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1、优化蒸发制卤的动态数值模拟与工艺决策42000 年 9 月苏盐科技JiangsuProvinceSaltScienceTechnology第 3 期_蠢l-lJ 鼍 I_=【摘要】【美键词】赵善林 r 江苏省金桥盐业有限公司气象台 J本文根据天气,盐田结构,由水状况,利用计算机模拟技术预测卤水群体的动态状况,并运用系统控制论的方法,提出使未来卤水群体向着最适群体发展的工艺决策.卤水群体动态模拟预测系统控制论工艺决策1 引言海盐生产主要依靠自然蒸发,将海水浓缩结晶而成.产量的高低主要取决于卤水的多少,而影响卤水多少的一个至关重要的因素是复杂多变的气象条件.由于年际,月际间的气象要素在时空分布上的
2、不同,海盐产量的年际,月际变化也相当大.如何根据未来气象条件的变化趋势,及时调整和优化制卤工艺,最大限度地利用蒸发量,实现稳产高产,长期以来一直是我国盐业工作者和盐业气象工作者不断探索的领域.但迄今为止,盐业生产仍以经验控制为主,造成相同的滩地,气象条件由于领滩手的技术素质不同,产量悬殊很大盐业气象也仅仅是为盐业生产采取保护措施提供服务.究其原因,主要反映在生产者本身的技术素质差异及对天时的把握上.本研究以盐业计算机模拟技术为基础,根据未来气象条件的变化情况模拟预测出各蒸发阶段的制卤量,不同浓度卤水的动态搭配与饱和卤量等,并运用系统控制论的方法,根据模拟预测结果及时提出适用于未来气象条件的翩卤
3、工艺决策方案.2 基本原理我们可以把进滩水至饱和卤的形成过程看成是一个动态控制系统,系统的输入可分为可控与不可控两部分,可控因子主要是工艺技术(如进滩水的浓度,走水深度,制卤步数,保卤程度,不同的蒸发面积搭配等);不可控因子主要为气象条件(如蒸发量,降水量,光,湿度,温度,风等).系统的输出主要是各级蒸发池的卤水状况(浓度,深度 ,卤量等), 整个系统的预期目标是最大限度地提制饱和卤的最适群体动态,最终归结为产量.在动态模拟预测与决策调控过程中,系统首先根据不同的滩面卤水状况的输入和有关模拟模型,根据未来的天气变化趋势,预测来来卤水群体的发展动态,同时将预测结果与最佳群体动态进行比较,然后将此
4、比较结果存入监控系统的记忆 中 ,施控系统便可根据反馈信息及决策调控模型,对滩面卤水进行相应的调控, 使未来卤水状况尽可能逼近 最佳卤水群体.(如图 1)凰 1 优化蒸发制卤群体动态模拟与工艺决策置曩框圈3 主要模式模型3.1 制卤模式在反映制卤模式中,引进了两个重要的评价函数得卤率和制卤效率.第 3 期赵善林:优化蒸发制卤的动态数值模拟与工艺决策得卤率反映的是制成饱和卤的绝对量.6j 卤效率反映的是6j 卤面积利用的相对量.3.1.1 得卤率模型=音 cy 丁 万其中 c 为浓缩率 ,A=K/E 为渗蒸比值.该式的详细推导过程及理论略.3.1.2 制卤效率模型P=丁_一nyl,甘)该式的详细
5、推导过程及理论略.3.2 天气气候预测模型通过对淮北盐场地区气候资料的数理统计分析,建立了如下气候预测模式,该模式主要预测出未来 N 天内天气过程的变化情况,蒸发及降水的时空分布特征,综合考虑了连晴天对制卤的影响,该模式包含了 3 个子模型.3.2.1F中期预测模型M(180)=e)=+等+该模型采用了 180 天后期冷空气活动韵率相关分析.3.2.2F-4l 中期预测模型M(148)=Fj,I(,T,e)=+詈+ 耄该模型采用了 148 天后期冷空气活动韵率相关分析.3.2.3F 蚰中期预剐模型M(98)=(,T,e)=詈+詈+ 詈该模型采用了 98 天后期玲空气活动韵率相关分析.4 模拟效
6、果分析建立模拟闭合方程组.4.1 卤水蒸发率方程根据众多的经验方程,我们通过试验和对比分析.选取了美国学者的实验式方程来获得大面积卤水蒸发率方程,皿内与大面积淡水蒸发量采用轻工部6j 盐研究所测定的平均经验系数 F=0.7 确定.基数 ifF=1.-0.l,式中 x 为卤水浓度.因此,卤水的蒸发率方程可写为:E=e?Fl?R4.2 卤水渗透方程该方程采用轻工业部天津6j 盐工业研究所关岳的实验式:K=l_172/B4.3 闭合方程组的构造据浓缩率等关系式,可构造下列卤水蒸发闭合方程组:IE=e?Fl?IK=1.172/3lc=船粥鲁经整理得:l100H【(且一 0.15)+0.15(H 一 E
7、K)(100 一 B1)ji 厂 1lH2=HIEKlK=1.172/B或者葛lHt=胁 +E+=1.172/Bo4.4 模拟试验结果经过大量的观测和模拟对比,结果证实:该模式模拟出的结果基本在测量误差范围内,完全可用.由于数据量庞大,限于篇幅,现仅举出 3 天的部分测量及模拟数据,以供说明问题.从以上结果可以看出,模拟结果具有相当高的精度,个别误差偏大的主要原因是由于测量时渡浪的影响而造成的.中期天气预测试验,我选取了盐业生产的重要季节春,夏季进行了业务性试验,效果十分理想.从 1999 年6 最盐科技 2000 年 9 月4 月 1 日至 1999 年 8 月 31 日,其问应用该模式共发
8、布了 24 次降水预报,按预报日期1 天统计,报对 20 次,报错 4 次(其中精报 2 次,空报 2 次).预报准确率高达833%,且时效可提前半年这样的结果对盐业生产极具参考价值.青口盐场黄沙工区 tb-圩组测量与模拟数据裹 I1)19989.1 蒸发量:51mm 单位:.Be,肌 TL青口盐场黄沙工区小=圩组测量与模拟数据裹 l219989.2 蒸发量:5】mm 单位:.,m青口盐场黄沙工区小二圩组测量与模拟数据裹()1998.9.3 蒸发量:58mm 单位:lJHe5 群体卤水动态预测及工艺决策根据以上模拟结果得知,该模式模拟出的结果可信度较高,其对未来的模拟结果可以用于生产指导对制卤
9、工艺进行优化设计,必须首先了解未来在一定的天气条件下,不同的制卤工艺会带来不同的滩面卤水状况即群体卤水的动态变化.然后根据得卤率及制卤效率两个评价函数进行优选,确定最后方案,这两项工作即为群体卤水的动态预测和工艺决策.51 群体卤水动态预测给定制卤步数,并规定各步卤水浓缩率相同,据B.一 B.计算出总浓缩率 Cn,然后根据步数 N,再计算出各步的浓缩率 C(100 一 B)(Bo 一 0.15)(100 一 B0)(B 一 0.15)由于 c=cy故 c,/(100-B)(B 而,Q-0.15据 ci 算出各步起始和终止浓度t 算各步 K 值,E 值及渗蒸比值 A计算各步得卤率C(A.+2)一
10、 AY丁计算各步的灌池卤深篙+计算各步面积,取 Sl 为单位 1s=s.兀导计算制卤效率s.H.兀 ylP=S52 生产工艺决策52.1 低级卤水决策模型制卤过程中低级卤水的多少(比例)直接关系到后续制卤的全过程,它需要根据未来的气象条件变化,为最大限度地提制饱和卤提供基础卤源,其决策模型为F:fFn)IFs式中 F 为第一步应灌的卤量,Fo 为进滩水,F.为阶段终止卤水,Fs 为一定的气象条件.5.2.2 群体动态预测与卤水调控决策对于制卤来说,由于天气条件和滩面卤水状况在不断变化,因此,需要根据不同的天气过程和滩面卤水状况采取调控措施,根据系统控制的思想,我们在此构造一个群体卤水动态的预测
11、值与目标值的比较函数.PY=rMBYMN)/MBY第 3 期赵善林:优化蒸发制卣的动态数值模拟与工艺决策PP=fM8PMNP/MBPADP:PrPP式中 PY,PP 分别为得卤率和制卤效率的比较函数,MNY,MNP 分别由模拟模型所确定的得卤率和制卤效率的预测值,MBY,MBP 分别为相应的最佳值(即目标值),ADP 为管理决策的调控值.5.3 程序设计与功能本系统主要由 5 个部分组成:天气状况;滩地结构;群体卤水状态;决策措施;局部调整措施.其中天气状况主要是相邻两次降水过程之问的蒸发资料;滩地结构主要输人现有滩面的面积;群体卤水状态包括当前各池卤水的浓度及深度,作为模式的初始条件;决策措施主要是根据有关系统输人,以当时的滩面卤水状况为基础,利用模拟模型预测未来的群体卤水动态,然后通过决策模块,输出一系列有关预测结果及决策调控措施;局部调控措施主要为应付特殊天时或特殊工艺需要而设计,主要是为管理者提供自定的目标值服务 f 它不一定最优 J.面二Il【L 堕堑墨 1jl_二二圈 2 群体卤水动态预测与工艺决策结构流程瞄(牧 3 瞎日期 :2000 一 o728)
