SU1740027A1 - Способ автоматического управлени процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способам автоматического управлени  процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне. Цель изобретени  - увеличение отбора светлых нефтепродуктов при обеспечении заданной четкости разделени . Согласно способу задают значени  флегмовых чисел, предельные максимальные и минимальные значени  расходов боковых погонов и флегмовых чисел в секци х колонны, сравнивают текущие значени  расходов боковых погонов со значени ми предельных расходов и при отклонении текущих расходов боковых погонов от предельных значений корректируют заданные значени  флегмовых чисел до тех пор, пока текущие значени  расходов бокс вых погонов не войдут в допустимые пределы или текущие значени  флегмовых чисел не станут равными заданным предельным максимальным и минимальным значени м флегмовых чисел, после чего дискретно с заданным шагом корректируют первоначально заданные предельные значени  расходов боковых погонов. 2 ил. (Л

Description

Изобретение относитс  к способам автоматического управлени  сложными ректификационными колоннами с однократным испарением сырь  и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности .

Цель изобретени  - увеличение отбора светлых нефтепродуктов при обеспечении заданной четкости разделени .

На фиг. 1 показана схема реализации способа..

Процесс ректификации нефти 1, нагретой до парожидкостного состо ни  в печи 2 за счет сгорани  топлива 3, осуществл етс  в сложной колонне 4. Продуктами разделени   вл ютс  четыре продукта: бензин 5, керосин 6, дизельное топливо 7 и мазут 8.

Пары бензина конденсируютс  в конденсаторе-холодильнике 9 и поступают в емкость 10. из которой подаетс  на верх колонны острое орошение 11. Дл  создани  флегмового потока в каждой секции колонны г боковым погоном осуществл етс  отвод тепла при помощи верхнего 12 и нижнего 13 циркул ционных орошений. Требуемое качество бензина обеспечиваетс  за счет поддержани  заданной температуры паров, выход щих из колонны, при помощи регул тора 14 температуры, датчика 15 расхода острого орошени , регул тора 16 и исполнительного механизма 17.

4 4 О О ГчЭ -Ч

Первый вход вычислительного устройства 18 св зан с выходом датчика 19 разности температур паров, выход щих из колонны, и острого орошени  11. Выход регул тора 20 качества керосина соединен с первым входом регул тора 21 расхода, второй вход которого соединен с выходом датчика 22 расхода, также подключенного к второму входу управл ющего вычислительного устройства 18, а выход регул тора 21 расхода соединен с исполнительным механизмом 23, установленным на линии вывода керосина 6. Выход регул тора 24 качества дизельного топлива соединен с первым входом регул тора 25 расхода, второй вход ко- торого подключен к выходу датчика 26 расхода, также подключенного к третьему входу управл ющего вычислительного устройства 18, а выход регул тора 25 расхода соединен с исполнительным механизмом 27, установленным на линии вывода дизельного топлива 7. Выходы датчиков 28 и 29 расхода циркул ционных орошений соединены с первыми входами регул торов 30 и 31 и с четвертым и п тым входами управл ю- щего вычислительного устройства 18. Выходы регул торов 30 и 31 расхода соединены с исполнительными механизмами 32 и 33, установленными на лини х подачи верхнего

12и нижнего 13 циркул ционных ороше- ний. Выходы датчиков 34 и 35 разности температур , установленных на лини х верхнего

и нижнего циркул ционных орошений, соединены с шестым и седьмым входами управл ющего вычислительного устройства 18. Выход датчика 36 расхода нефти соединен с восьмым входом управл ющего вычислительного устройства 18 и входом регул тора 37, соединенного с исполнительным механизмом 38, установленным на линии подачи нефти в печь 2. Выход датчика 39 температуры нефти из печи соединен с первым входом регул тора 40. Выход регул тора 40 подключен к исполнительному механизму 41, установленному на линии подачи топли- ва 3. Выход датчика 42 расхода бензина подключен к дев тому входу управл ющего вычислительного устройства 18, дес тый вход которого подключен к выходу датчика 15 расхода острого орошени . Выходы уп- равл ющего вычислительного устройства 18 подключены к вторым входам регул торов 30 и 31 расхода верхнего 12 и нижнего

13циркул ционных орошений, а третий выход - к второму входу регул тора 40 темпе- ратуры нефти из печи.

Дл  расчета величины внутреннего орошени  колонны, создаваемого острым орошением , используютс  в управл ющем вычислительном устройстве 18 сигналы, поступающие от датчика 15 расхода острого орошени  и датчика 19 разности температур паров, выход щих из колонны, и острого орошени .

Качество керосина регулируют при помощи регул тора 20 качества, регул тора 21 расхода, датчика 22 расхода и исполнительного механизма 23. Качество дизельного топлива регулируют при помощи регул тора 24 качества, регул тора 25 расхода, датчика 26 и исполнительного механизма 27. Отдатчиков 22 и 26 расхода боковых погонов выходной сигнал поступает также на вход управл ющего вычислительного устройства 18, Расход верхнего 12 и нижнего 13 циркул ционных орошений регулируютпри помощи датчиков 28 и 29 расхода, регул торов 30 и 31 и исполнительных механизмов 32 и 33. Выходные сигналы от датчиков 28 и 29 расхода поступают также на вход управл ющего вычислительного устройства 18. Датчики 34 и 35 измер ют разность температур верхнего и нижнего циркул ционных орошений на выходе и входе в колонну, и от них сигнал поступает в управл ющее вычислительное устройство 18. Расход нефти в колонну регулируют при помощи датчика 36 расхода нефти, регул тора 37 и исполнительного механизма 38. Регулирование температуры в печи 2 осуществл ют при помощи датчика 39 температуры, регул тора 40 температуры и исполнительного механизма 41. Расход бензина измер ют датчиком 42. Управл ющее вычислительное устройство 18 вырабатывает три управл ющих сигнала. Первый сигнал YI поступает на вход задани  регул тора 30 расхода верхнего циркул ционного орошени , второй сигнал Y2 - на вход задани  регул тора 31 нижнего циркул ционного орошени , а третий сигнал Уз- на вход задани  регул тора 40 температуры нагрева нефти.

При реализации способа автоматического управлени  могут быть использованы серийные средства контрол  и автоматизации . В качестве датчиков 15, 22, 26, 28, 29, 36 и 42 расхода могут быть применены диф- манометры Сапфир 22 в комплекте с диафрагмами ДК-40, в качестве регул торов 16, 21, 25, 30, 31, 37 и 40 - станции управлени  СУРА-2 в комплекте с регул торами РБАМ и электропневматическими преобразовател ми ЭПП, в качестве датчика 39 температуры и датчиков 19, 34 и 35 разности температур - преобразователи температуры Ш-78 в комплекте с термопарами ТХК-0806, в качестве регул тора 14 температуры - станци  управлени  СУРА-2 в комплекте с термопарой ТХК-0806 и регул тором РБАМ, в качестве регул торов 20 и 24 качества автоматические плотномеры АИП или анализаторы конца кипени  нефтепродуктов АПТВ-1 в комплекте со станцией управлени  СУРА-2 и регул торами РБАМ, в качестве исполнительных механизмов 17, 23, 27, 32, 33,38 и 41 - регулирующие клапаны 25с48нж. Функции управл ющего вычислительного устройства 18 реализуютс  при помощи средств вычислительной техники, например УВКСМ1814.

Сущность способа автоматического управлени  процессом первичной переработки нефти заключаетс  в следующем.

Дл  обеспечени  максимального расхода каждого бокового погона необходимо, чтобы состав жидкости на тарелке с выводом этого погона соответствовал требуемому составу бокового погона. При работе ректификационной колонны в услови х переменного состава и расхода нефти состав жидкости на тарелках с вводом боковых по- гонов может отличатьс  от требуемого. Смещение составов жидкости по высоте колонны может осуществл тьс  за счет изменени  расхода бокового погона, флегмо- вого числа в колонне (отношение расхода жидкости к расходу парового потока) или доли отгона нефти.

Дл  исключени  вли ни  доли отгона нефти на смещение составов по высоте ко- лонны по предлагаемому способу управлени  использована схема регулировани  доли избытка однократного испарени , в которой температура нагрева нефти на выходе из печи корректируетс  в зависимости от отклонени  от заданной величины доли избыточного однократного испарени  нефти , котора  равна отношению расхода жидкости , стекающей с нижней тарелки сепарационной части колонны, к расходу питани  колонны. Значение этой величины определ етс  из условий теплового и материального балансов сепарационной части колонны при помощи управл ющего вычислительного устройства 18 по уравнению

G- 4 С2 + 6з -1 0« - О,

о-о +fr j..3 ъ-е ,м

- G«

где аизб - дол  избыточного однократного испарени ,%;

GI - расход внутреннего орошени  колонны за счет подачи острого орошени , т/ч;

Ga расход внутреннего орошени  ко- лонны за счет подачи верхнего циркул ционного орошени , т/ч;

Сз - расход внутреннего орошени  колонны за счет подачи нижнего циркул ционного орошени , т/ч;

GK - расход керосина, т/ч (измер етс  датчиком 22 расхода;

Сдт - расход дизельного топлива, т/ч (измер етс  датчиком 26 расхода);

GH - расход нефти, т/ч (измер етс  датчиком 36 расхода);

Goo, Свцо, Снцо - расход соответственно острого, верхнего и нижнего циркул ционных орошений, т/ч (измер етс  датчиками 15, 28 и 29 расхода);

Cpi, Ср2, Срз - теплоемкость соответственно бензина, керосина и дизельного топлива , ккал/(т х град.);

П - гз - скрыта  теплота парообразовани  соответственно бензина, керосина и дизельного топлива, ккал/т;

Ati - разность температур паров на выходе из колонны и острого орошени , град,

Дй, At3 - разность температур соответственно верхнего и нижнего циркул ционных орошений на выходе и входе в колонну, град.

Дол  избыточного однократного испарени  нефти аизб. выбираетс  в пределах 3-5% Регулирование осуществл етс  путем выдачи управл ющего корректирующего сигнала Y3, отрабатываемого в управл ющем вычислительном устройстве 18 в зависимости от отклонени  рассчитанной п уравнению (1) величины аизб. от заданно с значени  доли избыточного однократного испарени  а3за., в регул тор 40 температ/ры нагрева нефти. Регулирование доли избыточного однократного испарени  позвол ет , помимо снижени  расхода энергоресурсов, обеспечить посто нный состав паров, вход щих всепарационную секцию колонны, при этом количество паров в колонне равно при избытке 3-5% количеству дистилл тов заданного качества. Посто нный состав паров в верхней части колонны обеспечиваетс  при помощи схемы регулировани  расхода острого орошени  колонны с коррекцией по температуре паров бензина (схема включает регул тор 14 температуры , датчик 15 расхода, регул тор 16 расхода и исполнительный механизм 17) При фиксированных составах на верхней и нижней тарелках сепарационной части колонны необходимо учесть вли ние на профиль составов по высоте колонны отбора боковых погонов и значени  флегмового

числа у (отношение расхода внутреннего

орошени  секции колонны к расходу паров) Рассмотрим взаимосв зь вли ни  этих двух факторов на показатели качества одного из боковых погонов, например на температуру выкипани  этой фракции.

На фиг. 2 показано распределение по высоте секции составов жидкой фазы, характеризуемых средней температурой выкипани , дл  двух режимов работы секции колонны с выводом бокового погона при посто нном составе флегмы, поступающей в эту секцию. В режиме 1 работы на тарелке с выводом бокового погона средн   температура выкипани  равна ti. Однако требуетс  получать боковой погон с температурой выкипани  tz. Такой состав жидкости находитс  на нижележащей тарелке № 9. Дл  обеспечени  максимального отбора бокового погона требуемого качества необходимо сместить составы жидкости в секции колонны снизу вверх с тарелки № 9 на тарелку № 7 с выводом бокового погона, Это смещение составов можно выполнить за счет увеличени  расхода бокового погона или за счет уменьшени  флегмового числа в секции. Вли ние относительного изменени  флегмового числа более значительно, чем изменение расхода бокового погона. Значимость вли ни  изменени  флегмового числа по отношению к изменению расхода бокового погона обратно пропорциональна отношению отрезка ab к отрезку cd на графике фиг. 2.

Регулировать смещение составов по высоте колонны при помощи изменени  расхода бокового погона можно только в узком диапазоне. Нельз , например, увеличивать расход бокового погона больше, чем содержание его в нефти. Уменьшать его в большой степени также нежелательно, так как это ведет к сокращению отбора светлых нефтепродуктов. Таким образом, регулировать состав бокового погона за счет измене- ни  его расхода можно только в определенном узком диапазоне, а при достижении предельных (максимального или минимального) значений расхода бокового погона должна производитьс  коррекци  более вли тельного параметра - флегмового числа в секции.

Исход  из указанного производ т коррекцию флегмового числа в зависимости от новых дополнительных параметров-предельных минимальных и максимальных расходов бокового погона. Значение предельного максимального расхода выбираетс  близким к по- тенциальному содержанию фракции бокового погона в перерабатываемой нефти в данный период времени. Минимальный предельный отбор выбираетс  на 3-5% меньше максимального.

Рассмотрим работу схемы регулировани  качества бокового погона на примере нижнего бокового погона с выводом дизельного топлива.

Схема регулировани  расхода бокового погона включает в себ  датчик 26 расхода дизельного топлива, регул тор 25 и регул тор 24 качества, например регул тор температуры конца кипени  дизельного топлива. При изменении состава бокового погона, например при уменьшении температуры конца кипени , регул тор 24 качества увеличивает задание в регул тор 25, который, в

свою очередь, уменьшает выходной сигнал на исполнительный механизм 27 дл  увеличени  степени его открыти . Но при этом отбор дизельного топлива может достигнуть своего предельного максимального значени , а требуемое качество дизельного топлива не будет достигнуто. Это означает то, что необходимый состав жидкости находитс  на нижележащей тарелке и дл  смещени  составов вверх по высоте колонны требуетс  более эффективное воздействие, чем изменение расхода бокового погона. В этом случае необходимо уменьшить флегмовое число в рассматриваемой секции колонны. Флегмовое число дл  данной секции (в сечении ниже тарелки с выводом бокового погона ) рассчитываетс  по уравнению, выведенному исход  из материального и теплового балансов сепарационной части колонны, в управл ющем вычислительном

устройстве 18:

L )- Ge+S(.i) + S

Л« Снцо Срз йи - G - GAJ

«

где Сб - расход бензина, т/ч.

Управл ющее вычислительное устройство 18, в которое поступают сигналы от датчика 15 расхода острого орошени , датчика 19 разности температур острого орошени , датчика 28 расхода верхнего циркул ционного орошени , датчика 34 разности температур верхнего циркул ционного орошени , датчика 29 расхода

циркул ционного орошени , датчика 35 разности температур нижнего циркул ционного орошени  и датчиков 42, 22 и 26 расхода бензина, керосина и дизельного топлива, рассчитывает согласно уравнению (2) текущее значение флегмового числа (у)дт в секции , сравнивает его с заданным значением флегмового числа (у)дтзад и вырабатывает

в зависимости от величины рассогласовани  этих двух величин управл ющий корректирующий сигнал Y2 в регул тор 31 расхода нижнего циркул ционного орошени . Регул тор 31 своим выходным сигналом воздейст вует на исполнительный механизм 33 до тех пор, пока (тт)дт не будет равно (т)дтзад Коррекци  заданного значени  флегмо- вого числа (у)дтзад осуществл етс  при достижении расходом дизельного топлива предельного максимального значени , т.е. при

GAT /-Одтчпред.макс.

GH VGH;

дискретно путем уменьшени  заданного флегмового числа (у)дтзад на 1-3% при каждом цикле корректировки. При

бдт .мин. GH GHJ

выполн етс  корректировка заданного

флегмового числа

(v

Дт зад в сторону его

увеличени . После уменьшени  значени  флегмового числа происходит более значительное изменение состава на тарелке с выводом дизельного топлива, чем от изменени  расхода бокового погона. Это обуславливает вхождение текущего значени  расхода бокового погона в диапазон между максимальным и минимальным предельными значени ми расхода дизельного топлива, что обеспечивает требуемый его отбор. Аналогично выполн етс  регулирование качества и отбора керосина, за исклю- чением того, что управл ющее вычислительное устройство 18 рассчитыва- ет флегмовое число по другому уравнению

GooC+feAtO +

(

Г2

Гс+г ( I- Cp1 At Л + Свцо Ср2 2 G6 + Goo (1 + - Ati) +-

Способ автоматического управлени  предусматривает также адаптацию значений предельных расходов бокового отбора при значительных изменени х состава нефти . В качестве дополнительного параметра, определ ющего значительное изменение состава нефти, используютс  предельные максимальное и минимальное значени  флегмового числа в секции. Диапазон возможного изменени  значений флегмовых чисел между максимальным и минимальным предельными значени ми выбираетс  таким чтобы обеспечить требуемое смещение составов по высоте колонны и создать услови  дл  четкого фракционировани  боково- го погона. Если отбор бокового погона достиг своего предельного максимального значени 

Цдт /Ьдтлпред.макс.

GH

(Gf

ЧГ„

и одновременно значение флегмового числа в данной секции колонны равно или меньше своего предельного минимального значени 

/L /Ьчпред.мин . (JJfV (f)Kf

то это означает, что в нефти значительно увеличилось содержание фракции дизельного топлива, и выдаетс  команда на коррекцию предыдущих значений предельных расходов дизельного топлива. При этом одновременно увеличиваютс  на 3-5% значени  и минимального, и максимального предельных расходов дизельного топлива. В случае понижени  содержани  светлых компонентов в нефти способ осуществл етс  аналогично с уменьшением предельных значений расходов дизельного топлива при

Сдт /Сдтчпред мин

г- - V75-)

GH 4GH

(у)т (v

пред макс

Мт - Vy;

Алгоритмы корректировки флегмового числа в секции с выводом в качестве бокового погона керосина аналогичны описанным .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ автоматического управлени  процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне путем регулировани  расходов острого и циркул ционного орошений, подачи нефти в колонну, расходов боковых погонов в зависимости от показателей их качества, отличающий- с   тем, что, с целью увеличени  отбора светлых нефтепродуктов при обеспечении заданной четкости разделени , задают значени  флегмовых чисел, предельные максимальные и минимальные значени  расходов боковых погонов и флегмовых чисел в секци х колонны, сравнивают текущие значени  расходов боковых погонов со значени ми предельных расходов и при отклонении текущих расходов боковых погонов от предельных значений корректируют заданные значени  флегмовых чисел до тех пор, пока текущие значени  расходов боковых погонов не войдут в допустимые пределы или текущие значени  флегмовых чисел не станут равными заданным предельным максимальным и минимальным значени м флегмовых чисел, после чего дискретно с заданным шагом корректируют первоначально заданные предельные значени  расходов боковых погонов.

   LzoobLi

   г

   Tgge/ ЈЈ с подачей

   W

   л

   (i-0&&0Ј0# Q-.

   бокового погона

   s

   9+-го