程和设备的安全约束范围内，确保空压机、增压机等关键设备在高负荷时不过流、低负荷时不喘振，并有效避免氮塞及膨胀机带液等异常现象。

3 技术特征

本系统首次将空分工艺实时优化（RTO）与多变量预测控制（MPC）算法深度融合：

●  RTO层： 根据变负荷目标，实时计算相关过程变量的最优操作点。

●  MPC层： 在满足设备约束与产品质量的前提下，驱动装置快速、平稳地趋向最优操作点。

相较于传统的基于工艺计算的前馈控制或纯反馈MPC方法，该技术能更有效地抑制关键变量波动，显著提升变负荷控制的速度与品质。

4 实施效果

该系统实现了空分装置的全自动、大范围快速变负荷，主要指标如下：

●  变负荷范围宽： 基本达到装置的物理极限。

●  变负荷速度快： 外压缩装置达1.5 min/1%，内压缩装置达4 min/1%。

●  系统可靠性高： 投运率接近100%。

目前，该技术已在南钢2万等级内压缩、南钢3万等级外压缩等多套空分装置上成功应用。系统部署仅需在原有DCS基础上增加一台上位机，硬件投资成本低；用户操作简便，只需在DCS界面输入目标产量即可实现“一键变负荷”。

5 联系方式

●  徐祖华： xuzh@iipc.zju.edu.cn / 186 0652 3915

●  邵之江： szj@zju.edu.cn / 130 0363 5218