Способ управления качеством продуктов разделения нефтяных смесей методом ректификации

 

Использование: изобретение относится к области нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к способам автоматического регулирования показателей качества боковых погонов ректификационной колонны, например вязкости и температуры вспышки, и может быть использовано при разделении нефти и мазута в атмосферной и вакуумной колоннах установки первичной перегонки нефти. Сущность изобретения: регулируют показатели качества продуктов путем вычисления по технологическим параметрам определяющих показателей продуктов и вычисляют показатели качества этих продуктов по вычисленным значениям определяющих показателей продуктов, регулируют расход потоков, температуру, уровень и давление в аппаратах, регулирование определяющих показателей продуктов осуществляют с коррекцией по вычисленным показателям качества этих продуктов. 1 ил.

Изобретение относится к способам автоматического регулирования показателей качества боковых погонов ректификационной колонны (РК), например вязкости и температуры вспышки, и может быть использовано в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности при разделении нефти и мазута в атмосферной и вакуумной колоннах установки первичной перегонки нефти (АВТ).

Известен способ управления качеством товарных продуктов путем вычисления пределов отбора фракций по их граничным температурам выкипания, определяемым по косвенным параметрам [1] Однако известный способ не обеспечивает полного отбора продуктов перегонки заданного качества.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ управления процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне [2] по которому задание на качество нефтепродуктов, значения технологических параметров поступают в вычислительное устройство для задания возможных отборов продуктов перегонки и определения необходимых при этом значений регулируемых параметров по математической модели процесса управления, в основу которой положена система линейных уравнений, сформированной из функциональных зависимостей по расчету определяющих показателей продуктов (например для керосина определяющим показателем выбрана температура вспышки (t_всп) и температура выкипания 90%-ной точки). По сформированной модели процесса определяют расчетные значения показателей качества. Показатели качества получаемых нефтепродуктов регулируют путем установки необходимых значений температуры сырья на входе в колонну, расхода орошения и расходов перегретого водяного пара, определяемых вычислительным блоком.

Известный способ также не обеспечивает полного отбора продуктов перегонки заданного качества. Это связано с некорректностью задачи формирования определяющих показателей (характерных точек истинных температур кипения ИТК) по совокупности показателей качества из-за: 1) отсутствия в общем случае решения задачи одновременного поддержания заданных значений отдельных показателей качества в силу их возможной противоречивости; ограничений, вызванных характеристиками, в частности (ИТК), сырья и техническими характеристиками оборудования.

Кроме того, (формализованная численная) оценка качества продукта по совокупности показателей качества, как правило, не производится. Эти обстоятельства вызывают основные трудности при автоматическом управлении качеством продуктов.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения выхода продуктовых потоков заданного качества, отбираемых в виде боковых погонов, за счет повышения точности и оперативности регулирования.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе управления качеством продуктов разделения нефтяных смесей методом ректификации, включающем регулирование показателей качества продуктов путем вычисления по технологическим параметрам определяющих показателей продуктов и вычисление показателей качества этих продуктов по вычисленным значениям определяющих показателей продуктов, регулирование расхода потоков и температуры в аппаратах, согласно изобретению регулируют уровень и давление в аппаратах, регулирование определяющих показателей продуктов осуществляют с коррекцией по вычисленным показателям качества этих продуктов. В качестве определяющих показателей используют характерные точки истинных температур кипения продуктов. При заданной кривой (ИТК) продуктов однозначно может быть определено множество показателей качества продуктов (погонов), например, температуры вспышки и застывания, вязкость. Обратная задача, а именно формирование ИТК продукта по заданным показателям качества, в общем случае является некорректной. Формирование контуров обратной связи по качеству продуктов приводит в конечном итоге к поставленной в изобретении задаче.

На чертеже приведена принципиальная схема реализации способа.

Способ управления осуществляют следующим образом. Сигналы о расходах питания в ректификационной колонне (РК) и водяного пара в куб колонны от датчиков 1 и 2, датчика давления 3 в колонне, датчиков температур верха 4, питания 5, низа 6 и на тарелках отбора боковых погонов 7-9, датчиков отбора боковых 10-12 и головного 13 погонов поступают в вычислительное устройство 14, где расчетным путем определяют значения характерных точек ИТК, то есть температур выкипания 1% 5% 10% 50% 90% 95% и 99% отгона продуктов, отводимых сверху, снизу и трех боковых погонов колонны.

На основе рассчитанных значений характерных точек ИТК в вычислительном устройстве 14 формируют сигналы, которые поступают на регуляторы расхода подачи пара в куб колонны 15, давления верха колонны 16, отбора головного 17 и боковых 18- 20 погонов. На эти же регуляторы 15-20 подают в качестве корректирующих сигналы, сформированные в вычислительном устройстве 21, входами которого являются рассчитанные значения характерных точек ИТК потоков. В вычислительном устройстве 21 формируют значения регламентируемых показателей качества, которые подают на корректирующие регуляторы 22-27. На этих же регуляторах 22-27 устанавливают заданные значения регламентируемых показателей качества продуктов. Выходы регуляторов 22-27 в качестве заданий поступают на регуляторы 15-20 соответственно. Командные сигналы c выхода регуляторов 15-20 поступают на исполнительные механизмы, установленные на линиях подачи водяного пара в куб колонны 28, отвода паровой фазы головного погона 29, подачи флегмы 30 и отборов боковых погонов 31-33 соответственно. Расход питания стабилизируют с помощью регулятора 34, выход которого подают на исполнительный механизм 35, установленный на линии подачи питания. Стабилизацию уровня в флегмовой емкости и кубе колонны осуществляют с помощью регуляторов уровня 36 и 38 соответственно. Командные сигналы с регуляторов уровня 36 и 38 поступают на исполнительные механизмы 37 и 39, установленные на линиях отбора головного погона и кубового остатка соответственно.

Пример реализации предлагаемого способа для вакуумной колонны установки АВТ масляного назначения.

Вычисление характерных точек ИТК проводят для головного погона (индекс i 1), трех боковых погонов (индексы i 2,3,4) и кубового остатка (индекс i 5). Модели расчета температур t^k_i(°C) характерных точек ИТК К 10% и К 90% отгона продуктов имеют вид: t¹₁⁰=1150,5(D₁/G)-0,12(P-P_o)+243,9; t⁹₁⁰=1,031t₂+0,13t₃-0,12(P-P_o)+66,2; t¹₂⁰=282,2(D₁+D₂)/G-0,13(P-P_o)+321,8; t⁹₂⁰=0,021t₂+1,037t₃-0,13(P-P_o)+105,6; t¹₃⁰=1,09t⁹₂⁰-94,66; t⁹₃⁰=0,485t₃+0,505t₄-0,14(P-P_o)+147,7; t¹₄⁰=0,338t₃-1,998W-0,145(P-P_o)+348; t⁹₄⁰=0,44t₃-1,337W-0,145(P-P_o)+387,39; t¹₅⁰=1,087t⁹₄⁰-76,184;
D₁=(1,11-0,0397t₁+0,000342t²₁)×F/100;
G G_F + G_отг;
G_F (-1,85 + -0,158 Z_F + 0,0065 t_F 0,00165 Р) х F;
G_отг (-0,8360 + 0,1767·Z_низ + 0,0026 t_F 0,00005 х p) х W;

D_i (i 1,4) отборы погонов в условных единицах (мас. на количество нефти, поступающей на установку АВТ).

t_i (i 1,5) температура верха колонны, на тарелках отбора боковых погонов и низа колонны ^oC;
Р, Р < _o текущее и номинальное (расчетное) значение остаточного давления верха колонны, мм рт.ст.

t_F температура питания колонны, ^oC;
Z_F, Z_низ расход водяного пара в питание и куб колонны в условных единицах;
F расход питания в условных единицах.

Модели для расчета показателей качества погонов, а именно, вязкости ν_i (в cантистоксах) и температуры вспышки t^в_i^сп(°C) (^oC) имеют вид:

t^в₂^сп= -40+0,65t¹₂⁰;

t^в₃^сп= -35+0,66t¹₃⁰;

t^в₄^сп= -30+0,665t¹₄⁰
t^в₅^сп= -28+0,67t¹₅⁰
Выбор вида и значений регламентируемых показателей осуществляют по показателям качества соответствующих погонов и режимным параметрам с учетом их приоритетов и ограничений по технологическому регламенту. В данном случае это сделано экспертным путем. Модели для расчета регламентируемых параметров качества имеют вид:

ζ₂=P_зд;
ζ₃=t_1/

β₁=0,2÷0,3

β₂=0,4÷0,6

β₃=0,2÷0,3
Индексы "зд" и "мах" обозначают заданное и максимальное значения соответствующих параметров.

Найденные зависимости для определения характерных точек ИТК погонов t^k_i, вязкости ν_i, температуры вспышки t^в_i^сп и регламентируемых параметров качества продуктов ζ_i позволяют реализовать предлагаемый способ управления качеством продуктов на базе регулирующего микроконтроллера Р-100 в соответствии с приведенной принципиальной схемой в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности при разделении нефти и мазута в атмосферной и вакуумной колоннах.

Использование предлагаемого изобретения позволит решить задачу непрерывного автоматического управления ректификационными колоннами с боковыми погонами по совокупности показателей качества продуктовых потоков. При этом обеспечивается:
1) повышение точности регулирования показателей качества;
2) повышение оперативности (уменьшение времени регулирования) процессов управления;
3) возможность прямого воздействия на технологические параметры через заданные значения показателей качества.

Источники информации:
1. Нефть, газ и нефтехимия за рубежом, 1988, N 4, с. 131-134.

2. А.с. СССР N 1178461, кл. В 01 D 3/42, 1985 г. (прототип)

Формула изобретения

Способ управления качеством продуктов разделения нефтяных смесей методом ректификации, включающий регулирование показателей качества продуктов путем вычисления по технологическим параметрам определяющих показателей продуктов и вычисление показателей качества этих продуктов по вычисленным значениям определяющих показателей продуктов, регулирование расхода потоков и температуры в аппаратах, отличающийся тем, что регулируют уровень и давление в аппаратах, регулирование определяющих показателей продуктов осуществляют с коррекцией по вычисленным показателям качества этих продуктов.

РИСУНКИ

Рисунок 1