Содержание к диссертации
Введение
1 Процесс замедленного коксования тяжелых нефтяных остатков 12
1.1 Физико-химические основы процесса 12
1.2 Описание промышленного процесса замедленного коксования 16
1.3 Постановка задачи управления качеством дистиллятов 22
1.4 Анализ блока ректификации как объекта управления 27
1.5 Анализ работ по управлению качеством дистиллятов 37
2 Математическое моделирование процесса ректификации многокомпонентных смесей 41
2.1 Анализ математических описаний процесса ректификации 41
2.2 Требования к математической модели процесса ректификации 45
2.3 Термодинамическая модель состояния многокомпонентной парожидкостной системы 47
3 Разработка и исследование алгоритмов управления качеством дистиллятов в промышленном процессе замедленного коксования тяжелого нефтяного сырья 53
3.1 Алгоритм расчета температуры на отборных тарелках дистиллятов .53
3.2 Алгоритм адаптации математической модели к текущему состоянию процесса ректификации 56
3.3 Исследование термодинамической модели многокомпонентной парожидкостной системы в промышленных условиях 60
4 Автоматический способ управления качеством дистиллятов процесса замедленного коксования тяжелого нефтяного сырья 64
4.1 Реализация автоматического способа управления в АСУТП установки замедленного коксования 64
4.2 Исследование автоматического способа управления качеством дистиллятов на действующем производстве 71
4.3 Методика расчета экономического эффекта 75
Библиографический список 80
- Описание промышленного процесса замедленного коксования
- Анализ математических описаний процесса ректификации
- Алгоритм расчета температуры на отборных тарелках дистиллятов
- Реализация автоматического способа управления в АСУТП установки замедленного коксования
Введение к работе
Актуальность темы. Дистилляты процессов нефтепереработки могут использоваться для производства различных товарных нефтепродуктов. В современной экономической ситуации к потребительским свойствам нефтепродуктов конъюнктура рынка предъявляет высокие требования. В свою очередь, возрастают требования к стабильности показателей качества дистиллятов. Сказанное, в частности, относится к дистиллятам процесса ректификации летучих продуктов процесса замедленного коксования тяжелого нефтяного сырья. При неудовлетворительном качестве эти дистилляты вовлекаются в процессы смешения для производства топочного мазута, печного топлива - продуктов спросом не пользующихся и имеющих высокую цену. Экономически целесообразным вариантом работы установки замедленного коксования является выпуск бензина, как компонента смешения бензинов или сырья установок гидроочистки реактивного топлива, легкого газойля как сырья установок гидроочистки дизельного топлива, тяжелого газойля как компонента экспортного продукта К-3. В этом случае технологическими процессами получения товарных продуктов к качеству дистиллятов предъявляются жесткие требования. Проблема управления качеством дистиллятов заключается в том, что блок ректификации постоянно находится под воздействием неконтролируемых возмущений в виде изменения количества и состава паров коксования. В условиях воздействия возмущений его работа характеризуется длительными переходными процессами со значительными колебаниями выхода и качества дистиллятов. Задача стабилизации в этих условиях значений показателей качества дистиллятов, которые влияют на выпуск товарных продуктов, является актуальной. Ее решению, в определяющей степени, будет способствовать система автоматического управления, эффективно компенсирующая неконтролируемые возмущения процесса по расходу и
составу паров коксования, разработке и экспериментальному исследованию
« алгоритмов функционирования которой посвящена настоящая работа.
Цель работы. Разработка эффективных алгоритмов управления качеством дистиллятов в процессе ректификации нефтепродуктов в условиях нестационарности, вызванной неконтролируемыми возмущениями, в частности, по расходу и составу смеси питания, обеспечивающих стабилизацию показателей качества на заданных значениях.
Методы исследований. В работе использованы методы термодинамики и теории массопередачи, теории управления, математического моделирования, натурный и вычислительный эксперимент.
Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на XII
Международной конференции молодых ученых по химии и химической
технологии МКХТ-98 (Москва, 1998г.), конференции «Успехи в химии и
9 химической технологии» (Москва, 1999г.), 2-ой Международной конференции
молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки»
(Самара, 2001г.), 14 Международной научной конференции «Математические
методы в технике и технологиях» ММТТ-І4 (Смоленск, 2001г.), конференции «На лучшую научно-техническую разработку среди молодежи предприятий, научно-исследовательских институтов и учебных учреждений МИНЭНЕРГО (Москва, 2001г.), 3-й Международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Самара,2002г.).
На защиту выносится: I) подход на основе термодинамической модели, параметрически описывающей состояние многокомпонентной парожидкостной системы, к оперативному управлению качеством дистиллятов процесса ректификации нефтепродуктов в условиях действия возмущений по расходу и составу смеси питания;
*
2) алгоритм адаптации термодинамической модели состояния
многокомпонентной парожидкостной системы в процессе ректификации
нефтепродуктов;
3) алгоритмы автоматической системы управления качеством дистиллятов в
условиях нестационарности процесса ректификации нефтепродуктов,
основанные на использовании термодинамической модели, описывающей
состояние многокомпонентной парожидкостной системы.
В первой главе изложены физико-химические основы процесса замедленного коксования тяжелых нефтяных остатков и приведено описание промышленного процесса на базе модернизированной технологической установки 21-10/ЗМ.
В результате проведенного технико-экономического анализа установлено, что экономически целесообразным вариантом работы установки является выпуск бензина как компонента товарных бензинов или сырья установок гидроочистки реактивного топлива, легкого газойля как сырья установок гидроочистки дизельного топлива, тяжелого газойля как компонента продукта К-3. Сформулирована цель управления, как минимизация отклонений фактических значений показателей качества от заданных, с целью обеспечения максимальных отборов дистиллятов по наиболее экономически целесообразному варианту работы установки.
В результате экспериментального исследования и анализа работы блока ректификации как объекта управления установлено, что основным возмущающим воздействием, оказывающим значительное влияние на качество и выходы дистиллятов, является неконтролируемое изменение количества и состава паров коксования.
Из литературных источников известно, что нормируемые показатели качества дистиллята находятся в известной зависимости от среднемольной температуры кипения дистиллята, а анализ функционирования блока ректификации, как объекта управления, показал, что управление
среднемольной температурой кипения дистиллята осуществляется изменением температуры на отборной тарелке этого дистиллята.
Задача управления блоком ректификации сформулирована, как управление температурой на отборных тарелках дистиллятов, зависящей от состава и количества паров коксования, которые в данном случае неизвестны.
Анализ существующих способов управления качеством дистиллятов выявил три наиболее часто используемых: основанных на применении типовых проектных решениях по автоматической стабилизации значений параметров процесса; на применении систем многопараметрического управления; на применении систем, использующих математические модели процесса ректификации многокомпонентных смесей. Установлено, что системы на основе математических моделей, хотя и являются самым сложным и наукоемким техническим решением, в задаче управления качеством дистиллятов замедленного коксования обладают наибольшим потенциалом и возможностями.
Во второй главе проведен анализ существующих математических
описаний (математических моделей) процесса ректификации
многокомпонентных смесей, в результате которого установлено, что наиболее часто используемыми являются статистические и аналитические математические модели. При разработке статистических моделей используют регрессионный анализ статистических данных, полученных на объекте. При разработке аналитических моделей для описания значимых явлений ректификации используют термодинамические, кинетические, гидравлические и другие фундаментальные зависимости и параметры.
Были рассмотрены способы построения и основные принципы алгоритмизации математических моделей и сделан вывод о том, что использование этих моделей для управления качеством дистиллятов в динамических режимах промышленного процесса замедленного коксования затруднительно. Сформулированы требования к математической модели,
обоснованы причины, которыми обусловлены эти требования, и предложены способы выполнения требований.
Для управления качеством дистиллятов в промышленном процессе замедленного коксования тяжелого нефтяного сырья предложено использовать термодинамическую модель, описывающую состояние многокомпонентной парожидкостной системы на отборных тарелках дистиллятов.
В третьей главе, в соответствии с алгоритмом вычисления значений температур на отборных тарелках, соответствующих заданным для алгоритма значениям показателей качества дистиллятов, основанным на использовании термодинамической модели состояния многокомпонентной парожидкостной системы, для технологической установки 21-10/ЗМ разработаны алгоритмы расчета значений температуры в секциях колонны, реализация которых в технологическом процессе обеспечивает заданное качество дистиллятов.
Значительная составляющая ошибки расчета температуры на отборных тарелках вносится на этапе вычисления давления отбираемого с данной тарелки дистиллята в паровой фазе, так как уравнение Рауля-Дальтона предполагает, что массообменные процессы осуществляются до состояния равновесия, а состояние паровой фазы соответствует состоянию идеальных газов. Для автоматической адаптации модели разработан и исследован алгоритм адаптации. Исследование алгоритма выполнялось экспериментальным путем и заключалось в проверке его сходимости путем расчета на ЦВМ переходных процессов имитационной модели при различных параметрах настройки алгоритма. В результате исследования разработаны рекомендации по настройке параметров алгоритма адаптации.
Для исследования работоспособности алгоритма термодинамической модели состояния многокомпонентной парожидкостной системы в промышленных условиях проведен пассивный эксперимент. Для проведения эксперимента в качестве объекта использовалась ректификационная колонна К-1. Для размыкания системы уравнений модель модифицирована. Если в
первоначальном варианте по модели рассчитывались значения температуры в секциях колонны, управление которыми обеспечивает заданное качество дистиллятов, то в модифицированном варианте рассчитывается качество дистиллятов при текущих значениях технологических параметров, то есть модель представляет собой программный анализатор качества.
В результате проведения эксперимента установлено, что разность между значениями среднемольных температур кипения дистиллятов, полученных в результате расчета по модели и лабораторного анализа, не превышает допустимой погрешности лабораторного анализа, что приемлемо для промышленных условий.
В четвертой главе рассмотрена реализация способа автоматического управления качеством дистиллятов в АСУТП установки 21-10/ЗМ ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» на базе распределенной системы управления (DCS) Fisher-Rosemount RS3. Качество дистиллятов задается оператором в виде значений объемных интегральных разгонок дистиллятов, по модели рассчитываются температуры в секциях колонны, управление которыми обеспечивает заданное качество дистиллятов, АСР «по отклонению» температуры на отборных тарелках, изменяя значения орошений, стремятся установить их текущие значения равными заданным.
Для исследования способа автоматического управления проведен опытный пробег установки. В течение 7 суток для управления качеством дистиллятов использовалось базовое проектное решение, заключающееся в стабилизации температурного профиля колонны на регламентных значениях и в незначительной его корректировке оператором в зависимости от результатов лабораторного анализа качества дистиллятов. В течение последующих 7 суток для управления качеством дистиллятов использовался рассмотренный способ автоматического управления.
Для оценки эффективности разработанного технического решения предложена методика расчета экономического эффекта. Экономический эффект
достигается за счет увеличения отбора и улучшения качества дистиллятов, использующихся для выпуска товарных продуктов, пользующихся спросом.
В заключении сформулированы основные результаты работы, имеющие научное и практическое значение.
В приложениях приведены средние значения технологических параметров процесса, описание автоматической системы, реализующей разработанный способ управления, рабочая инструкция оператора, результаты опытного пробега, акт испытания, справка об использовании результатов работы, расчет экономического эффекта»
Диссертационная работа является частью научных исследований,
выполненных в соответствии с планами научно-исследовательских работ по
научно-технической программе Министерства образования РФ "Химия,
химическая технология и химическое машиностроение" (1998-2000 i\r.f проект
» № Г.Р. 01990006136), научно-технической программе Министерства
образования РФ "Автоматизированные системы, средства автоматизации и
вычислительная техника" (1999-2001 г.п, проект № ПР. 01200010347),
региональной научно-технической программе "Западный Урал: актуальные
проблемы научно-технического развития и экологической безопасности" (1997-
2000 г.г.» проект "Разработка теоретических основ и алгоритмов гибкого
автоматизированного управления технологическими процессами
многономенклатурных химических производств в условиях быстроменяющейся конъюнктуры рынка").
Описание промышленного процесса замедленного коксования
На одном из передовых предприятий отрасли с 1996 года эксплуатируется модернизированная установка 21-10/ЗМ (рисЛ). Технология реконструируемых узлов процесса замедленного коксования закуплена у фирмы «Фостер Уиллер» (США), имеющей большой опыт по совершенствованию процессов коксования и выполнившей в сокращенном объеме базовый проект технологической части реконструкции установки. Доработка базового проекта выполнена АО «ВНИПИнефть», рабочий проект -проектно-конструкторским отделом предприятия, Сырье - гудрон с установок атмосферно-вакуумной перегонки - через буферную емкость подается на установку двумя потоками с температурой Ч40С. Первичное сырье из буферной емкости поступает в трубное пространство теплообменников для предварительного нагрева циркулирующим потоком тяжелого газойля.
После подогрева до температуры 260 280С первичное сырье поступает в ректификационную колонну К-1 на верхнюю каскадную тарелку или под каскадные тарелки, что обеспечивает возможность регулирования коэффициента рециркуляции, В нижней части колонны предварительно подогретое первичное сырье смешиваются с рециркулирующими продуктами, стекающими с тарелок. Постоянство расхода и уровень жидкости в кубе колонны устанавливается из условия обеспечения времени пребывания, равного 10 мин,
Вторичное сырье, нагретое до 300-з-320С за счет теплообмена с парами и газами поступающими из коксовых камер, забирается из нижней части колонны и направляется в реакционные змеевики нагревательных печей П-51,5 2. Вторичное сырье в каждую печь подается в секцию конвекции двумя параллельными потоками- В каждый поток сырья, для уменьшения коксоотложения в реакционных змеевиках печей, подается турбулизатор, в качестве которого используется деминерализованная вода или ее смесь с конденсатом водяного пара. Температура потоков сырья на выходе из змеевиков печей 50(Н504С обеспечивается регуляторами температуры, путем изменения подачи топливного газа к форсункам печей.
Нагретое в печах П-51,52 вторичное сырье в виде газожидкостной смеси по трансферным трубопроводам направляется в нижнюю часть камер коксования. Коксовая камера предназначена для получения кокса из тяжелых нефтяных остатков при высоких температурах. При эксплуатации камера подвергается значительным температурным колебаниям, обусловленным периодичностью процесса получения и выгрузки кокса.
На установке имеются 4 коксовые камеры, работающие попарно - Р-1,2 на первый и Р-3,4 на второй поток (рис.2). Обвязка каждой коксовой камеры состоит из трубопроводов, связывающих камеру с колонной К-1, емкостью сбора некондиционного продукта, печами П-51,52, линиями подачи пара и воды. Переключение потока вторичного сырья из одной камеры в другую производится посредством четырехходового крана, конструкция которого обеспечивает непрерывность потока в момент переключения.
Продолжительность прогрева камеры парами нефтепродуктов до температуры 350- -360С составляет 6 часов, при достижении этой температуры начинают перевод потока сырья из печи в разогретую камеру-Продолжительность одного цикла процесса замедленного коксования составляет 48 часов: в каждой камере в течение 24 часа имеет место режим коксования, в течение следующих 24 часов происходит выгрузка кокса из камеры и ее подготовка к коксованию, чередование циклов в камерах сдвинуто друг относительно друга на 12 часов.
Кокс аккумулируется в камере коксования, а летучие продукты коксования по шлемовому трубопроводу отводятся в ректификационную колонну К-і на разделение. Для предотвращения закоксовывания шлемовых труб и охлаждения паров, выходящих из коксовых камер, в трубы подается тяжелый газойль из контура циркуляции. В конце цикла заполнения камеры, для уменьшения вспенивания сырья во время коксования, в последние 2-3 часа наверх камеры насосом подается раствор антипенной присадки в легком газойле.
Пары из камер коксования Р-1,2,3,4 с температурой 420-И-25С подаются в нижнюю часть ректификационной колонны К-1 для их разделения на газ, бензин и газойлевые фракции, Высококипящие углеводороды, находящиеся в продуктах коксования, в результате контактирования со стекающими потоками жидкости конденсируются и возвращаются в смеси с первичным сырьем на коксование. Смесь рециркулята и первичного сырья называется вторичным сырьем коксования.
С верха колонны К-1 по шлемовой трубе отводятся углеводородные газы, пары бензина н водяной пар в аппараты воздушного охлаждения и далее в сепаратор, где происходит разделение потока на газ, бензин, воду. Часть нестабильного бензина из сепаратора подается в качестве острого орошения наверх колонны К-1. Балансовое количество бензина после защелачивания выводится с установки Легкий газойль с 12 тарелки колонны К-1 отводится в стриппинг К-2/2, оснащенный 4 клапанными тарелками и имеющий зону сбора жидкости в нижней части. Для отпарки легких фракций в низ стриппинга К-2/2 подается перегретый водяной пар из пароперегревателей печей П-51,52. Балансовое количество легкого газойля с низа К-2/2 выводится с установки. Часть легкого газойля периодически подается в емкость для приготовления антипенной присадки, еще часть подается в емкость продувки коксовых камер в качестве абсорбента.
Тяжелый газойль из колонны К-1 выводится двумя потоками. Один поток газойля выводится в стриппинг К-2/3, второй поток прокачивается через теплообменники, после возвращается в колонну К-і в виде циркуляционного орошения, Стриппинг К-2/3 оснащенный 4-х клапанными тарелками и имеет зону сбора жидкости в нижней части, где происходит отпарка легких фракций перегретым водяным паром. Продукт отпарки по шлемовой трубе из К-2/3 возвращается в колонну К-1. С низа стриппинга К-2/3 одна часть потока тяжелого газойля прокачивается через фильтры и подается в шлемовые трубы коксовых камер для охлаждения продуктов коксования, другая часть этого потока прокачивается через фильтры и возвращается в нижнюю часть колонны К-1 в качестве горячей флегмы, балансовое количество тяжелого газойля выводится с установки.
Анализ математических описаний процесса ректификации
В случае с процессом разделения паров коксования тяжелого нефтяного сырья на фракции в сложной ректификационной колонне интерес представляют математические описания динамических режимов ректификации многокомпонентных смесей, так как в результате воздействия неконтролируемого возмущения по линии подачи питания в виде изменения количества и состава паров коксования работа блока ректификации представляет собой совокупность длительных переходных процессов со значительными колебаниями выхода и качества дистиллятов,
В результате изучения и анализа известных математических описаний (математических моделей) было выяснено, что наиболее часто используемыми математическими описаниями процесса разделения нефтепродукта на фракции в ректификационной колонне, являются статистические и аналитические математические модели. Статистические модели строят на основе регрессионного анализа статистических данных об объекте» в аналитических моделях для описания термодинамики, кинетики, гидродинамики и других значимых явлений ректификации, используются известные строгие термодинамические, физико-химические и прочие закономерности и их производные. В тех случаях, когда априорной информации об исследуемом объекте недостаточно, или процесс настолько сложен, что невозможно построить его детерминированную модель, используют экспериментально-статистический метод. Мате мати ческую модель процесса получают при этом в виде уравнения регрессии и задача построения модели заключается в отыскании значений коэффициентов уравнения. Большое число входных и выходных параметров объекта делает почти невозможным нахождение коэффициентов уравнения перебором переменных (пассивный эксперимент, когда ставиться большая серия опытов с поочередным варьированием переменных). Использование метода планирования эксперимента позволяет сократить объем вычислений (активный эксперимент). Получение математических моделей по результатам пассивных наблюдений в производственных условиях затруднительно -Зачастую такие экспериментальные данные не содержат достаточной информации о процессе, так как характеризуют процесс в очень узком интервале, когда изменения переменных сопоставимы с ошибкой их измерения. В связи с тем, что в реальном процессе существуют неуправляемые и неконтролируемые переменные, изменение выходной величины носит случайный характер, поэтому для повышения точности модели желательно иметь как можно меньше неконтролируемых возмущений Использование линейных зависимостей позволяет получить решение на ЦВМ быстрее, чем в случае учета нелинейностей, однако для процессов имеющих существенную нелинейность приходиться вводить кусочно-линейную аппроксимацию, что делает коэффициенты уравнений переменными [50],
Построение аналитических математических моделей ректификационных колонн, разделяющих многокомпонентные смеси сопряжено с рядом трудностей, связанных с недостаточной разработкой вопросов теории массопереноса в многокомпонентных и многофазных системах. Расчет динамических режимов значительно более сложен и трудоемок, так как добавление одного компонента вызывает увеличение числа дифференциальных уравнений модели на 2(пт+1), где п - число тарелок, m - число секций, на которые разделена тарелка, увеличение количества уравнений модели вызывает резкое увеличение машинного времени при расчете модели на ЦВМ. Проблема увеличения количества вычислений решается, если рассматривать колонну как объект с распределенными параметрами, что позволяет получать передаточные функции по основным каналам (например, изменение количества и состава смеси питания - отбор и качество дистиллятов). Далее объединив передаточные функции участков колонны, кипятильника и дефлегматора, можно получить полную модель ректификационной установки.
Обычные допущения, принимаемые при моделировании динамических режимов ректификации многокомпонентных смесей, следующие: колонна работает в адиабатическом режиме; унос жидкости с тарелки отсутствует; давление в колонне постоянно и не изменяется в переходном процессе; вся жидкость на тарелках сосредоточена в зоне массообмена; исходная смесь и флегма поступают при температуре кипения; количество жидкости на тарелках и физические параметры среды в переходном процессе не изменяются; изменения мольных паровых и жидкостных потоков в переходном процессе нет; отклонения от установившихся состояний незначительны; перенос вещества лимитируется паровой фазой [50].
Анализ опыта применения в задачах управления статистических и аналитических динамических математических моделей ректификации многокомпонентных смесей позволяет сделать вывод, что обоим описаниям присущи существенные недостатки. Статистические модели требуют значительное количество достаточно информативных данных об объекте, для построения адекватной модели возможно большее количество возмущающих воздействий должно быть идентифицировано. Аналитические модели идентифицируют реальный объект в значительной степени упрощенно, что уменьшает точность моделирования, и даже при этом их реализация требует значительный объем вычислений- Каждая из моделей нуждается в трудоемкой процедуре оперативной коррекции (адаптации) и требует в качестве входных данных информацию о составе и количестве смеси питания.
Алгоритм расчета температуры на отборных тарелках дистиллятов
Результат отображается на экранной форме в виде сообщения оператору «Регулятор температуры позиция ХХХ-ХХХХ в удаленный режим переводить можно», если имеет место какое-либо нарушение, то на экране отображается сообщение «Регулятор температуры позиция ХХХ-ХХХХ переводить в удаленный режим нельзя» и дается пояснение, например, «Расчетное значение температуры на тарелке X находится ниже нижнего предела XXX С установленного регламентом».
Введенные оператором значения среднемольных температур кипения дистиллятов соответствуют заданному качеству, для обеспечения которого система рассчитывает значения температур в секциях колонны- Далее оператор еще раз оценивает рассчитанные по модели значения температур и, при условии, что они находятся в пределах, установленных технологическим регламентом, начиная с регулятора температуры на тарелке 1 и далее вниз по колонне, с интервалом в 30 минут, переводит регуляторы температуры в секциях колонны режим получения задания рассчитанного по модели.
Выход блока управления Т0751 является заданием регулятору температуры на 1 тарелке (отборной тарелке бензина) колонны К-1 TIC-075I, выход регулятора TIC-0751 является заданием регулятору расхода острого орошения FIC-0702. Таким образом, оба регулятора работают по каскадной схеме, что предусмотрено типовым проектным решением.
Выход блока TI0752 является заданием регулятору температуры на 12 тарелке (отборной тарелке легкого газойля) колонны К-1 TIC-0852, выход регулятора TIC-0852 является заданием регулятору расхода верхнего циркуляционного орошения FIC-0902- Выход блока Т0970 является заданием регулятору температуры в аккумуляторе колонны К-1 TIC-0970 (отборная тарелка тяжелого газойля), выход регулятора TIC-0970 подается на корректирующий вход регулятора расхода циркуляционного орошения ПС-0902. Таким образом, регуляторы TIC-0852 и TIC-0970 также работают по каскадной схеме, что предусмотрено типовым проектным решением, а регулятор FIC-0902 - по каскадной схеме с коррекцией.
Регуляторы температуры в секциях колонны, изменяя расходы соответствующих орошений, стремятся установить текущие значения температур в секциях колонны равными заданным. Для того чтобы ректификационная колонна не вышла за пределы рабочего режима, определенного технологическим регламентом, автоматический способ управления имеет ограничения на изменение значений технологических параметров- Выход параметра на граничное значение сигнализируется.
На время отбора пробы оператором в соответствующие поля экранной формы вводятся результаты анализа качества дистиллятов в виде значений объемных интегральных разгонок, которые необходимы для автоматической адаптации модели. Если этим правилом пренебречь, то точность управления качеством дистиллятов падает- Появление три раза подряд критического значения ошибки прогноза среднемольных температур кипения дистиллятов рассчитанных по модели, сигнализируется. Значение ошибки устанавливается оператором.
Управление температурой на отборной тарелке легкого газойля и в аккумуляторе колонны осуществляется изменением расхода верхнего циркуляционного орошения. При этом значительный приоритет имеет регулятор температуры на 12 тарелке TIC-0852, а регулятор температуры в аккумуляторе колонны TIC-0970 работает при условии, что ошибка регулирования температуры на 12 тарелке не превышает 2С. Управление температурой в аккумуляторе колонны осуществляется путем плавного изменения значения расхода циркуляционного орошения, что достигается настройкой регуляторов температуры.
В процессе расчета значений настроечных параметров регуляторов было выяснено, что такая схема не позволяет достичь требуемой точности управления температурой в аккумуляторе колонны и точности управления среднемольной температурой кипения легкого газойля. Для развязывания контуров управления было предложено восстановить промежуточное орошение 12 тарелки легким газойлем, которое во время реконструкции было демонтировано, так как задача управления качеством легкого газойля была неактуальна. Актуальной она стала после реконструкции установки гидроочистки дизельного топлива 24-6, которая для производства гидроочищенного дизельного топлива в качестве сырья может использовать до 30% легкого газойля процесса замедленного коксования, при условии, что температура конца кипения легкого газойля не выше 340С Таким образом, в автоматическом способе управления сохранены типовые проектные решения для стабилизации значений технологических параметров. Для обнаружения датчиков, имеющих дополнительную погрешность измерения, разработана и автоматизирована методика обнаружения- В алгоритм управления введена термодинамическая модель состояния многокомпонентной парожидкостной системы, результатом расчетов по которой являются значения температур в секциях колонны, управление которыми обеспечивает заданное качество дистиллятов. Обучение модели осуществляется путем автоматической параметрической идентификации. Интерфейс оператора с системой реализован через экранную форму операторской станции системы управления.
Реализация автоматического способа управления в АСУТП установки замедленного коксования
Исследование разработанного автоматического способа управления было проведено в период с 11 по 24 февраля 1999 года. Исследование заключалось в проведении опытного пробега установки, В период с 11 по 17 февраля 1999 года для управления качеством дистиллятов использовалось типовое проектное решение,с 18 по 24 февраля 1999 года-автоматический способ управления.
Суть типового проектного решения по управлению качеством дистиллятов заключается в стабилизации температур в секциях ректификационной колонны К-1 на регламентных значениях, полученных для усредненного количества и состава смеси питания, и незначительной их корректировке оператором-технологом в зависимости от результатов анализа качества дистиллятов.
Суть автоматического способа управления заключается в управлении температурами в секциях колонны К-1 в соответствии с изменением количества и состава паров коксования, поступающих на разделение, что обеспечивает заданное качество и отборы дистиллятов, близкие к потенциалу -содержанию светлых фракций в исходном сырье- Для расчета температур в секциях колонны используется термодинамическая модель стояния многокомпонентной парожидкостной системы Для проверки качества функционирования автоматического способа были заданы следующие желаемые значения объемных интегральных разгонок дистиллятов (табл, 6),
В соответствии с желаемыми значениями объемных интегральных разгонок дистиллятов были рассчитаны среднемольные температуры кипения -для бензина 132С, легкого газойля - 231С, тяжелого газойля - 358 С, полученные значения среднемольных температур кипения дистиллятов были использованы в качестве заданных для алгоритма управления-Регуляторы в секциях колонны с интервалом в 30 минут поочередно, начиная с регулятора температуры на тарелке 1, тарелке 12, и заканчивая регулятором температуры в аккумуляторе, были переведены в режим получения задания рассчитанного по модели. В течение всего времени опытного пробега управление качеством дистиллятов осуществлялось в автоматическом режиме. Для коррекции коэффициентов модели два раза в сутки вводились результаты анализа качества дистиллятов. В результате сравнение результатов опытного пробега (табл.7) выяснено, что способ автоматического управления качеством дистиллятов обеспечивает: 1) увеличение отбора дистиллятов за счет управления температурным профилем колонны в динамических режимах; 2) смещение среднемольных температур кипения и температур концов кипения дистиллятов к заданному значению; 3) значительное уменьшение отклонения между заданными и фактическими значениями среднемольных температур кипения дистиллятов. Для дистиллятов, которые сами не являются товарными продуктами, но используется для их приготовления, увеличение отборов и улучшение качества приводит к перераспределению потоков внутри нефтеперерабатывающего завода и, как следствие» изменению выпуска товарных продуктов. Экономический эффект от увеличения отборов и улучшения качества дистиллятов в этом случае может быть получен за счет увеличения выпуска более дорогих товарных продуктов, пользующихся устойчивым спросом за счет уменьшения выпуска продуктов спросом не пользующихся. Для расчета изменения выпуска товарных продуктов при увеличении отборов и улучшении качества дистиллятов предлагается использовать программный продукт для расчета плана производства, который содержит в себе модель нефтеперерабатывающего завода и методом линейного программирования, решает оптимизационную задачу расчета плана производства- Модель нефтеперерабатывающего завода содержит в себе информацию о мощности, процентах отбора продуктов и схемах соединения установок, качестве нефти, промежуточных и товарных продуктов, информацию о рецептурах смешения и т.д. Расчет экономического эффекта осуществляется следующим образом. Для определения изменения выпуска товарных продуктов рассчитывается два варианта расчета плана. Первый — с отборами и качеством дистиллятов полученными с использованием типового проектного решения, второй -с отборами и качеством дистиллятов, полученными с использованием автоматического способа управления качеством дистиллятов- Исходными данными для расчета планов являются данные опытного пробега Для установки замедленного коксования экономический эффект был получен за счет увеличения выпуска бензина, реактивного и дизельного топлива, экспортного продукта К-3 и уменьшения выпуска печного топлива и топочного мазута. Расчет экономического эффекта приведен в приложении 11 и за 1999 год составил 1 394 тысячи рублей По материалам раздела 4 можно сделать следующие выводы: 1) на основе термодинамической модели состояние многокомпонентной парожидкостной системы для установки 21-Ю/ЗМ был разработан и реализован з АСУТП установки автоматический способ управления качеством дистиллятов; 2) исследование автоматического способа управления качеством дистиллятов заключалось в проведении натурного эксперимента, для чего был выполнен опытный пробег установки с использованием для управления качеством дистиллятов типового проектного решения и разработанного способа автоматического управления; 3} результатом натурного эксперимента доказана эффективность разработанного способа автоматического управления качеством дистиллятов, что подтверждают данные об изменении отборов и качества дистиллятов по сравнению с типовым проектным решением.
