Устройство для оптимального управления блоком ректификационных колонн

 

Изобретение относится к устройству для управления блоком ректификационных колонн, может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промьшшенности и позволяет увеличить отбор и чистоту целевых продуктов за счет повышения надежности работы устройства. Устройство содержит контур регулирования расхо (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1269801 А1 (51) 4 В Ol D 3/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3809195/23-26 (22) 31 ° 08.84 (46) 15.11.86; Вюл. К -42 (7!) Филиал Научно-производственного объединения "Леннефтехим" (72) С.Г.Мазина, Т,P.Ñèäîðåíêî, В.В.Рыбцов и О.P.Ñåì÷åíêîâà (53) 66.012-52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1003867, кл. В 01 D 3/42, 1981, Авторское свидетельство СССР

Ф 899058, кл. В 01 D 3/42, 1980, (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО

УПРАВЛЕНИЯ БЛОКОМ РЕ КТИФИКАЦИОННЫХ

КОЛОНН (57) Изобретение относится к устройству для управления блоком ректификационных колонн, может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промьппленности и позволяет увеличить отбор и чистоту целевых продуктов за счет повьппения надежности работы устройства. Устройство содержит контур регулирования расхо126980 да орошения датчик (Д) 4, регулятор (P) 20, клапан (К) 31, с .коррекцией по температуре .на контрольных тарелках (Д 9, P 23, связанный с

P 20), контур регулирования уровня в рефлюксных емкостях изменением выхода дистиллята (Д 15, P 18, К 29), контур регулирования уровня в кубах колонн изменением выхода кубового продукта (Д 16, P 19, К 30) ° Устройство содержит также контур регулирования расхода теплоносителя в кубы колонн (Д 5, P 21, К 32) и контур регулирования расхода сырья в головную

1 колонну (Д 1, P 17ь К 28). Датчики

3,4ь5ьбь7,8,9ь10 ° 11,12, 13 расходов сырья дистиллята, кубового продукта орошения и теплоносителя, температур сырья, дистиллятов, кубовых продуктов, на "контрольных" тарелках колонн, давления верха колонн, анализаторы состава сырья, дистиллята и кубового продукта и блок 24 памяти соединены со входами вычислительного блока 25. Выходы последнего и выходы блока 27 предварения связаны со входами оптимизатора 26, выходы которого подключены к P 17,21,22,23.2 ил.

Изобретение относится к устрой-! ствам для автоматического управления блоком ректификационных колонн и может быть использовано в нефтеперерабатывающей,, нефтехимической и др. отраслях промышленности.

Целью изобретения является увеличение отбора и чистоты целевых продуктов эа счет повышения надежности устройства.

Нв фиг,l представлена схема устройства для оптимального управления блоком ректификационных колонн, на фиг.2 — блок-схема оптимизатора.

Устройство для оптимального управления содержит датчики расходов сырья 1 в головную колонну, дистиллятов 2, кубовых продуктов 3, орошения

4 и теплоносителя в кубы колонн 5, температур сырья 6, дистиллятов 7, кубовых продуктов 8, на "контрольных" тарелках 9, давления верха колонн

I0 анализаторы состава сырья 11, д сти ята 12ь кубового продук а 13. 2, блок колонн 14 датчики уровня в рефлюксных емкостях 15, в кубах колонн

16, регуляторы расхода сырья 17, дистиллятов 18, кубовых продуктов 19, Ьрошения 20, теплоносителя 21ь температуры сырья 22, на контрольных

II и 30 тарелках 23, блок 24 памяти, вычислительный блок 25, оптимизатор 26, блок 27 предварения и клапаны на линиях подачи сырья 28, дистиллята 29, кубового продукта 30, орошения 31, 35 теплоносителя в куб каждой колонны

32, теплоносителя в подогреватель сырья 33. Датчики 1-13 и блок 24 памяти соединены своими выходами с входами вычислительного блока 25, выходы которого и выходы блока 27 предварения соединены с входами оптимизатора 26, выходы которого соединены с входами регуляторов 17, 21

22 и 23, а регуляторы 17 и 21 соединены с клапанами 28 и 32 соответственно, выходы регуляторов 23 соединены с входами регуляторов 20, выходы которых соединены с клапанами

31, выход регулятора 22 соединен с выходом клапана 33 на линии подачи теплоносителя в подогреватель сырья.

Блок 24 памяти соединен своими выходами с входом вычислительного блока 25 и оптимизатора 26. При этом оптимизатор содержит блоки 34-44 расчета состава потоков по текущей информации от анализаторов качества, расчета материальных балансов, рассчета текущих отборов дистиллятов по данным состава сырья, расчета температуры сырья в головной колонне, проверки гидравлической нагрузки в головной колонне, проверки степени адекватности математической модели, коррекции коэффициентов модели, расчета оптимальных управляющих воздействий, проверки величины отбора дистиллята, перевода управляющих воздействий в пневмоимпульсы, вывода управляющих воздействий на задания регуляторам. во1

WJ з 1269

Устройство работает следующим образом.

В вычислительнчй блок 25 поступает текущая информация с заданными времеными интервалами о расходе, температуре, составе сырья в головной колонне, расходах и температурах дистиллятов, кубовых продуктов, составах дистиллята и кубового продукта головной колонны, давления в каждой 10 колонне с датчиков 1, 6, 11, 2, 7, 3, 8, 12, 13 и 10 соответственно.

Затем в вычислительном блоке происходит усреднение текущей информации, рассчитываются материальные потоки, 15 производятся расчеты, связанные с переводом размерности снимаемой информации из размерности технологических приборов в размерность, используемую в модели. 20

В блок 24 памяти вносятся данные о требуемой чистоте продуктов разделения каждой колонны (у, — чистота

Dj дистиллята, х1, — чистота кубового продукта моль/моль), средние моле- 25 кулярные веса (И, ) и плотности (Pp) материальных потоков, заданные значения температур на "контрольных" тарелках (Т, С) для режима, когда р„=, х,„,, 30 =1 где Р . — величина отбора дистиллятных компонентов; х .. — концентрация >-го компонента в сырье j-й колонны; к — номер самого тяжелого из дистиллятных компонентов.

Оптимизатор 26, используя информацию от вычислительного блока 25 о текущем составе сырья, дистиллята, кубового продукта головной колонны, рассчитывает состав указанных продуктов в блоке 34 по алгоритму обработки хроматограмм.

Блок 35 оптимизатора, используя преобразованную информацию от вычислительного блока 25 и блока 34 оптимизатора, производит расчет материальных балансов по каждой колонне и по общему контуру блока колонн: (q Dj + g 3W3 ) е

i=i где F . — расход сырья в головную колонну, кг. моль/ч, D; — расход дистиллята в каждой колонне, кг. моль/ч, 4 — расход кубового продукта в каждой колонне,, кг. моль/ч;

1,2,3,... n число колонн

О, если поток является

О, если j поток является

С1Щ сырьем для последующей колонны, 1, в противном случае.

Алгоритм сведения материального баланса заключается в отыскании минимальных поправок к экспериментальным значениям расходов с использова-. нием метода множителей Лагранжа.

Блок 36 оптимизатора, используя информацию и текущем составе сырья, поступающую из блока 34 оптимизатора, рассчитывает текущие значения отборов дистиллятных компонентов: к

Р; =1

Блок 31 оптимизатора, используя данные вычислительного блока 25 о текущем значении температуры сырья, блока 24 памяти о заданной величине доли отгона в головной колонне и блока 34 оптимизатора о составе сырья, производит расчет температуры подогрева сырья. Подбор температуры производится иттерационным методом.

Рассчитанные значения температуры подогрева сырья через блок 44 оптимизатора подаются в виде задания на регулятор 22.

Блок 38 оптимизатора, используя информацию вычислительного блока 25 о давлении, температуре дистиллятного и кубового продуктов, орошения, блока 24 памяти о.предельных значе-. ниях нагрузки колонны по парам и жидкости, блока 35 оптимизатора о величине материальных потоков, производит проверку гидравлической нагрузки. В том случае, если она превьппает предельное значение, блок 38 оптимизатора через блок 44 оптимизатора выдает задание регулятору 17 расхода сырья с той целью, чтобы блок колонн работал в оптимальных гидравлических условиях.

B блоке 39 оптимизатора по данным вычислительного блока 25 о расходах орошения, теплоносителя и о текущем значении температуры на "контрольной" тарелке, блока 24 памяти о заданном допустимом значении степени адекватности и данным блоков 35 и 36 оптимизатора о составе потоков и их

$ 1269 величинах соответ ственно пров еряе тся степень адекватности математических моделей для каждой колонны по формуле

Т ) 5 к.т =1 где P — число измерений температуры на "контрольной тарелке, принято равным 24 с временным интервалом 6 ч, 10 ксп.

Т к.т. °

Т„, — экспериментальное и расчетpace ное значения температуры на контрольной тарелке,"

6„- среднеквадратичная ошибка.

Для этого в оптимизаторе накапливаетэксп ся информация о 24 значениях Т,, Расч

Т „, р а сходов ор ош ения Z т еплоно сителя G сыр ья F, критиче ского отбора дистиллята Ф 20

Формула для расчета Т ", " имеет вид: и представляет собой полином второго порядка, состоящий из 16-ти слагае- 25 мых, В блоке 40 оптимизатора, производится корректировка коэффициентов модели Tky" = f(Ft Ф„, 7, G ) для каждой колонны на основании данных, накапливаемых в блоке 39 оптимизатора. При этом определяется безуслов-. ный минимум функции для каждой математической модели:

Р()= Р„,к"- 1-,""-"() -- .», к=г

1 где Z — вектор коэффициентов мате" матической модели.

В том случае, если степень адекватности математической модели не ниже заданной, то корректировка коэффициентов не производится, Рассчитанные значения коэффициентов заносятся в блок 24 памяти.

В блоке 41 оптимизатора производится оптимизация целевой функции каждого технологического канала с целью отыскания оптимальных управляющих воздействий, при этом математическая модель установки представляет собой совокупность математических моделей технологических каналов, которые определяются в соответствии со схемой выделения целевых процуктов„ промежуточные потоки между колонна" ми описываются режимными параметрами соответствующих колонн, Для опреде801 Ь ления оптимальных управляющих воздействий G, Т „и Е каждого технологического канала оптимизатор 26 минимизирует функционал и

S=- k т (СД вЂ” ZJ

Т9 (F С, Z„<,)) + а .)

1-х 4и Уья,1 1 и у „- заданные значения примесей в кубовом продукте и дистилляте, каждой колонны; — множители Лагранжа, G„. расход паров в каждой колонне, кг.моль/ч, Z — расход орошения, кг ° моль/ч

F; — расход сырья в j колон" ну °

Блок 41 производит операции вычисления, используя данные блока 24 памяти и блоков 35, 36 и 40 оптимизатора, если производится корректировка коэффициентов модели, или данные блоков 35, 36 и 39 оптимизатора, если корректировка не производилась.

В результате расчета оптимальных управляющих воздействий по температуре на "контрольной" тарелке и расходу теплоносителя блок 44 оптимизатора выдает задание регуляторам-расхода теплоносителя 21 и температуры на

"контрольной" тарелке 23 для каждой колонны, После расчета управляющих воздействий в блоке 42 оптимизатора производят проверку величин отбора дистиллят kl;c компонентоs в каждой колонне

- Ф„,!; . где D - расход дистиллята.

В том случае, если разность j ——

@р;, в работу включается блок

27 предварения, Блок предварения отрабатывает поправку расчетному значению температуры на контрольной" тарелке с целью предотвращения расmint где к; — весовые коэффициенты, T„(F,G„,Z,,) — функция, выражающая за4 висимость температуры на контрольной тарелке

1-й колонны от расходов теплоносителя, орошения и отбора дистиллятных компонентов каждой колоннш 7 1269 пространения переходного процесса в последующих колоннах. В этом случае информация от блока 27 поступает а блок 41 для пересчета оптимальных управляющих воздействий, Все рассчитанные управляющие воздействия от блоков 37 и 41 оптимизатора поступают в блок 43 оптимизатора, который переводит величины управляющих воздействий в величины пневмоимпульсов с учетом стыковки программ оптимизатора. Затем через блок 44 оптимизатора производится. вывод управляющих воздействий на регуляторы. 15

Формула изобретения

Устройство для оптимального управления блоком ректификационных колонн, щ содержащее датчики температуры сырья на "контрольных" тарелках, дистиллятов, кубовых продуктов, давления верха колонн, датчики расходов сырья, дистиллятов, орошения, теплоносите- 25 ля в кубы колонн, кубовых продуктов, регуляторы расхода орошения, регуляторы температуры на "контрольных" тарелках, датчики уровня в рефпюксных емкостях и кубах колонн, выходы которых соединены с регуляторами уровня, вычислительный блок, входы которого соединены с указанными датчиками, блоком памяти и оптимизатор ром, а выходы — с входами оптимизатора, который содержит блоки расчета материальных балансов, расчета текущих отборов дистиллятов, проверки степени адекватности математической модели перевода управляющих воздей- О ствий в пневмоимпульсы, расчета оптимальных управляющих воздействий, расчета температуры сырья в головной колонне, вывода управляющих воздействий на задания РегулятоРам, кла- 45 паны, о т л и ч а ю щ е е с я тем; что, с целью увеличения отбора и чистоты целевых продуктов за счет повьппения надежности устройства, оно дополнительно содержит регулятор 5О расхода сырья в головную колонну и блок предварения, соединенные с оптимизатором, анализаторы состава сырья, дистиллята и кубового продукта, блоки расчета состава потоков, проверки гидравлической нагрузки

801 8 головной колонны, коррекции коэффициентов математической модели, при этом анализаторы соединены с входами вычислительного блока, блок расчета состава потоков соединен своим входом с выходом вычислительного блока, а выходами — с вычислительным блоком, блоками расчета материальных балансов, расчета текущих отборов дистиллятов, расчета температуры сырья головной колонны, вход блока расчета материальных балансов. соединен с выходами вычислительного блока, а выходы — с входами блоков про верки степени адекватности математической модели, проверки гидравлической нагрузки в головной колонне, выход блока расчета текущих отборов дистиллятов соединен с входом блока проверки степени адекватности математической модели, вход блока расчета температуры сырья соединен с вычислительным блоком и блоком памяти, блок проверки гидравлической нагрузки головной колонны соединен своими входами с вычислительным блоком, бло ком памяти, расчета материальных балансов, блок проверки степени адекватности математической модели соединен входами с вычислительным блоком и блоком памяти, а выходамис входами блока коррекции коэффициентов модели, соединененного сво» им входом и выходом с блоком памяти, блок расчета оптимальных управляющих воздействий соединен входами с блоком предварения, блоком памяти, блоком коррекции коэффициентов модели, а выходом — с блоком проверки величины отбора дистиллята, выходы .которого соединены с входами блока предварения и блока перевода управляющих воздействий в пневмоимпульсы, соединенного входом с выходом блока проверки гидравлической нагрузки, а выходом — с входом блока вывода управляющих воздействий, соединенно.го выходами с регуляторами расхода сырья, температуры сырья головной колонны и регуляторами температур

"контрольных" тарелок и расходов теплоносителя всех колонн, а выходы регуляторов температуры на "контрольных" тарелках соединены с входами регуляторов орошения".

1269801

Составитель Т, Чулкова

Редактор Л.Повхан Техред H,Ãëóùeíêî Корректор С. Черни

Заказ 6062/3 Тираж 663 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород> ул, Проектная, 4