Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние проблемы и постановка задачи исследования II
1.1. Состояние проблемы автоматизации управления комплексом первичной переработки нефти II
1.2. Определение задачи исследования 30
ГЛАВА П. Комплекс первичной переработки нефти как объект оптимизации 33
2.1. Краткое технологическое описание комплекса первичной переработки нефти и её особенности как объекта управления 33
2.2. Формализованная постановка задачи оптимизации комплекса первичной переработки нефти. 39
2.3. Экспериментальные исследования с целью построения математических моделей комплекса первичной переработки нефти 43
ГЛАВА III . Статическая оптимизация комплекса первич ной переработки нефти 58
3.1. Постановка статической задачи оптимизации комплекса первичной переработки нефти на основе невыпуклых нелинейных моделей 58
3.2. Разработка алгоритма решения задачи 69
ГЛАВА ІV. Стохастическая задача оптймизацш комплекса первичной переработки нефти 87
4.1. Постановка задачи оптимизации на базе вероятностных моделей комплекса 87
4.2. Исследование стохастической задачи оптимизации 94
4.3. Разработка алгоритма решения задачи . 101
ГЛАВА V . Программное обеспечение и экспериментальное исследование алгоритмов оптимизации . 109
5.1. Описание пакета прикладных программ . 109
5.2. Обсуждение практических результатов. Внедрение АСУ комплексом 125
5.3. Технико-экономические результаты 131
вывода 134
Литература 136
Приложения 147
- Состояние проблемы автоматизации управления комплексом первичной переработки нефти
- Краткое технологическое описание комплекса первичной переработки нефти и её особенности как объекта управления
- Постановка статической задачи оптимизации комплекса первичной переработки нефти на основе невыпуклых нелинейных моделей
- Постановка задачи оптимизации на базе вероятностных моделей комплекса
Введение к работе
В комплексе мероприятий, определённых в исторических решениях ХШ съезда КПСС и направленных на обеспечение всемерного роста эффективности производства и улучшение качества выпускаемой продукции, важное место принадлежит совершенствованию систем управления производством [i] . Успешное решение этой задачи возможно путём создания автоматизированных систем управления (АСУ) различного типа и прежде всего АСУ технологическими процессами (АСУ ТД).
Внедрение АСУ ТП позволяет существенно повысить экономичность и качество продукции, улучшить использование сырья, материалов, топлива, т.е. обеспечивает рост производства прежде всего за счёт повышения его эффективности и более полного использования внутрихозяйственных ресурсов. Перечисленные факторы особенно сильно отражаются на крупнотоннажных процессах, которые характерны для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
В настоящее время в СССР успешно эксплуатируются такие комбинированные крупнотоннажные установки, как ЭЛОУ АВТ, объединяющие процессы электрообессоливания сырой нефти и её атмосферно-вакуумной и вторичной перегонки. Увеличение объёма перерабатываемой нефти и улучшение качества выпускаемых нефтепродуктов на этих комплексах, являющихся основным звеном нефтеперерабатывающего завода (НПЗ), в значительной мере связано с решением задач управления.
Современное крупнотоннажное производство в нефтеперерабатывающей промышленности характеризуется большим числом входных
и выходных параметров, высокими требованиями к выпускаемой продукции, необходимостью чёткого согласования целей управления отдельными установками с задачами, стоящими перед ШЗ в целом. Поэтому при создании системы управления комплексами первичной переработки нефти (ППН) возникают серьёзные трудности, обусловленные в основном сложностью технологического процесса; относительной самостоятельностью отдельных технологических элементов, которые в то же время взаимосвязаны; нестационарностью, порож-даемой как внешними возмущениями, так и внутренними причинами (старение оборудования, физический износ и т.д.); нелинейностью связей между выходными показателями и факторами, определяющими условия протекания процесса; многомерностью объекта; высокой размерностью задачи управления; отсутствием полной информации об объекте как на стадии проектирования системы управления, так и в режиме эксплуатации и другими причинами.
В настоящее время методы синтеза систем автоматизированного управления комплексами ПШ, учитывающие эти специфические особенности, ещё недостаточно разработаны. В частности, отсутствует общепринятый способ декомпозиции задачи управления установкой ШШ, позволяющий преодолеть проблему многомерности; недостаточно разработаны методы решения задач оптимизации комплекса ППН на базе нелинейных регрессионных моделей; мало изучена возможность оптимизации управления комплексом ШШ на основе вероятностных моделей объекта. Необходамо отметить также, что все известные работы по оптимизации комплекса ППН базируются в основном на линейной, либо на выпуклой нелинейной математической модели объекта; это связано с принятием ряда допущений при постановке и решении задач оптимизации, что не всегда приводит к адекватным в производственных условиях режимам. Поэтому возни-
кает необходимость решения задачи оптимизации комплекса ШШ на базе более точных моделей, лишённых вышеуказанных недостатков.
В этой связи постановка и решение невыпуклой нелинейной статической задачи оптимизации комплекса ПИН является актуальной научно-технической задачей, что и определило выбор темы настоящей диссертации.
Целью диссертационной работы является:
получение более точных математических моделей комплекса ШШ, адекватно описывающих производственный процесс как при детерминированной, так и при стохастической ситуации;
разработка численного алгоритма решения задачи оптимизации комплекса ШШ на основе его невыпуклой нелинейной детерминированной модели;
разработка численного алгоритма решения задача оптимизаций комплекса ШШ с учётом факторов неопределённости;
разработка пакета прикладных программ, позволяющего осуществить конкретную реализацию предложенных моделей и алгоритмов;
применение полученных теоретических результатов и созданного пакета программ для оптимизации комплекса первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ на Ново-Бакинском нефтеперерабатывающем заводе (НБНЗ) имени Владимира АЗльича.
Диссертационная работа состоит из пяти глав и выводов.
В первой главе рассмотрено состояние проблемы автоматизации управления комплексами ШШ и критически проанализированы имеющиеся работы, посвященные методам и алгоритмам оптимизации сложных химико-технологических процессов, какими и являются комплексы ШШ.
Отмечено, что разработанные и внедрённые у нас в стране АСУ комплексами ШЖ в основном функционируют в режиме "советчика" оператору, и оптимизация управления режимом осуществляется без учёта связей между блоками комплекса. В рассмотренных работах недостаточно проработаны вопросы программного обеспечения АСУ комплексом ШШ, в частности, отсутствуют методы и алгоритмы, позволяющие решать многомерную нелинейную невыпуклую задачу оптимизацию комплекса ШШ, не рассмотрена стохастическая постановка задачи оптимизации, основанная на вероятностной модели комплекса ШШ и позволяющая вплотную приблизиться к реальным условиям протекания технологического процесса.
С учётом вышеизложенного сформулирована цель и определены основные задачи исследования.
Бо второй главе приведено краткое описание технологического процесса первичной переработки нефти и дан анализ комплекса ШШ как объекта управления, выявлены характерные особенности исследуемого процесса.
Приведена формализованная постановка задачи оптимизации комплекса ШШ, в которой определён критерий управления - максимизация суммарного выхода целевых нефтепродуктов и указаны вид и характер основных ограничений.
Отмечено, что задача оптимизации комплекса ШШ является сложной экономико-математической задачей, решение которой затрудняется следующим: I) велико количество агрегатов, охватываемых задачей оптимизации; 2) по каждому агрегату требуется обеспечение множества показателей качества выпускаемой продукции (например, по колонне К - 2 количество таких показателей равно 30); 3) велико количество возмущающих и управляющих параметров по
основным управляемым агрегатам; 4) по всем управляющим переменным имеются жёсткие технологические ограничения.
Для идентификации комплекса ШН и накопления статистической информации был поставлен активный эксперимент, охватывающий большой диапазон изменения количества и качества перерабатываемой нефти, управляющих и возмущающих воздействий.
Статистическая обработка полученных экспериментальных данных была проведена методом главных компонент.
Разработанная математическая модель комплекса ШШ на базе полиномиальных регрессионных уравнений второго порядка состоит из совокупности математических моделей блоков комплекса и математической модели структуры комплекса, характеризующей связи между блоками. Использование моделей в системе управления комплексом ШШ показало их приемлемую точность и достоверность.
В третьей главе приведены постановка задачи оптимизации комплекса ЭЛОУ-АВТ, алгорит решения задачи и анализ результатов. Приведена структурная схема комплекса с указанием векторов основных переменных и связей между колоннами.
Показано, что полученная задача оптимизации представляет собой сложную невыпуклую задачу нелинейного программирования с большим числом поисковых переменных и ограничений,что затрудняет её решение.
В работе для решения поставленной задачи использован декомпозиционный алгоритм, основанный на модификации функции Лагранжа и применимый к схемам с произвольной структурой, описанным невыпуклыми гладкими функциями. Алгоритм при этом представ -ляет собой трёхуровневую процедуру, нижние два уровня которой являются процедурой метода множителей Лагранжа (ММЛ), а верхний -
третий уровень формирует критерии для локальных задач нижнего уровня, при которых процедура ММЛ находит вектор множителей Яагранжа при удовлетворении соответствующих решений локальных задач уравнениям связи.
Алгоритм решения задачи на основе вышеприведенной процедуры запрограммирован на языке ФОРТРАН-ІУ и реализован в виде пакета прикладных программ.
В работе приведена результаты решения поставленной задачи, полученные в разное время при разных начальных условиях для различных видов сырья. Приведены также результаты решения этой из задачи с использованием прямого метода оптимизации - метода скользящего допуска, в котором технологическая схема рассматривалась как единое целое. Сравнительный анализ показал преимущества выбранного декомпозиционного метода, так кан он позволяет получить решение за приемлемое (5-15 мин.) время с достаточной точностью.
В четвёртой главе рассматривается постановка и решение задачи оптимизации комплекса ШШ с использованием вероятностных ограничений на качество получаемых нефтепродуктов.
Показано, что в соответствующей литературе такая постановка отсутствует и приведено обоснование необходимости учёта вероятностного характера качественных ограничений.
Полученная задача оптимизации является задачей стохастического программирования с вероятностными ограничениями, для её решения использован метод определения детерминированного аналога.
Показано, что эквивалентная детерминированная задача имеет
большую размерность, невыпуклая и существенно нелинейная из-за наличия в ограничениях экспоненциальных зависшостей. Для её
решения, произведя необходимые корректировки, связанные с изменением характера функциональных ограничений, такЕе применён декомпозиционный алгоритм, который приведен в диссертации.
Алгоритм реализован в виде пакета прикладных программ. Пакет программ стохастической оптимизации был применён в составе АСУ комплексом ППН. В работе приведены результаты решений задачи оптимизации с детерминированными и вероятностными ограничениями.
В пятой главе приведены программное обеспечение, результаты экспериментального исследования и технико-экономические показатели эффективности внедрения разработанных алгоритмов оптимизации.
Показано, что при составлении пакета прикладных программ, реализующего разработанные алгоритмы декомпозиционной оптимизации, был.использован модульный принцип построения.
Пакет прикладных программ, внедрён в составе математического обеспечения АСУ установкой ЭЛОУ-АВТ на НБНЗ Ш.Владимира Ильича, что подтвердило эффективность и правильность полученных теоретических результатов.
В выводах обобщены основные научные результаты, получэн-ные в диссертационной работе.
- II -
Состояние проблемы автоматизации управления комплексом первичной переработки нефти
В последние годы АСУ технологическими процессами с применением ЭВМ находит всё более широкое распространение в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности нашей страны и за рубежом [2] . В настоящее время число вводимых в действие АСУ ТП в этих отраслях промышленности за год в 2-4 раза превышает их годовой прирост, наблюдавшийся в 60-е годы. По данным на 1974 г. [3] , например, в нефтеперерабатывающей промышленности только США использовалось 49 АСУ отдельными технологическими процессами. йа втором месте (после установок каталитического крекинга) по числу эксплуатирующихся ЭВМ стоят установки первичной переработки нефти, что объясняется их большой производительностью и частым переходом с одной нефти в другую. Применение ЭВМ повышает производительность установок первичной переработки нефти примерно на Ъ% [4] . Приведём несколько примеров существующих АСУ установками ШШ с применением ЭВМ в ведущих капиталистических странах. Одна из крупнейших автоматизированных установок ШШ мощностью 22200 м3/сутки находится в г.Уаитинге (США) fs] . Установка управляется вычислительной машиной типа IBM-704. Используя метод линейного программирования, удалось оптимизировать 54 из 161 зависимых переменных процесса путём нахождения соответствующих величин для более чем 19 независимых переменных. - 12 Расчёты выполняются через каждые 20 мин и регулируют работу 19 органов управления. В Талсе (США) фирма Sunz&y V Oi(Соиспользует УВМ типа /?W-300 на трёхступенчатой (полностью автоматизированной) установке первичной переработки нефти производительностью 13500 м3/сутки [б]. УВМ считывает показания 191 контрольно-измерительного прибора и даёт задание 30 регуляторам. На НПЗ в г.Фаули (Англия) применена УВМ для управления о двухступенчатой установкой ШШ производительностью 11000 м/сутки [7]. Здесь 40 аналоговых автоматических регуляторов были заменены контурами автоматического управления УВМ. Фирмой bi ncit Oil anol GasCofe] успешно применена пневматическая аналоговая вычислительная машина для управления установкой ШШ мощностью 13500 м /сутки в Бейкерфильде (США). Разработаны две программы для АВТ, одна из которых рассчитывает циркуляционное орошение, другая рассчитывает и оптимизирует выходы продуктов.
Оптимизация блока АВТ (атмосферно-вакуумная трубчатка) на НПЗ фирмы "Элф" в Фейзене (Франция) осуществляется на базе ЭВМ типа М-40 [9] . Применение ЭВМ позволило увеличить выход товарного газойля на 1Ь%, В г.Роттердаме (Голландия) фирма "Шелл" разработала и применила на установке первичной переработки нефти систему управления, основанную на библиотеке модулей [10]. Библиотека оптимальных режимов установки создаётся накапливанием сведений по данным опытных пробегов. В работе [II] приведено описание автоматической системы управления установкой ректификации сырой нефти. Здесь при оптимизации блока отгонки лёгких фракций использована трёх - ІЗ уровневая иерархическая система управления. Критерием оптимизации является максимизация выхода керосина. АСУ установками ШШ имеются и в социалистических странах. В ПНР, например, работы в указанном направлении проводит Краковский институт технологии нефти. На НИЗ в г.Плоцке разработана детерминированная математическая модель комплекса ППН, позволяющая осуществлять оптимизацию процесса. Критерием оптимизации здесь является минимизация затрат. В ГДР на НПЗ в г.Шнедте создана АСУ комплексом ШШ, которая для оптимизации использует методы линейного программирования. В ЧССР АСУ установкой ШШ на основе УВМ типа РШ-1000 создана на НПЗ имЛехословапко-Советской Дружбы. Экономический эффект от внедрения АСУ составляет 230,0 тыс.рублей в год. Вышесказанное свидетельствует о том, что за рубежом накоплен большой опыт по разработке и внедрению АСУ установками первичной переработки нефти с применением ЭВМ. Однако необходимо отметить, что во многих случаях эти системы функционируют в режиме "советчика" оператора, где роль оператора-человека значительна. Часто создание АСУ сводится к использованию ЭВМ в контуре непосредственного цифрового управления (НЦУ) установкой ШШ, не затрагивая при этом вопросы оптимизации процесса. Во многих приведенных АСУ не использованы математические модели установки ШШ, что затрудняет применение современных экономико-математических методов, для оптимального управления установками ШШ за рубежом чаще всего используют информационно-логические системы управления, локальные системы стабилизации, локальные замкнутые
Краткое технологическое описание комплекса первичной переработки нефти и её особенности как объекта управления
Изучение технологии процесса первичной переработки нефти нами проведено на примере установки ЭЛОУ-АВТ, функционирующей на НБНЗ им.Владимира Ильича. Установка ЭЛОУ-АВТ является важным технологическим звеном в структуре современной нефтеперерабатывающей промышленности и представляет собой крупнотоннажное производство с широким ассортиментом выпускаемых продуктов (бензиновые фракции, дизельное топливо, керосин, широкая фракция вакуумного отгона). На рис.2.1 приведена упрощённая технологическая схема установки ЭЛОУ-АВТ. Как видно из рисунка, установка в основном состоит из взаимосвязанных технологических аппаратов колонного типа, таких как колонна K-I для предварительной перегонки нефти; ректификационная колонна К-2, предназначенная для получения широких фракций светлых нефтепродуктов; стабилизационная колонна К-8, служащая для стабилизации бензина (нестабильного), поступающего с колонн K-I и К-2; вакуумная колонна К-10, предназначенная для глубокой перегонки мазута; колонны К-3 и К-4, осуществляющие чёткую ректификацию бензина. Коротко опишем технологический процесс первичной переработки нефти с точки зрения задачи управления. Сырая нефть через электродегидраторы ЭД-I и ЭД-П при температуре 2Ю-230С поступает на вход колонны K-I для пред-- варительной перегонки. Здесь, в результате первичной перегонки нефти, получаются нестабильный бензин и отбензиненная нефть. Отбензиненная нефть выводится с нижней части колонны K-I и, нагреваясь в печи П-1/2,3, поступает в атмосферную колонну К-2, где получаются следующие продукты: нестабильный бензин; фракции 120-180С, 180-240С, 240-290С, 290-350С и мазут. Для отбора узких фракций I20-I8QC, 180-240С, 240-290С предусмотрены перетоки их в отпарные колонны - соответственно в К-6, К-7 и К-9. В дальнейшем эти фракции вместе с фракцией 290-350С охлаждаются и выводятся с установки. G низа колонны К-2 мазут, нагреваясь в печи П-3, поступает в вакуумную колонну К-10, где, в результате более глубокой перегонки, выделяются узкие фракции 350-420С и 420-500С, которые после охлаждения выводятся с установки. С низа К-10 выводится остаточный продукт гудрон.
Технологическим регламентом предусмотрена возможность работы уотановки без вакуумной колонны. В этом случае мазут выводится с установки. Нестабильный бензин с K-I и К-2 поступает на вход стабилизационной колонны К-8, где получается стабильный бензин. Чёткая ректификация бензина осуществляется в колоннах К-3 и К-4, в которых получаются фракции собственно 62-85С и 85-120С. Выходные продукты установки должны соответствовать определённым нормам ГОСТа, например, для компонента автобензина прямой гонки такие показатели, как температура начала перегонки (не ниже 35С), 10 -ная точка перегонки (не выше 75С) и температура конца кипения (не выше 180С) должны обязательно выдерживаться в нужных пределах. для топлива TG-I (керосин-смесь фракций 120-180С и - 36 180-240 С) такими требованиями являются то, что температура начала кипения, 50%-ной точки и конца кипения должна быть соответственно не выше 150С, 195С и 235С. имеются также требования к плотности продукта (не менее 0,7750} температуре вспышки (не ниже 28С), содержанию меркантоновой серы (не более 0,005$) и т.д. Керосино-газойловая фракция должна удовлетворять следующим требованиям ГОСТа: - температура начала кипения не ниже 2ЮС; - выкипаемость до 300С не менее 60%; - выкипаемость до 350С не менее 88% и т.д. А основные требования к показателям качества дистиллята дизельного топлива (для дизелей общего назначения) такие: - 50 -ная точка температуры кипения не выше 280С; - 96 -ная точка температуры кипения не выше 360С; - температура вспышки не ниже 40С; - плотность при 20С не более 0,860 г/см3; - температура застывания не выше ЮС и т.д. Все эти требования в первую очередь связаны с тем, что продукты, получаемые на установке ЭЛОУ-АВТ-6, поступают на другие установки завода для дальнейшей переработки. Поэтому от качества продуктов установки первичной переработки нефти зависит эффективность работы почти всего завода. Однако необходимо отметить также одно обстоятельство, которое непосредственно сказывается на качестве работы самой установки. Дело в том, что сырьё - нефть на установку ЭЛОУ АВТ поступает из разных месторождений (Тюменская, Мангышлакская, Азербайджанская, Туркменская и др.) ив результате этого - 37 качество перерабатываемого сырья меняется в довольно широких пределах. Это обстоятельство, естественно, налагает повышенные требования к математическим моделям процесса первичной переработки нефти и тому алгоритму, который должен обеспечить решение задачи оптимального управления технологическим комплексом на основе современных методов математического программирования. Кроме того, учитывая то, что установка первичной переработки нефти характеризуется большой скоростью протекания процесса ректификации и быстрой изменчивостью режима в момент перехода от одного сырьевого продукта к другому, система управления должна обладать достаточно большим быстродействием. Наконец, важно отметить существенные трудности, возникающие при измерении характеристик сырья и нефтепродуктов. Особенностью управления процессами нефтепереработки является выдача результатов измерения в дискретные моменты времени. Так, современные хроматографы, устанавливаемые на потоке, выдают результаты анализа через 5-15 минут после поступления в них пробы продукта; с большим запаздыванием поступают данные лабораторных анализов (на установке ЭЛОУ-АВТ-6 через 1,5-2 часа после взятия пробы) и т.д. Из технологической схемы видно, что в процессе первичной переработки нефти участвует большое количество оложных элементов, которые работают в различных режимах и тесно связаны друг с другом. Например, колонна К-2 имеет несколько режимов работы -бензиновый, керосиновый, газовый, дизтопливо и т.д. Следовательно, для технологических элементов установки ЭЛОУ-АВТ характерно многообразие выполняемых ими функций.
Постановка статической задачи оптимизации комплекса первичной переработки нефти на основе невыпуклых нелинейных моделей
В настоящей главе рассматривается постановка и решение задачи оптимизации комплекса первичной переработки нефти, являющегося сложной химико-технологической системой. Проведенная и описанная в предыдущей главе идентификация процесса первичной переработки нефти позволила выделить основные входные и выходные параметры колонн. Теперь же необходимо определить поисковые (управляющие и входные промежуточные) переменные и возмущения с точки зрения задачи управления. При выборе управляющих переменных исходила из того, что варьирование значениями этих параметров в конечном счёте приводит к установлению наилучшего режима в колоннах при фиксированных значениях возмущающих параметров. Это соответствует технологическому смыслу управления. Для колонны предварительного отбензиневания нефти K-I управляющими переменными являются: температура верха колонны - / и температура низа колонны U2 , значения которых в процессе поиска не должны выходить за рамки следующих технологических ограничений: 135С Щ 160С, 228С ul : 263С. (3.1) Входной промежуточной переменной - или будем её называть входной нагрузкой - колонны K-I является количество нефти, пос I тупающей на установку - X/ , значения которой могут изменяться - 59 в пределах: 640 м3/сек X/ 960 м3/сек (3.2) Возмущающими параметрами для колонны К-Х приняты удельный вес поступающей в колонну нефти - f, и температура нефти f1 , принимающие значения соответственно в пределах {0,837 -г 0,887 г/см3} и {185 24IC . Для атмосферной колонны К-2 в качестве управляющих пере менных выделены: температура верха - U/ и низа и колонны, Е ЇЇ ,/7 температуры перетоков в отпарные колонны И3 , Щ , U} со следующими технологическими ограничениями на принимаемые значения: юзс /7 П8С, 315С /7 4 4. 350С, Х35С п 4 160С, 170С и 4 4 200С, 205С /7Us . 265С. Входной промежуточной переменной для колонны К-2 явля й ется количество отбензиненной нефти - ocf , поступающей с K-I и которая должна находиться в пределах: 700 м3/час х" 990м3/час. (3.4)
Следующие паршетры (в скобках указаны пределы изменения) определены как возмущающие для К-2: удельный вес отбензиненной с" Ч нефти - f; (0,6163 -г 0,6556 г/см45), температура отбензиненной нефти - 2J (322 370С), температура 1-го циркуляционного орошения - f; (61 Х00С), температура 2-го циркуляционно ц го орошения - U (52 92 С), температура 3-го циркуляционного орошения - fs (70 90С). - 60 В качестве управляющих переменных для стабилизационной кода лонны определена температура верха колонны - и, и температура низа колонны - U , поиск значений которых ведётся в следующих пределах: 50 С 4 U, 1ШС, I72C 4 uf 2ЮС. (3.5) Входной промежуточной переменной для К-8 служит коли ІІІ чество нестабильного бензина, поступающего в колонну - xj , принимающего значения в пределах: І34 м3/час 4 X," 210 м3/час. (3.6) Возмущающими параметрами колонны К-8 являются температурі» ра нестабильного бензина на входе колонны - , и давление в с колонне - 2 » соответственно находящиеся в пределах 70 160С} и { 9,0 12,0 кгс/см3} . для ректификационной колонны К-3 управляющими перемен-ными являются температура верха - Uf и температура низа Uz колонны, изменяющаяся в пределах: 80с и;_ 4 Ю0С, I50C uf 200С. (3.7) Входной промежуточной переменной колонны К-3 служит ко-личество стабильного бензина, поступающего из К-8 - эс/ , изменяющегося в пределах 134 м3/час Х1 220 м3/час. (3.8). В качестве возмущающего параметра колонны К-3 принято давление в колонне - J", (2,5 - 6,0 атм.). Управляющими переменными колонны К-4 являются температу-ра верха - Щ и температура низа - Щ колонны с пределами - 61 изменения: 82G Uj Ю8С, 150G lA 200G. (3.9) Входной промежуточной переменной колонны К-4 является коли о чество фракции 12-85 С - oCf , поступающей с К-3 с ограничени ем 30 м3/час Xf 4 60 м3/час. (ЗЛО) Контролируемым возмущающим параметром для колонны К-4 явля-ется давление в колонне - (2,5 -г 5,0 атм.) Для вакуумной колонны К-10 управляющими переменными являются температура верха колонны - U/ и температура низа колонії ны - Щ , с пределами изменения по технологическом регламенту: I30C 4- li, 140 С, 335С ui 350С. (З.ІІ) Входной промежуточной переменной для вакуумной колонны выб VI рано количество мазута, поступающего сюда из колонны К-2 - ocf , которое изменяется в следующих пределах: 250 м3/час XJ 55 м3/час. (3.12) Возмущающими параметрами для колонны К-10 определены тем-пература подогрева мазута на входе колонны - и давление в колонне - 2 соответственно в пределах [ЗЭО - 420с] и [0,03 - 0,05 атм.і . Качество выходов продуктов колонн контролируется в трёх точках кипения: начала кипения (НК), 50 -ная точка кипения (50$) и конец кипения (КК). Эти показатели функвдонально связаны с режимными параметрами колонн и должны удовлетворять определённым требованиям ГОСТа. Зависимости показателей качества нефтепродуктов от управляющих, входных промежуточных переменных и возмущений соответствующих колонн представляют собой полиномиальные - 62 регрессивные уравнения второго порядка [49J и приведены в приложении П. Поэтому здесь и далее для простота изложения мы будем пользоваться следующим общим видом качественных функциональных ограничений:
Постановка задачи оптимизации на базе вероятностных моделей комплекса
Известно, что на современных комплексах первичной переработки нефти технологический процесс протекает под воздействием большого количества случайных возмущающих факторов и это сильно затрудняет эффективное управление ими. К таким факторам случайности обычно относят: неравномерную поставку сырья - нефти и частые колебания её качественного состава (удельный вес, содержание воды, серы, парафина и солей), непредусмотренные остановки отдельных агрегатов, нестабильность показателей качества промежуточных продуктов, ошибки при измерении технологических параметров и потоков, изменение некоторых параметров технологического оборудования (например, старение, износ элементов теп лообменников, печей и т.д.), которые невозможно контролировать [зз]. Естественно, что перечисленные выше факторы случайности вносят неопределённость в реальные условия функционирования комплекса ЭЛОУ-АВТ, заключающуюся в неоднозначном отклике на одни и те же входные воздействия.
В этих условиях оптимальное управление работой комплекса с использованием детерминированной модели становится затруднительным. Особенно это сказывается при попытке получить нефтепродукты с качеством, точно соответствующим заданным значениям, так как при одних и тех же управлениях могут получаться нефтепродукты с разными качественными показателями. Следовательно, требование точного поддержания значенийпоказателей качества нефтепродуктов подлежит некоторой корректировке В настоящей главе рассматривается постановка и решение задачи оптимизации комплекса первичной переработки нефти с учётом факторов неопределённости.
Как было сказано выше, при анализе функциональных качественных показателей выяснилось, что они носят случайный характер при фиксированных значениях входных промежуточных и управляющих переменных. Поэтому оптимизация, проведенная по детерминированной модели, когда ограничения на качественные показатели не учитывают их случайный характер, может привести к тому, что полученные оптимальные значения управляющих переменных будут нереализуемыми или труднореализуемыми на процессе.
Опыт эксплуатации детерминированной задачи оптимизации подтвердил это. Действительно, при жёстком задании функциональных ограничений, наложенных на качества выходных продуктов, иногда получались такие решения, когда значения управляющих переменных находились на границе допустимой области или вблизи неё. В этом можно убедиться, просмотрев таблицы 3.1 и 3.3, где приведены результаты решений задачи оптимизации, полученные соответственно прямым и декомпозиционным методами.
Естественно, управление комплексом первичной переработки нефти в ситуации, когда приходится оперировать предельно допустимыми значениями управляющих переменных, очень затруднительно, а иногда и рискованно.для того, чтобы получить практическую реализуемость результатов оптимизации, обеспечив тем самым эффективность функционирования системы оптимального управления, необходимо смягчить качественные ограничения, другими словами, надо требовать удовлетворения этих ограничений с некоторой вероятностью.
Это и обусловило постановку нами стохастической задачи оптимизации комплексом первичной переработки нефти. В этой постановке ограничения, накладываемые на качественные показатели нефтепродуктов, сформулированы в вероятностной форме, которая позволяет учесть их случайный характер [34,101,102] .
Необходимость выбора именно качественных ограничений в вероятностной форме обусловлена особенностью этих ограничений. Действительно, выход за пределы этих ограничений равнозначен выпуску брака и его не всегда можно обнаружить сразу, что при современных высокопроизводительных установках может привести к большим потерям.
