Способ автоматического управления процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4765693/26 (22) 05.12.89 (46) 15.06.92. Бюл. ¹ 22 (71) Омское специальное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Нефтехимавтоматика" (72) А,П.Зайко (53) 66.012-52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1178461, кл. В 01 D 3/42, 1985, Авторское свидетельство СССР

¹1287909,,кл. В 01 D 3/42, 1987. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПЕРВИЧНОЙ ПЕР Е РАБОТКИ Н Е ФТИ В СЛОЖНОЙ

РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЕ (57) Изобретение относится к способам автоматического управления процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне. Цель изобретеИзобретение относится к способам автоматического управления сложными ректификационными колоннами с однократным испарением сырья и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.

Цель изобретения — увеличение отбора светлых нефтепродуктов при обеспечении заданной четкости разделения.

На фиг, 1 показана схема реализации способа.

Процесс ректификации нефти 1, нагретой до парожидкостного состояния в печи 2 за счет сгорания топлива 3, осуществляется в сложной колонне 4. Продуктами разделе„„5U(„) 1740027 А1 (51)5 В 01 D 3/42, G 05 D 27/00 ния — увеличение отбора светлых нефтепродуктов.при обеспечении заданной четкости разделения. Согласно способу задают значения флегмовых чисел, предельные максимальные и минимальные значения расходов боковых погонов и флегмовых чисел в секциях колонны, сравнивают текущие значения расходов боковых погонов со значениями предельных расходов и при отклонении текущих расходов боковых погонов от предельных значений корректируюг заданные значения флегмовых чисел до тех пор, пока текущие значения расходов боксвых погонов не войдут в допустимые пределы или текущие значения флегмовых чисел не станут равными заданным предельным максимальным и минимальным значениям флегмовых чисел, после чего дискретно с заданным шагом корректируют первоначально заданные предельные значения расходов боковых погонов. 2 ил. ния являются четыре продукта: бензин 5, керосин 6, дизельное топливо 7 и мазут 8.

Пары бензина конденсируются в конденсаторе-холодильнике 9 и поступают в емкость 10. из которой подается на верх колонны острое орошение 11, Для создания флегмового потока в каждой секции колонны с боковым погоном осуществляется отвод тепла при помощи верхнего 12 и нижнего 13 циркуляционных орошений.

Требуемое качество бензина обеспечивается за счет поддержания заданной температуры паров, выходящих из колонны, при помощи регулятора 14 температуры, датчика 15 расхода острого орошения, регулятора

16 и исполнительного механизма 17.

1740027

Первый вход вычислительного устройства 18 связан с выходом датчика 19 разности температур паров, выходящих из колонны, и острого орошения 11, Выход регулятора 20 качества керосина соединен с первым входом регулятора 21 расхода, второй вход которого соединен с выходом датчика 22 расхода, также подключенного к второму входу управляющего вычислительного устройства 18, а выход регулятора 21 расхода соединен с исполнительным механизмом 23, установленным на линии вывода керосина 6. Выход регулятора 24 качества дизельного топлива соединен с первым входом регулятора 25 расхода, второй вход которого подключен к выходу датчика 26 расхода, также подключенного к третьему входу управляющего вычислительного устройства 18, а выход регулятора 25 расхода соединен с исполнительным механизмом

27, установленным на линии вывода дизельного топлива 7. Выходы датчиков 28 и 29 расхода циркуляционных орошений соединены с первыми входами регуляторов 30 и

31 и с четвертым и пятым входами управляющего вычислительного устройства 18. Выходы регуляторов 30 и 31 расхода соединены с исполнительными механизмами 32 и 33, установленными на линиях подачи верхнего

12 и нижнего 13 циркуляционных орошений. Выходы датчиков 34 и 35 разности температур, установленных на линиях верхнего и нижнего циркуляционных орошений, соединены с шестым и седьмым входами управл я ю щего вы числ ител ьно го устройства 18.

Выход датчика 36 расхода нефти соединен с восьмым входом управляющего вычислител ьного устройства 18 и входом регулятора

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 регулятора 40, Выход регулятора 40 подключен к исполнительному механизму

41, установленному на линии подачи топлива 3, Выход датчика 42 расхода бензина подключен к девятому входу управляющего вычислительного устройства 18, десятый вход которого подключен к выходу датчика

15 расхода острого орошения. Выходы управляющего вычислительного устройства

18 подключены к вторым входам регуляторов 30 и 31 расхода верхнего 12 и нижнего

13 циркуляционных орошений, а третий выход — к второму входу регулятора 40 температуры нефти из печи.

Для расчета величины внутреннего орошения колонны, создаваемого острым орошением, используются в управляющем вычислительном устройстве 18 сигналы, поорошения.

15

25

30 печи 2 осуществляют при помощи датчика 39 температуры, регулятора 40 температуры

55 ступающие от датчика 15 расхода острого орошения и датчика 19 разности температур паров, выходящих из колонны, и острого

Качество керосина регулируют при помощи регулятора 20 качества, регулятора 21 расхода, датчика 22 расхода и исполнительного механизма 23. Качество дизельного топлива регулируют при помощи регулятора

24 качества, регулятора 25 расхода, датчика

26 и исполнительного механизма 27. От датчиков 22 и 26 расхода боковых погонов выходной сигнал поступает также на вход управляющего вычислительного устройства

18, Расход верхнего 12 и нижнего 13 циркуляционных орошений регулируют при помощи датчиков 28 и 29 расхода, регуляторов 30 и 31 и исполнительных механизмов 32 и 33, Выходные сигналы от датчиков 28 и 29 расхода поступают также на вход управляющего вычислительного устройства 18. Датчики

34 и 35 измеряют разность температур верхнего и нижнего циркуляционных орошений на выходе и входе в колонну, и от них сигнал поступает в управляющее вычислительное устройство 18, Расход нефти в колонну регулируют при помощи датчика 36 расхода нефти, регулятора 37 и исполнительного механизма 38, Регулирование температуры в и исполнительного механизма 41. Расход бензина измеряют датчиком 42. Управляющее вычислительное устройство 18 вырабатывает три управляющих сигнала. Первый сигнал У> поступает на вход задания регулятора 30 расхода верхнего циркуляцион ного орошения, второй сигнал Yz — на вход задания регулятора 31 нижнего циркуляционного орошения, а третий сигнал Уз — на вход задания регулятора 40 температуры нагрева нефти.

При реализации способа автоматического управления могут быть использованы серийные средства контроля и автоматизации. В качестве датчиков 15, 22, 26, 28, 29, 36 и 42 расхода могут быть применены дифманометры "Сапфир 22" в комплекте с диафрагмами ДК-40, в качестве регуляторов 16, 21, 25, 30, 31, 37 и 40 — станции управления

СУРА-2 в комплекте с регуляторами РБАМ и электроп невматическими и реобразователями 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 регулятора 14 температуры — станция управления СУРА-2 в комплекте с термопарой ТХК-0806 и регулятором РБАМ, в качестве регуляторов 20 и 24 качества

1740027

12.

G (z + uzi)+ — "— +-"- — †. — д

С ) 6»,»С аЬд G»î<.zzAzz ао

G» где а»б — доля избыточного однократного испарения,%;

G1 — расход внутреннего орошения колонны за счет подачи острого орошения, т/ч; Gz — расход внутреннего орошения колонны за счет подачи верхнего циркуляционного орошения, т/ч; бз — расход внутреннего орошения колонны за счет подачи нижнего циркуляционного орошения, т/ч;

55 автоматические плотномеры АИП или анализаторы конца кипения нефтепродуктов

АПТВ-1 в комплекте со станцией управления СУРА-2 и регуляторами РБАМ, в качест( ве исполнительных механизмов 17, 23, 27, 32, 33,38 и 41 — регулирующие клапаны

25с48нж. Функции управляющего вычислительного устройства 18 реализуются при помощи средств вычислительной техники, на и ример УВ К СМ 1814.

Сущность способа автоматического управления процессом первичной переработки нефти заключается в следующем.

Для обеспечения 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 условиях переменного состава и расхода нефти состав жидкости на тарелках с вводом боковых погонов может отличаться от требуемого. Смещение составов жидкости по высоте колонны может осуществляться за счет изменения расхода бокового погона, флегмового числа в колонне (отношение расхода жидкости к расходу парового потока) или доли отгона нефти.

Для исключения влияния доли отгона нефти на смещение составов по высоте колонны по предлагаемому способу управления использована схема регулирования доли избытка однократного испарения, в которой температура нагрева нефти на выходе из печи корректируется в зависимости от отклонения от заданной величины доли избыточного однократного испарения нефти, которая равна отношению расхода жидкости, стекающей с нижней тарелки сепарационной части колонны, к расходу питания колонны. Значение этой величины определяется из условий теплового и материального балансов сепарационной части колонны при помощи управляющего вычислительного устройства 18 по уравнению

Я»Gz+Gz . G» С» а».» = — - — — — — —" — —" z0a =

G»

GK — расход керосина, т/ч (измеряется датчиком 22 расхода; бдт — расход дизельного топлива, т/ч (измеряется датчиком 26 расхода);

Он — расход нефти, т/ч (измеряется датчиком 36 расхода);

Goo, 6вцо, бнцо расход соответственно острого, верхнего и нижнего циркуляционных орошений, т/ч (измеряется датчиками

15, 28 и 29 расхода);

Ср1, Ср2, Cp3 — теплоемкость соответственно бензина, керосина и дизельного топлива, ккал/(т х град,); г1 — гз — скрытая теплота парообразования соответственно бензина, керосина и дизельного топлива, ккал/т;

At1 — разность температур паров на выходе из колонны и острого орошения, град;

Atz, At разность температур соответственно верхнего и нижнего циркуляционных орошений на выходе и входе в колонну, град.

Доля избыточного однократного испарения нефти виза, выбирается в пределах

3-5%, Регулирование осуществляется путем выдачи управляющего корректирующего сигнала У>, отрабатываемого в управляющем вычислительном устройстве 18 в зависимости от отклонения рассчитанной по уравнению (1) величины а»б, от заданно:= значения доли избыточного однократного испарения asaa., в регулятор 40 температуры нагрева нефти, Регулирование доли избыточного однократного испарения позволяет, помимо снижения расхода энергоресурсов, обеспечить постоянный состав паров, входящих в сепарационную секцию колонны, при этом количество паров в колонне равно при избытке 3-5% количеству дистиллятов заданного качества. Постоянный состав паров в верхней части колонны обеспечивается при помощи схемы регулирования расхода острого орошения колонны с коррекцией по температуре паров бензина (схема включает регулятор 14 температуры, датчик 15 расхода, регулятор 16 расхода и исполнительный механизм 17).

При фиксированных составах на верхней и нижней тарелках сепарационной части колонны необходимо учесть влияние на профиль составов по высоте колонны отбора боковых погонов и значения флегмового

L числа — (отношение расхода внутреннего I/ орошения секции колонны к расходу паров).

Рассмотрим взаимосвязь влияния этих двух факторов на показатели качества одного из боковых погонов, например на температуру выкипания этой фракции.

1740027

7»; 1

\ (35

На фиг. 2 показано распределение по высоте секции составов жидкой фазы, характеризуемых средней температурой выкипания, для двух режимов работы секции колонны с выводом бокового погона при постоянном составе флегмы, поступающей в эту секцию. В режиме 1 работы на тарелке с выводом бокового погона средняя температура выкипания равна t1. Однако требуется получать боковой погон с температурой выкипания tz. Такой состав жидкости находится на нижележащей тарелке М 9. Для обеспечения максимального отбора бокового погона требуемого качества необходимо сместить составы жидкости в секции колонны снизу вверх с тарелки N 9 на тарелку N

7 с выводом бокового погона, Это смещение, составов можно выполнить за счет увеличения расхода бокового погона или за счет уменьшения флегмового числа в секции.

Влияние относительного изменения флегмового числа более значительно, чем изменение расхода бокового погона. Значимость влияния изменения флегмового числа по отношению к изменению расхода бокового погона обратно пропорциональна отношению отрезка аЬ к отрезку cd на графике фиг.

2.

Регулировать смещение составов по Bblсоте колонны при помощи изменения расхода бокового погона можно только в узком диапазоне. Нельзя, 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 изменения его расхода можно только в определенном узком диапазоне, а при достижении предельных (максимального или минимального) значений расхода бокового погона должна производиться коррекция более влиятельного параметра — флегмового числа в секции.

Исходя из указанного производят коррекцию флегмового числа в зависимости от новыхдополнительных параметров — предельных минимальных и максимальных расходов бокового погона, Значение предельного максимального расхода выбирается близким к потенциальному содержанию фракции бокового погона в перерабатываемой нефти в данный период воемени. Минимальный предельный отбор выбирается на 3-5 меньше максимального, Рассмотрим работу схемы регулирования качества бокового погона на примере нижнего бокового погона с выводом дизельного топлива, Схема регулирования расхода бокового погона включает в себя датчик 26 расхода дизельного топлива, регулятор 25 и регулятор 24 качества, например регулятор температуры конца кипения дизельного топлива.

При изменении состава бокового погона, например при уменьшении температуры конца кипения, регулятор 24 качества увеличивает задание в регулятор 25, который, в свою очередь, уменьшает выходной сигнал на исполнительный механизм 27 для увеличения степени его открытия. Но при этом отбор дизельного топлива может достигнуть своего предельного максимального значения, а требуемое качество дизельного топлива не будет достигнуто, Это означает то, что необходимый состав жидкости находится на нижележащей тарелке и для смещения составов вверх по высоте колонны требуется более эффективное воздействие, чем изменение расхода бокового погона. В этом случае необходимо уменьшить флегмовое число в рассматриваемой секции колонны.

Флегмовое число для данной секции (в сечении ниже тарелки с выводом бокового погона) рассчитывается по уравнению, выведенному исходя из материального и теплового балансов сепарационной части колонны, в управляющем вычислительном устройстве 18 .

G (1+ Ж)+ + G» G»

С»1 СвсоС 2ht2 G »С д »з

»»;: »Г:,об .

0» + Goo (1 + — Ж1) +

l! f2 ГЗ где Ge — расход бензина, т/ч.

Управляющее вычислительное устройство 18, в которое поступают сигналы от датчика 15 расхода острого орошения, датчика 19 разности температур острого орошения, датчика 28 расхода верхнего циркуля цион ного орошения, датчика 34 разности температур верхнего циркуляционного орошения, датчика 29 расхода

45 циркуляционного орошения, датчика 35 разности температур нижнего циркуляционного орошения и датчиков 42, 22 и 26 расхода бензина, керосина и дизельного топлива, рассчитывает согласно уравнению (2) теку50 щее значение флегмового числа ()д, в секL ции, сравнивает его с заданным значением флегмового числа (фдт" и вырабатывает зад . 5 в зависимости от величины рассогласования этих двух величин управляющий корректирующий сигнал У в регулятор 31 расхода нижнего циркуляционного орошения. Регулятор 31 своим выходным сигналом воздей1740027

10 ствует на исполнительный механизм 33 до тех поР, пока ()дт не бУДет Равно (1 )дт

L зад.

Коррекция заданного значения флегмового числа ()дт осуществляется при доЗад. 5 стижении расходом дизельного топлива предельного максимального значения, т.е. при бдт 6дт пред.макс. 10 дискретно путем уменьшения заданного флегмового числа ()дт"" на 1-3 при каждом цикле корректировки. 15

При абдт (дт)пред.мин.

6н бн выполняется корректировка заданного

1- зад 20 флегмового числа ()дт в сторону его увеличения. После уменьшения значения флегмового числа происходит более значительное изменение состава на тарелке с выводом дизельного топлива, чем от 25 изменения расхода бокового погона. Это обуславливает вхождение текущего значения расхода бокового погона в диапазон между максимальным и минимальным предельными значениями расхода дизельного 30 топлива, что обеспечивает требуемый его отбор. Аналогично выполняется регулирование качества и отбора керосина, за исключением того, что управляющее вычислительное устройство 18 рассчитыва- 35 ет флегмовое число по другому уравнению

Cp1 1 6вцо Ср2 2.222 г2

4 6 + (1+ Ср1 )+ ацо р2 2 б оо r 1 r2 f:140

l

Способ автоматичес ого управления предусматривает также адаптацию значений предельных расходов бокового отбора при значительных изк,енениях состава нефти. B качестве дополнительного параметра, определяющего значительное изменение состава нефти, используются предельные максимальное и минимальное значения флегмового числа в секции. Диапазон возможного изменения значений флегмовых чисел между максимальным и минимальным предельными значениями выбирается таким чтобы обеспечить требуемое смещение составов по высоте колонны и создать условия для четкого фракционирования боково- 55

ro погона. Если отбор бокового погона достиг своего предельного максимального значения

Сдт 6дт)пред.макс. 2Н и и одновременно значение флегмового числа в данной секции колонны равно или меньше своего предельного минимального значения ,< (-)птпед.мин то это означает, что в нефти значительно увеличилось содержание фракции дизельного топлива, и выдается команда на коррекцию предыдущих значений предельных расходов дизельного топлива. При этом одновременно увеличиваются на 3-5 значения и минимального, и максимального предельных расходов дизельного топлива, 8 случае понижения содержания светлых компонентов в нефти способ осуществляется аналогично с уменьшением предельных значений расходов дизельного топлива при AT Ядт 2пред.мин.

> (1)п"р е"д.макс

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

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне путем регулирования расходов острого и циркуляционного орошений, подачи нефти в колонну, расходов боковых погонов в зависимости от показателей их качества, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения отбора светлых нефтепродуктов при обеспечении заданной четкости разделения, задают значения флегмовых чисел, предельные максимальные и минимальные значения расходов боковых погонов и флегмовых чисел в секциях колонны, сравнивают текущие значения расходов боковых погонов со значениями предельных расходов и при отклонении текущих расходов боковых погонов от предельных значений корректируют заданные значения флегмовых чисел до тех пор, пока текущие значения расходов боковых погонов не войдут в допустимые пределы или текущие значения флегмовых чисел не станут равными заданным предельным максимальным и минимальным значениям флегмовых чисел, после чего дискретно с заданным шагом корректируют первоначально заданные предельные значения расходов боковых погонов.

1740027

1740027 но арепкцх

Составитель А.Зайко

Техред М.Моргентал

Корректор Т,Палий

Редактор А,Огар

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2031 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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