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化工自动化及仪表

化工自动化及仪表

2026年02期

《化工自动化及仪表》创刊于1965年，是中国化工科学研究院主管，天华化工机械及自动化研究设计院有限公司主办的工业应用性科技期刊。

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综述与评论 | 面向本质安全的高危工艺全流程自动化改造路径研究

综述与评论 | 面向本质安全的高危工艺全流程自动化改造路径研究

摘要为贯彻国家关于提升化工本质安全水平的战略部署，甘肃省应急管理厅对省内高危工艺企业自动化改造情况开展了实地评估。评估发现，企业普遍存在对“全流程自动化”理解不深、系统协同不足等共性问题。为此，本文明确了从原料到产品的全流程自动化范畴，并提出以工艺源头优化、纵深防御控制为核心的治理路径。本次评估形成的“甘肃经验”，不仅为省内精准施策提供了参考，也为全国同类地区推进化工安全转型升级提供了有益借鉴。
综述与评论 | 人工智能技术在选矿中的应用研究

综述与评论 | 人工智能技术在选矿中的应用研究

摘要传统的选矿方式已难以满足现代社会的发展需求，人工智能技术的迅猛发展为解决传统选矿的瓶颈带来全新的路径，其通过选矿流程优化、多参数精准控制和数据驱动决策，推动选矿朝着高效化、智能化和绿色化的方向发展。阐述了人工智能关键技术的基本原理，归纳总结了人工智能技术在矿石性质分析与识别、破碎与磨矿过程优化、浮选过程智能控制、选矿设备故障诊断与预测性维护中的应用与发展，旨在为选矿智能化提供理论参考。
过程控制 | 复杂干扰下天然气喷射阀流量模糊滑模变结构控制方法

过程控制 | 复杂干扰下天然气喷射阀流量模糊滑模变结构控制方法

摘要天然气喷射阀作为燃气发动机燃料供给系统的核心执行部件，其流量控制精度直接影响发动机性能。阀内存在电磁力非线性、摩擦多变、压力波动及泄漏等多源复合扰动，这些时变扰动相互耦合，导致传统前馈控制等方法难以通过传感器直接准确测量、观测与补偿，造成流量控制精度不足。因此，提出一种复杂干扰下天然气喷射阀流量模糊滑模变结构控制方法。通过建立液压活塞动力学微分方程、流量连续性方程和泄流口流量模型，从静态特性分析中识别出影响流量控制的干扰类型。引入基于扩张状态观测器(ESO)的扰动观测方法，构建二阶非线性观测模型，实现对总扰动的实时精确观测。设计模糊滑模变结构控制器，结合模糊控制规则自适应调节切换增益，有效抑制扰动引起的稳态误差和抖振现象，实现复杂干扰下的流量控制。实验结果表明：该方法在强扰动工况下有效降低了流量最大偏离量，目标流量与实际流量曲线重合度达 99% ，显著优于对比方法。
过程控制 | 一种烟气脱硝系统的控制与整定方法研究

过程控制 | 一种烟气脱硝系统的控制与整定方法研究

摘要烟气脱硝系统是锅炉等设备控制氮氧化物排放的关键技术，但由于烟气参数随工况波动大、脱硝反应存在滞后等问题，在常规控制方法中极易出现因喷氨量不精确而导致脱硝效率不足、氨逃逸超标等问题。因此提出一种基于化学反应机理与PI串级控制器相结合的喷氨控制方法，实现精准喷氨与稳定排放。同时通过改进的IMC-PID整定方法，可根据系统误差的大小，自适应调整控制器的比例系数，有效提高系统的响应速度和鲁棒性。结合仿真实验与现场数据验证，该方法可为烟气脱硝系统的稳定排放提供技术支撑。
检测与仪表 | 基于伞形SIW-SSPP的Ka波段双通带滤波器设计

检测与仪表 | 基于伞形SIW-SSPP的Ka波段双通带滤波器设计

摘要针对5G通信和毫米波系统对高性能、小型化滤波器的迫切需求，设计了一款基于基片集成波导(SIW)与人工表面等离子激元(SSPP)混合结构的新型Ka波段的双通带滤波器。该滤波器的上下限截止频率通过SIW-SSPP结构控制，通过在SIW-SSPP结构顶部蚀刻互补开口环谐振器(CSRR)实现了双通带功能。利用HFSS进行优化仿真，设计实现滤波器通带为 24.1～40.6GHz ，涵盖整个Ka波段。通过集成CSRR结构，在30.6GHz处实现陷波，有效抑制了通带内干扰成分，具有高选择性、高带外抑制能力。
检测与仪表 | 基于特征选择与CEEMDAN-MS-LSTM融合模型的脱硫出口SO₂浓度预测

检测与仪表 | 基于特征选择与CEEMDAN-MS-LSTM融合模型的脱硫出口SO₂浓度预测

摘要针对燃煤电厂脱硫系统出口 SO₂ 浓度难以稳定控制的问题，提出一种基于变量选择和完全集成经验模态分解(CEEMDAN)-多尺度长短时神经网络(MSLSTM)的预测方法。首先结合套索(LASSO)算法与XGBoost-SHAP技术，从初始变量中筛选出关键输入变量。针对输入变量噪声干扰，采用CEEMDAN进行降噪处理，并创新性地引入能量比-互信息双准则筛选有效模态分量，提升特征质量。模型构建上，设计MS-LSTM网络模型，通过独立通道建模解决多变量时序混叠问题，并利用粒子群算法优化网络结构参数。最后用某发电厂实际运行数据进行验证，结果表明：该模型预测平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE较LSTM模型分别降低 24.5% 和 31.8% ；较MS-GRU和MS-TCN模型的RMSE分别降低了 28.9% 和22.6% 。MS-LSTM模型的决定系数 R² 达0.9477，均优于对比模型。
检测与仪表 | 多光谱瞬态辐射高温计光学系统的设计与应用

检测与仪表 | 多光谱瞬态辐射高温计光学系统的设计与应用

摘要针对目前主流爆炸火球温度测量方法(红外热像仪测温法、比色测温法和光纤测温法)在测量爆炸火球表面温度时存在的响应速度不够、帧频、测温量程及视场等局限，对现有六通道多光谱瞬态高温计进行光学系统改进。用光学镜头代替光纤探头接收爆炸火球辐射信号，有效增加了测量视场；对仪器重新进行黑体炉标定，得到了六通道的辐射亮度-响应电压关系。选取3个温度点进行精度验证试验，结果表明：改进后高温计的测量误差分别为 2.49%1.97%1.74% 。最后开展某典型含能材料爆炸火球表面温度测试试验，验证了改进后高温计在工程应用的有效性。
检测与仪表 | 煤矿井下甲烷动态浓度预测的智能算法融合模型

检测与仪表 | 煤矿井下甲烷动态浓度预测的智能算法融合模型

摘要针对煤矿井下甲烷浓度动态预测传统方法受限于非线性特征捕捉能力弱且突变响应滞后的问题，提出一种智能算法融合模型。实验结果表明：融合模型在全天候测试过程中，预测曲线与真实值高度吻合，峰值时刻预测相对误差仅 ±0.01% ，有效解决了甲烷动态浓度预测偏差问题。
检测与仪表 | 高温气冷堆长寿期1E级湿度仪的研制

检测与仪表 | 高温气冷堆长寿期1E级湿度仪的研制

摘要针对高温气冷堆一回路氮气湿度测量，设计了一款长寿期1E级湿度仪。首先阐述了湿度仪的整体设计方案，然后通过测量重复性、响应时间、承压及加速热老化等试验对温湿度传感器进行选型，并设计了数字化变送电路和运行在变送电路中的软件对温湿度传感器的数据进行处理和输出，通过试验对湿度仪的性能进行验证。该湿度仪具备更简单可靠的结构和更好的长期稳定性，对降低高温气冷堆专用湿度仪的制造和维护成本具有显著效果。
研究与应用 | 基于CFD的煤层气田生产系统积液预测研究

研究与应用 | 基于CFD的煤层气田生产系统积液预测研究

摘要针对煤层气井地面管线积液严重、积液量无法估计的问题，开展了基于多相流瞬态模拟软件(OLGA)仿真的煤层气田管网生产系统与积液预测研究。首先建立基于OLGA的煤层气田井筒-集输管网一体化生产系统仿真模型，用OLGA分析复杂山地地形下井筒和集气干线内出口压力、管径和入口温度对管线内压降、温降、流型、持液率和积液量的影响，分析集输系统的积液特征。为快速预测管线积液量，建立基于长短期记忆网络(LSTM)的积液量预测数据驱动模型。仿真结果表明：OLGA可以模拟地面管线积液情况，管径越大、出口压力越高积液量越多，入口温度越高积液量越少。LSTM积液预测模型测试集的决定系数 R² 为0.8862，说明模型掌握了有效特征参数和输出数据间的关系，能够准确预测煤层气地面管网的积液量，研究结果可为管网优化设计和流动保障设计提供技术支撑。
研究与应用 | 油气管道巡检场景中基于神经辐射场的无人机路径规划研究

研究与应用 | 油气管道巡检场景中基于神经辐射场的无人机路径规划研究

摘要为了提升无人机在复杂环境中进行路径规划与导航的能力，利用神经辐射场构建了一个精细的三维环境模型，该模型能够准确反映实际场景的几何形状、颜色和体密度信息。基于此，设计了一种基于模型预测控制的四旋翼无人机路径规划策略，该策略在预测机器人未来轨迹行为的同时，利用从神经辐射场中获得的体密度信息进行避障。通过求解控制输入以最小化一个预定的代价函数，针对预定的代价函数设计了一种改进的粒子群优化算法，求解出了最优控制输入，从而获得了安全高效的无人机导航最优路径。在室内油气管道模拟环境中的仿真结果表明：该方法能够有效生成满足动力学约束的无碰撞路径，在路径长度和计算效率方面优于对比方法，凸显了隐式场景表征在路径规划方向的优势。
研究与应用 | 基于AHP-综合模糊评价的油气站场连锁事故风险评估研究

研究与应用 | 基于AHP-综合模糊评价的油气站场连锁事故风险评估研究

摘要为评估油气站场泄漏连锁事故后果，从站场气体泄漏扩散行为、站场气体爆燃特性及后果、站场风险评估等方面开展了高含硫油气站场气体泄漏连锁事故风险评估研究。识别了站场内的主要危害因素，采用层次分析法构建了包含泄漏事故和爆燃事故的连锁事故风险评估体系。其中泄漏事故风险评估体系包含站场工艺设备、腐蚀、传感器和误操作4项指标，爆燃事故风险评估体系包含泄漏事故、应急响应能力、站场安全管理和消防安全系统4项指标。评估结果表明：站场的泄漏和爆燃事故综合得分分别为20.16和23.37，处于较低风险水平，表明站场整体具有较好的安全性，然而误操作、应急响应能力和消防安全系统3项指标风险评估得分显著高于其他同层次指标，需针对性加强相关管理。综合站场情况、风险评估指标体系和评估结果提出了具有针对性的风险控制措施，可为保障站场安全运行提供理论支撑。
研究与应用 | 5G网络鉴权协议的形式化分析与改进

研究与应用 | 5G网络鉴权协议的形式化分析与改进

摘要由于5G移动通信网络的高速发展，其需要的安全性也在逐步增加，第三代合作伙伴计划(3GPP)已经标准化了用于移动通信的5GAKA(认证和密钥协商)等协议，但是5GAKA协议的安全性没有任何保证。因此，首先针对5GAKA协议、传输信道和攻击者进行建模，使用Tamarin工具形式化分析协议中的参数SUPI、SNname和安全锚点密钥 KSEAF 的Lowe分类法的鉴权性质。根据分析结果，发现从UE实体角度考虑的大部分鉴权性质都不能满足，针对协议存在的安全缺陷和不满足的鉴权性质，提出了两种方法对模型进行改进，一种是引入物理层相关参数计算生成安全密钥，修改原本的MAC认证码生成，将SNname参数增加到MAC的计算中；第2种是在协议结束阶段增加UE和SN实体之间的消息确认，对改进后的协议进行验证和分析，并增加对SUPI和 KSEAF 单射一致性的验证。改进后的协议大部分鉴权性质都满足。
研究与应用 | 基于G1-EWM-云模型的煤化工企业火灾风险评估

研究与应用 | 基于G1-EWM-云模型的煤化工企业火灾风险评估

摘要针对煤化工企业火灾风险评估过程中指标模糊与随机的问题,提出一种基于G1-EWM-云模型的火灾风险评估方法。以煤化工企业火灾风险等级为评价目标，从建筑防火、消防设施、工艺防火、消防安全管理和灭火救援能力5个方面构建包含32项二级指标的评价体系；采用序关系分析法(G1)确定评估指标的综合主观权重，采用熵权法(EWM)确定各指标的客观权重，通过博弈论的组合赋权法确定指标最优组合权重；将风险等级划分为安全、较安全、较危险和危险4个等级，引入云模型理论综合分析某煤化工企业的火灾风险。对某煤化工企业的评估结果表明：综合评价云数字特征值为(6.703，0.350,0.11)，为较安全等级，与实际情况相符。证实G1-EWM-云模型能够全面考虑评估过程权重分配的片面性和风险状态模糊的难题，评估结果准确。
研究与应用 | 紧凑式水下高完整性压力保护系统仿真研究

研究与应用 | 紧凑式水下高完整性压力保护系统仿真研究

摘要针对水下高完整性压力保护系统(HIPPS)独立安装占用空间大、费用高、常规采油树阀门响应较慢及存在安全隐患等问题，提出将HIPPS分别与水下采油树和水下管汇紧凑式设计与集成的思路，并结合理论分析、仿真等探讨工艺可行性。采用SimulationX对集成HIPPS的水下采油树进行液压控制系统建模和动态仿真分析，结果表明集成HIPPS后的6in( 1in=25.4mm 水下采油树阀门较普通6in阀门的响应时间缩短15.55s，响应速率提升了 67.61% 。并得出结论：针对阀门快速关闭响应，应重点计算方向控制阀DCV的流量系数 Cv ；在确定闸阀弹簧压缩力的基础上应重点选择弹簧预紧力；针对深海区域应增大水下液压控制系统设计压力，有足够的压差保证阀门能够关闭。研究结果为水下采油树、水下管汇和HIPPS集成提供合理方案，仿真结果为提高阀门响应速度，达到更安全、快捷的水下生产提供借鉴。
研究与应用 | 基于冲蚀-动网格耦合的弯管冲蚀形变动态预测研究

研究与应用 | 基于冲蚀-动网格耦合的弯管冲蚀形变动态预测研究

摘要为实现对弯管冲蚀变形的精准预测，采用冲蚀-动网格耦合数值模拟方法，量化了壁面形变与流场演变的交互作用机制。基于大庆油田压裂管道的实际参数，通过多因素正交实验设计，分析流速、砂比、粒径和曲率比对弯管冲蚀行为的耦合影响。结果表明：各参数对最大冲蚀变形的影响敏感性排序为流速>曲率比>砂比>粒径；冲蚀损伤在外侧壁面呈中心辐射状分布，且最大冲蚀变形与流速、砂比、粒径呈正相关，与曲率比呈负相关。
研究与应用 | 小样本下基于贝叶斯分类的汽轮发电机组振动故障诊断方法

研究与应用 | 小样本下基于贝叶斯分类的汽轮发电机组振动故障诊断方法

摘要由于汽轮发电机组振动信号存在复杂性和不确定性，同时存在信号特征提取困难、训练样本小的问题，因此在小样本下提出了一种基于小波包能量谱和贝叶斯分类的故障诊断方法。该方法以机组振动信号作为故障诊断依据，首先采用小波包算法对采集的振动信号进行分析，提取相应的能量谱作为故障特征向量。然后基于贝叶斯网络分类的诊断模型所需先验知识大幅减少，降低了建立和应用该诊断模型的复杂性，为此将特征向量输入贝叶斯网络诊断模型中进行训练。最后将训练好的网络模型针对测试样本进行测试。测试结果表明：在小样本下所提贝叶斯网络分类方法相比于朴素贝叶斯、卷积神经网络和最小二乘支持向量机分类方法更准确，能很好地诊断汽轮发电机组各类振动故障，为后续机组维护提供支撑。
研究与应用 | 基于FPGA和千兆以太网的图像处理系统

研究与应用 | 基于FPGA和千兆以太网的图像处理系统

摘要针对FPGA图像处理系统中存在的采集速率低、图像质量不佳等问题，设计了一种基于FPGA与千兆以太网的图像处理系统。该系统以XC7A35TFGG484I-2型号FPGA为核心，集成图像采集、实时处理、自适应算法优化及千兆以太网传输等功能。实验结果表明：千兆以太网传输方式下的传输平均速率达到393Mbit/s，满足图像的高速传输需求;通过CLAHE和AWB算法处理后，图片的白点色差值、信息熵和平均色度均得到优化，相比于对比算法更有效地解决了图片色偏与饱和度失衡的问题。
研究与应用 | 聚氯乙烯生产工艺仿真培训系统开发与应用

研究与应用 | 聚氯乙烯生产工艺仿真培训系统开发与应用

摘要针对乙烯法聚氯乙烯生产工艺特点，基于年产35万吨聚氯乙烯装置设计数据与控制策略，运用VxOTS软件开发模拟仿真培训系统(OTS)。经稳态、动态与性能验证，模型参数稳定、动态响应及时，可真实反映实际生产装置的开车、计划/紧急停车、稳态运行及事故处理等生产过程。应用于工艺仿真培训，可降低因人为失误导致的生产风险，还可为工艺参数优化、设计校验以及控制策略的研究提供可靠支撑。
研究与应用 | 自然通风直接空冷系统冬季散热性能综合评估

研究与应用 | 自然通风直接空冷系统冬季散热性能综合评估

摘要在掌握环境风向对自然通风直接空冷塔散热影响的基础上，利用数学模拟，针对冬季自然通风直接空冷塔散热性能进行综合评估。建议环境温度低于6℃时就采取调节进风量的措施防止过冷或防冻，大风时对迎风侧的冷却三角进行风量调节。
技改与创新 | 最小用电量约束下油田机采井机采参数智能设置方法

技改与创新 | 最小用电量约束下油田机采井机采参数智能设置方法

摘要针对为追求采油产量最大化，而忽略用电量这一节能减排目标,造成机采设备运行效率低下的情况，研究了油田机采井参数优化技术。构建了基于广义回归神经网络的机采模型，该模型以冲次、最大载荷、最小载荷、有效冲程和计算泵效为输入参数，用电量和产量为输出，采用泊松非参数估计方法求解条件均值，通过高斯函数平滑处理观测值，以准确捕捉相关参数与用电量之间的内在联系。在模型中构建产量最大化与用电量最小化的多目标优化函数，并将多目标烟花算法结合轮盘赌选择策略用于更新优化解，最终实现产油量最大与用电量最少的最优机采参数求解。实验结果显示：该方法能精确模拟机采系统运行状况，且模型拟合优度较高，在保证产量的同时，降低了用电量，整体效率水平相对较高。
技改与创新 | 一种化工装置传动轴非接触式转速测量装置

技改与创新 | 一种化工装置传动轴非接触式转速测量装置

摘要：针对化工装置搅拌器和输送泵传动轴转速测量的特殊性，分析化工装置传动轴转速测量方式存在的问题，阐述传动轴非接触式转速测量装置的构成和电感式转速传感器的工作原理及其优点，测速盘的分类与构造，圆盘式测速盘的设计制作要求，以及传动轴非接触式转速测量装置的安装与工作过程。实际应用表明：该转速测量装置在实际使用过程中取得了良好的效果。

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