Способ автоматического управления процессом первичной переработки нефти

 

Способ автоматического управления процессом первичной переработки нефти может быть использован в нефтеперерабатывающей промышленности. Для каждого из отбираемых в процессе первичной переработки нефти светлых продуктов байпасируют часть потока, нагревают до перевода в область, близкую идеальному газу, затем байпасный поток охлаждают. Несконденсировавшуюся паровую фазу вновь нагревают до перевода ее в область, близкую идеальному газу. По измеренным температурам, давлениям, перепадам давлений на сужающих устройствах и массовым расходам байпасного потока и его паровой фазы вычисляют их молекулярные веса. По вычисленным параметрам определяют текущие значения целевых температур кипения отбираемых фракций, сравнивают их с заданными и изменяют расходы острых и циркуляционных орошений ректификационных колонн в сторону выравнивания текущих и заданных значений целевых температур кипения отбираемых фракций. Одновременно вычисляют текущие значения отборов светлых фракций, корректируют уравнения связи отборов светлых фракций с технологическими параметрами процесса, используют скорректированные уравнения связи для нахождения потенциального содержания светлых фракций в исходной нефти при установленных ограничениях на отборы и показатели качества фракций. В зависимости от потенциального содержания светлых фракций корректируют расходы продуктов, отбираемых в ректификационных колоннах. Данный способ позволяет повысить точность регулирования целевых температур кипения отбираемых фракций и увеличить отбор светлых фракций от потенциала. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом первичной переработки нефти и может быть использовано в нефтеперерабатывающей отрасли промышленности.

Уровень техники заключается в следующем.

Известен способ измерения расхода кипящих жидкостей, включающий измерение перепадов давлений на двух сужающих устройствах и определение расхода по измеренным значениям перепадов с использованием полученной величины перепадов давлений в качестве корректирующего коэффициента для измеренного значения расхода (авт.св. СССР N 1118859 A, опублик. БИ N38 15.10.84).

В известном способе не обеспечивается автоматическое определение качества нефтепродукта, что приводит к большой дисперсии показателей качества продукта и неполному отбору от потенциала.

Известен способ управления процессом переработки нефти, включающий регулирование расходов острого и циркуляционных орошений атмосферной колонны, отборов целевых продуктов, измерение расхода нефти в колонну отбензинивания, температур вывода циркуляционных орошений, температур верха в отпарных колоннах, температуры верха, давления и расхода верхнего погона в колонне отбензинивания, в котором по измеренным параметрам вычисляют величину отбора суммы светлых фракций, адаптируют модель процесса и определяют потенциальное содержание их в нефти, находят величину отбора суммы светлых фракций от потенциального содержания и в зависимости от нее изменяют отборы целевых продуктов (авт.св. СССР N 1600828 A1, опублик. БИ N39 23.10.90).

Недостатком известного способа является низкая точность определения отборов и показателей качества светлых фракций, которая не позволяет получить корректную оценку потенциального содержания суммы светлых фракций в нефти и обеспечить величину их отбора от потенциала на максимальном уровне.

Также известен способ управления процессом первичной переработки нефти, выбранный в качестве прототипа и включающий измерение расходов острого орошения и отбираемой бензиновой фракции, давления и температуры в верхней секции, температуры в нижней секции колонны отбензинивания, расходов острого и циркуляционных орошений, расходов отбираемых фракций, давлений и температур в секциях атмосферной колонны, температур в секциях отпарной колонны, изменение расходов острого орошения и горячей струи в колонне отбензинивания, расходов отбираемых фракций и расходов острого и циркуляционных орошений атмосферной колонны (Шувалов В.В., Огаджанов Г.А., Голубятников В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. - М.: Химия, 1991, с. 438-442).

Недостаток известного способа заключается в низкой точности регулирования показателей качества отбираемых фракций из-за наличия в системе управления процессом первичной переработки нефти неконтролируемых возмущающих воздействий, в том числе по линии подачи сырья, которые не могут быть своевременно идентифицированы по данным дискретного низкочастотного анализа этих показателей. Большая дисперсия показателей качества продуктов фракционирования не позволяет повысить отбор светлых фракций.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Изобретение направлено на решение задачи повышения отбора светлых фракций в процессе первичной переработки нефти. Решение задачи опосредовано новым техническим результатом, который заключается в повышении точности регулирования заданных значений показателей качества отбираемых фракций. Данный технический результат достигается тем, что при управлении процессом первичной переработки нефти, включающим измерение расходов сырья, острого орошения и отбираемой бензиновой фракции, давления и температуры в верхней секции, температуры в нижней секции колонны отбензинивания, расходов острого и циркуляционных орошений, расходов отбираемых фракций, давлений и температур в секциях атмосферной колонны, температур в секциях отпарной колонны, изменение расходов острого орошения и горячей струи в колонне отбензинивания, расходов отбираемых фракций и расходов острого и циркуляционных орошений атмосферной колонны, дополнительно для каждого из потоков: парогазовой смеси из верхней секции колонны отбензинивания, паров из верхней секции, жидкофазных потоков лигроина и дизельного топлива из нижерасположенных секций атмосферной колонны байпасируют часть потока, байпасный поток нагревают до перевода его в область, близкую к идеальному газу, измеряют температуру, первичное давление, перепад давлений на сужающем устройстве по линии байпасного потока, после чего байпасный поток охлаждают до заданной температуры и разделяют на паровую фазу и конденсат, измеряют массовый расход конденсата, нагревают паровую фазу до перевода ее в область, близкую к идеальному газу, измеряют массовый расход, температуру, первичное давление, перепад давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы, по измеренным параметрам вычисляют молекулярные веса байпасного потока и его паровой фазы, по вычисленным параметрам определяют текущие значения начальных и конечных температур кипения отбираемых фракций, сравнивают их с заданными и изменяют расход острого орошения колонны отбензинивания в сторону выравнивания текущего и заданного значений конечной температуры кипения легкой бензиновой фракции, расход острого орошения атмосферной колонны в сторону выравнивания текущего и заданного значений конечной температуры кипения тяжелой бензиновой фракции, расходы отбираемого лигроина и первого циркуляционного орошения атмосферной колонны в сторону выравнивания текущих и заданных значений начальной и конечной температур кипения лигроина, расходы отбираемого дизельного топлива и второго циркуляционного орошения атмосферной колонны в сторону выравнивания текущих и заданных значений начальной и конечной температур кипения дизельного топлива, вычисляют текущие значения отборов светлых фракций, корректируют уравнения связи отборов светлых фракций с технологическими параметрами процесса, используют скорректированные уравнения связи для нахождения потенциального содержания светлых фракций в исходной нефти при установленных ограничениях на отборы и показатели качества фракций, в зависимости от потенциального содержания светлых фракций корректируют расходы отбираемых в колонне отбензинивания и атмосферной колонне фракций в сторону максимального отбора светлых фракций от потенциала. При этом увеличение отбора светлых фракций происходит как за счет уменьшения степени налегания смежных фракций вследствие увеличения быстродействия системы управления и повышения точности регулирования показателей качества отбираемых фракций, так и за счет изменения расходов отбираемых фракций в зависимости от потенциального содержания светлых фракций в исходной нефти.

Существенные признаки: измерение расходов сырья, острого орошения и отбираемой бензиновой фракции, давления и температуры в верхней секции, температуры в нижней секции колонны отбензинивания, расходов острого и циркуляционных орошений, расходов отбираемых фракций, давлений и температур в секциях атмосферной колонны, температур в секциях отпарной колонны, изменение расходов острого орошения и горячей струи в колонне отбензинивания, расходов отбираемых фракций и расходов острого и циркуляционных орошений атмосферной колонны.

Отличительные признаки: дополнительно для каждого из потоков: парогазовой смеси из верхней секции колонны отбензинивания, паров из верхней секции, жидкофазных потоков лигроина и дизельного топлива из нижерасположенных секций атмосферной колонны байпасируют часть потока, байпасный поток нагревают до перевода его в область, близкую к идеальному газу, измеряют температуру, первичное давление, перепад давлений на сужающем устройстве по линии байпасного потока, после чего байпасный поток охлаждают до заданной температуры и разделяют на паровую фазу и конденсат, измеряют массовый расход конденсата, нагревают паровую фазу до перевода ее в область, близкую к идеальному газу, измеряют массовый расход, температуру, первичное давление, перепад давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы, по измеренным параметрам вычисляют молекулярные веса байпасного потока и его паровой фазы, по вычисленным параметрам определяют текущие значения начальных и конечных температур кипения отбираемых фракций, сравнивают их с заданными и изменяют расход острого орошения колонны отбензинивания в сторону выравнивания текущего и заданного значений конечной температуры кипения легкой бензиновой фракции, расход острого орошения атмосферной колонны в сторону выравнивания текущего и заданного значений конечной температуры кипения тяжелой бензиновой фракции, расходы отбираемого лигроина и первого циркуляционного орошения атмосферной колоны в сторону выравнивания текущих и заданных значений начальной и конечной температур кипения лигроина, расходы отбираемого дизельного топлива и второго циркуляционного орошения атмосферной колонны в сторону выравнивания текущих и заданных значений начальной и конечной температур кипения дизельного топлива, вычисляют текущие значения отборов светлых фракций, корректируют уравнения связи отборов светлых фракций с технологическими параметрами процесса, используют скорректированные уравнения связи для нахождения потенциального содержания светлых фракций в исходной нефти при установленных ограничениях на отборы и показатели качества фракций, в зависимости от потенциального содержания светлых фракций корректируют расходы отбираемых в колонне отбензинивания и атмосферной колонне фракций в сторону максимального отбора светлых фракций от потенциала.

На чертеже приведена принципиальная схема реализации предлагаемого способа автоматического управления процессом первичной переработки нефти.

Схема содержит колонну отбензинивания 1, датчик 2 расхода сырья, трубчатую печь 3, атмосферную колонну 4, датчик 5 температуры в нижней секции колонны 1, регулятор 6 температуры в нижней секции колонны 1, регулирующий орган 7 на линии горячей струи в колонну 1, конденсатор-холодильник 8, емкость 9, датчик 10 расхода острого орошения в колонну 1, датчик 11 расхода отбираемого легкого бензина, датчик 12 давления в верхней секции колонны 1, датчик 13 температуры в верхней секции колонны 1, побудитель расхода 14, нагреватель 15 байпасного потока парогазовой смеси с верха колонны 1, датчик 16 температуры байпасного потока, датчик 17 первичного давления байпасного потока, датчик 18 перепада давлений на сужающем устройстве по линии байпасного потока, холодильник 19 байпасного потока, датчик 20 массового расхода конденсата, нагреватель 21 паровой фазы байпасного потока, датчик 22 температуры паровой фазы, датчик 23 первичного давления паровой фазы, датчик 24 перепада давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы, датчик 25 массового расхода паровой фазы, функциональный блок 26, регулятор 27 отбора и качества легкой бензиновой фракции, регулирующий орган 28 на линии острого орошения в колонну 1, конденсатор-холодильник 29, емкость 30, датчик 31 расхода острого орошения атмосферной колонны 4, датчик 32 расхода отбираемого тяжелого бензина, датчик 33 давления в верхней секции колонны 4, датчик 34 температуры в верхней секции колонны 4, побудитель расхода 35, нагреватель 36 байпасного потока паров с верха колонны 4, датчик 37 температуры байпасного потока, датчик 38 первичного давления байпасного потока, датчик 39 перепада давлений на сужающем устройстве по линии байпасного потока, холодильник 40, датчик 41 массового расхода конденсата, нагреватель 42 паровой фазы байпасного потока, датчик 43 температуры паровой фазы, датчик 44 первичного давления паровой фазы, датчик 45 перепада давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы, холодильник 46, датчик 47 массового расхода сконденсированной паровой фазы, регулятор 48 отбора и качества тяжелой бензиновой фракции, регулирующий орган 49 на линии острого орошения в колонну 4, стриппинг 50 - отпарную колонну лигроина, теплообменник 51, датчик 52 расхода отбираемого лигроина, датчик 53 давления на тарелке отбора лигроина, датчик 54 температуры на тарелке отбора лигроина, побудитель расхода 55, нагреватель 56 байпасного потока отбираемого лигроина, датчик 57 температуры байпасного потока, датчик 58 первичного давления байпасного потока, датчик 59 перепада давлений на сужающем устройстве по линии байпасного потока, холодильник 60, датчик 61 массового расхода конденсата, нагреватель 62 паровой фазы байпасного потока, датчик 63 температуры паровой фазы, датчик 64 первичного давления паровой фазы, датчик 65 перепада давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы, холодильник 66, датчик 67 массового расхода сконденсированной паровой фазы, регулятор 68 отбора и качества отбираемого лигроина, регулирующий орган 69 на линии отбираемого из атмосферной колонны лигроина, регулирующий орган 70 на линии первого циркуляционного орошения атмосферной колонны, стриппинг 71 - отпарную колонну дизельного топлива, теплообменник 72, датчик 73 расхода отбираемого дизельного топлива, датчик 74 давления на тарелке отбора дизельного топлива, датчик 75 температуры на тарелке отбора дизельного топлива, побудитель расхода 76, нагреватель 77 байпасного потока отбираемого дизельного топлива, датчик 78 температуры байпасного потока, датчик 79 первичного давления байпасного потока, датчик 80 перепада давлений на сужающем устройстве по линии байпасного потока, холодильник 81, датчик 82 массового расхода конденсата, нагреватель 83 паровой фазы байпасного потока, датчик 84 температуры паровой фазы, датчик 85 первичного давления паровой фазы, датчик 86 перепада давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы, холодильник 87, датчик 88 массового расхода сконденсированной паровой фазы, регулятор 89 отбора и качества отбираемого дизельного топлива, регулирующий орган 90 на линии отбираемого из атмосферной колонны дизельного топлива, регулирующий орган 91 на линии второго циркуляционного орошения атмосферной колонны, стриппинг 92 - отпарную колонну атмосферного газойля, теплообменник 93, системы теплообмена 1-го и 2-го циркуляционных орошений 94 и 95 соответственно.

Способ осуществляется следующим образом.

Обезвоженную и обессоленную нефть подают в колонну отбензинивания 1, которая предназначена для отделения от нефти легкой бензиновой фракции НК - 175^oC и жирного газа, при этом расход сырья колонны измеряют датчиком 2. Полуотбензиненую нефть с низа колонны 1 нагревают в трубчатой печи 3 и подают: одну часть в виде горячей струи - обратно в колонну 1, другую (балансовую) часть - в атмосферную колонну 4. С целью наиболее полного отбензинивания нефти в нижнюю секцию колонны 1 подают перегретый водяной пар. Температуру в нижней секции колонны 1 измеряют датчиком 5. Регулятор 6 сравнивает текущее и заданное значения температуры нижней секции колонны отбензинивания и при помощи регулирующего органа 7 изменяет расход топлива в печь 3 в сторону их выравнивания. Парогазовую смесь с верха колонны 1 подают в конденсатор-холодильник 8, где пары конденсируются, охлаждаются и поступают в емкость 9, из которой часть легкой бензиновой фракции подают в колонну в качестве острого орошения, а балансовое количество этой фракции направляют на стабилизацию. Расход острого орошения колонны 1 измеряют датчиком 10, расход отбираемого легкого бензина - датчиком 11. Из емкости 9 также выводят жирный газ и воду. Давление в верхней секции колонны 1 измеряют датчиком 12, температуру в этой секции измеряют датчиком 13. Часть парогазового потока с верха колонны 1 байпасируют при помощи побудителя расхода 14, байпасный поток подогревают нагревателем 15 до перевода его в область, близкую к идеальному газу. Датчиком 16 измеряют температуру байпасного потока, датчиком 17 - его первичное давление. На сужающем устройстве по линии байпасного потока датчиком 18 измеряют перепад давлений. Далее байпасный поток охлаждают в холодильнике 19 и разделяют на паровую фазу и конденсат, массовый расход которого измеряют датчиком 20. Паровую фазу подогревают нагревателем 21 до перевода ее в область, близкую к идеальному газу. Измеряют датчиком 22 температуру паровой фазы, ее первичное давление - датчиком 23, перепад давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы - датчиком 24, массовый расход паровой фазы - датчиком 25. Сигналы с датчиков 16 температуры байпасного потока, 17 первичного давления байпасного потока, 18 перепада давлений на сужающем устройстве по линии байпасного потока, 20 массового расхода конденсата, 22 температуры паровой фазы, 23 первичного давления паровой фазы, 24 перепада давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы, 25 массового расхода паровой фазы поступают в функциональный блок 26, в котором вычисляют молекулярные веса байпасного потока и его паровой фазы где Q₁¹ - текущее значение массового расхода конденсата байпасного потока, кг/с; Q₂¹ - текущее значение массового расхода паровой фазы байпасного потока, кг/с; ΔP¹₁ - текущее значение перепада давлений на сужающем устройстве по линии байпасного потока, Па; K₁¹ - коэффициент сопротивления сужающего устройства по линии байпасного потока, с²/м⁵; ρ¹_C - рассчитанное значение плотности байпасного потока, кг/м³; T₁¹ - текущее значение температуры байпасного потока, К; P₁¹ - текущее значение первичного давления байпасного потока, Па; R - универсальная газовая постоянная, R=8,31 кДж/кмоль·K;
z_С¹ - коэффициент сжимаемости байпасного потока, безразмерный;
M_С¹ - текущее значение молекулярного веса байпасного потока, кг/кмоль;
ΔP¹₂ - текущее значение перепада давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы, Па;
K₂¹ - коэффициент сопротивления сужающего устройства по линии паровой фазы, с²/м⁵;
ρ¹_L - рассчитанное значение плотности паровой фазы, кг/м³;
T₂¹ - текущее значение температуры паровой фазы, K;
P₂¹ - текущее значение первичного давления паровой фазы, Па;
z_L¹ - коэффициент сжимаемости паровой фазы, безразмерный;
M_L¹ - текущее значение молекулярного веса паровой фазы, кг/кмоль.

По вычисленным параметрам в функциональном блоке 26 определяют текущее значение конечной температуры кипения легкой бензиновой фракции
KK_Т^ЛБ=a₀+a₁·M_С¹+a₂·M_L¹+a₃·M_С¹·M_L¹, (5)
где a₀, a₁, a₂, a₃ - коэффициенты;
KK_Т^ЛБ - текущее значение конечной температуры кипения легкой бензиновой фракции, ^oC.

Регулятор 27 отбора и качества легкой бензиновой фракции сравнивает текущее и заданное значения конечной температуры кипения легкой бензиновой фракции и при помощи регулирующего органа 28 изменяет расход острого орошения в колонну 1 в сторону выравнивания текущего и заданного значений конечной температуры кипения легкой бензиновой фракции. После нагрева в трубчатой печи 3 полуотбензиненую нефть из колонны отбензинивания 1 подают в нижнюю секцию атмосферной колонны 4, которая служит для разделения полуотбензиненой нефти на тяжелую бензиновую фракцию НК - 180^oC, лигроин, дизельное топливо, атмосферный газойль и мазут. С целью наиболее полного извлечения светлых фракций в нижнюю секцию атмосферной колонны подают перегретый водяной пар. С верха колонны 4 выводят пары бензина и водяного пара, которые поступают в конденсатор-холодильник 29 и после конденсации и охлаждения собираются в емкости 30. Из емкости 30 часть тяжелой бензиновой фракции подают в колонну 4 в качестве острого орошения, а избыток (балансовое количество) этой фракции направляют на стабилизацию. Расход острого орошения колонны 4 измеряют датчиком 31, расход отбираемого тяжелого бензина - датчиком 32. Вода из емкости (водоотделителя) 30 выводится на блок очистки (на схеме не показан). Давление в верхней секции колонны 4 измеряют датчиком 33, температуру в этой секции измеряют датчиком 34. Часть паров из верхней секции колонны 4 байпасируют при помощи побудителя расхода 35, байпасный поток подогревают нагревателем 36 до перевода его в область, близкую к идеальному газу. Датчиком 37 измеряют температуру байпасного потока, датчиком 38 - его первичное давление. На сужающем устройстве по линии байпасного потока датчиком 39 измеряют перепад давлений. Байпасный поток охлаждают в холодильнике 40 и разделяют на паровую фазу и конденсат, массовый расход конденсата измеряют датчиком 41. Паровую фазу байпасного потока подогревают нагревателем 42 до перевода ее в область, близкую к идеальному газу. Датчиком 43 измеряют температуру паровой фазы, датчиком 44 - ее первичное давление, датчиком 45 - перепад давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы. Паровую фазу охлаждают в холодильнике 46, массовый расход сконденсированной паровой фазы измеряют датчиком 47. Сигналы с датчиков 37 температуры байпасного потока, 38 первичного давления байпасного потока, 39 перепада давлений на сужающем устройстве по линии байпасного потока, 41 массового расхода конденсата, 43 температуры паровой фазы, 44 первичного давления паровой фазы, 45 перепада давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы, 47 массового расхода сконденсированной паровой фазы поступают в функциональный блок 26, в котором по формулам (1) - (4) вычисляют молекулярный вес байпасного потока M_С² и молекулярный вес его паровой фазы M_L². По вычисленным параметрам в функциональном блоке 26 определяют текущее значение конечной температуры кипения тяжелой бензиновой фракции:
KK_Т^ТБ=a₄+a₅·M_С²+a₆·M_L²+a₇·M_С²·M_L², (6)
где a₄, a₅, a₆, a₇ - коэффициенты;
KK_Т^ТБ - текущее значение конечной температуры кипения тяжелой бензиновой фракции, ^oC.

Регулятор 48 отбора и качества тяжелой бензиновой фракции сравнивает текущее и заданное значения конечной температуры кипения тяжелой бензиновой фракции и при помощи регулирующего органа 49 изменяет расход острого орошения в колонну 4 в сторону выравнивания текущего и заданного значений конечной температуры кипения тяжелой бензиновой фракции. Из атмосферной колонны 4 в стриппинг 50 - отпарную колонну лигроина выводят жидкофазный поток, из которого водяным паром отпаривают легкие фракции. Лигроин из стриппинга 50 охлаждают в теплообменнике 51 и выводят с установки. Расход отбираемого лигроина измеряют датчиком 52. Давление на тарелке отбора лигроина измеряют датчиком 53, температуру на этой тарелке - датчиком 54. Часть лигроина из стриппинга 50 байпасируют при помощи побудителя расхода 55, байпасный поток подогревают нагревателем 56 до перевода его в область, близкую к идеальному газу. Температуру байпасного потока измеряют датчиком 57, первичное давление байпасного потока - датчиком 58. На сужающем устройстве по линии байпасного потока датчиком 59 измеряют перепад давлений. Байпасный поток охлаждают в холодильнике 60 и разделяют на паровую фазу и конденсат; массовый расход конденсата измеряют датчиком 61. Паровую фазу байпасного потока подогревают нагревателем 62 до перевода ее в область, близкую к идеальному газу. Датчиком 63 измеряют температуру паровой фазы, датчиком 64 - ее первичное давление, датчиком 65 - перепад давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы. Паровую фазу охлаждают в холодильнике 66, массовый расход сконденсированной паровой фазы измеряют датчиком 67. Сигналы с датчиков 57 температуры байпасного потока, 58 первичного давления байпасного потока, 59 перепада давлений на сужающем устройстве по линии байпасного потока, 61 массового расхода конденсата, 63 температуры паровой фазы, 64 первичного давления паровой фазы, 65 перепада давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы, 67 массового расхода сконденсированной паровой фазы поступают в функциональный блок 26, в котором по формулам (1) - (4) вычисляют молекулярный вес байпасного потока M_С³ и молекулярный вес его паровой фазы M_L³. По вычисленным параметрам в функциональном блоке 26 определяют текущие значения начальной и конечной температур кипения лигроина
HK_Т^Л=a₈+a₉·M_С³+a₁₀·M_L³+a₁₁M_С³·M_L³, (7)
KK_Т^Л=a₁₂+a₁₃·M_С³+a₁₄·M_L³+a₁₅·M_С³·M_L³, (8)
где a₈, a₉, a₁₀, a₁₁, a₁₂, a₁₃, a₁₄, a₁₅ - коэффициенты;
HK_Т^Л - текущее значение начальной температуры кипения лигроина, ^oC;
KK_Т^Л - текущее значение конечной температуры кипения лигроина, ^oC.

Регулятор 68 отбора и качества отбираемого лигроина сравнивает текущие и заданные значения начальной и конечной температур кипения лигроина и при помощи регулирующих органов 69 и 70 изменяет расходы соответственно отбираемого лигроина и первого циркуляционного орошения атмосферной колонны в сторону выравнивания текущих и заданных значений начальной и конечной температур кипения лигроина. Из атмосферной колонны 4 в стриппинг 71 - отпарную колонну дизельного топлива выводят жидкофазный поток, из которого водяным паром отпаривают легкие фракции. Дизельное топливо из стриппинга 71 охлаждают в теплообменнике 72 и выводят с установки. Расход отбираемого дизельного топлива измеряют датчиком 73. Давление на тарелке отбора дизельного топлива измеряют датчиком 74, температуру на этой тарелке - датчиком 75. Часть дизельного топлива из стриппинга 71 байпасируют при помощи побудителя расхода 76, байпасный поток подогревают нагревателем 77 до перевода его в область, близкую к идеальному газу. Температуру байпасного потока измеряют датчиком 78, первичное давление байпасного потока - датчиком 79. На сужающем устройстве по линии байпасного потока датчиком 80 измеряют перепад давлений. Байпасный поток охлаждают в холодильнике 81 и разделяют на паровую фазу и конденсат; массовый расход конденсата измеряют датчиком 82. Паровую фазу байпасного потока подогревают нагревателем 83 до перевода ее в область, близкую к идеальному газу. Датчиком 84 измеряют температуру паровой фазы, датчиком 85 - ее первичное давление, датчиком 86 - перепад давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы. Паровую фазу охлаждают в холодильнике 87, массовый расход сконденсированной паровой фазы измеряют датчиком 88. Сигналы с датчиков 78 температуры байпасного потока, 79 первичного давления байпасного потока, 80 перепада давлений на сужающем устройстве по линии байпасного потока, 82 массового расхода конденсата, 84 температуры паровой фазы, 85 - первичного давления паровой фазы, 86 перепада давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы, 88 массового расхода сконденсированной паровой фазы поступают в функциональный блок 26, в котором по формулам (1) - (4) вычисляют молекулярный вес байпасного потока M_С⁴ и молекулярный вес его паровой фазы M_L⁴. По вычисленным параметрам в функциональном блоке 26 определяют текущее значение начальной и конечной температуры кипения дизельного топлива
HK_Т^ДТ=a₁₆+a₁₇·M_С⁴+a₁₈·M_L⁴+a₁₉M_С⁴·M_L⁴, (9)
KK_Т^ДТ=a₂₀+a₂₁·M_С⁴+a₂₂·M_L⁴+a₂₃·M_С⁴·M_L⁴, (10)
где a₁₆, a₁₇, a₁₈, a₁₉, a₂₀, a₂₁, a₂₂, a₂₃ - коэффициенты;
HK_Т^ДТ - текущее значение начальной температуры кипения дизельного топлива, ^oC;
KK_Т^ДТ - текущее значение конечной температуры кипения дизельного топлива, ^oC.

Регулятор 89 отбора и качества отбираемого дизельного топлива сравнивает текущие и заданные значения начальной и конечной температур кипения дизельного топлива и при помощи регулирующих органов 90 и 91 изменяет расходы соответственно отбираемого дизельного топлива и второго циркуляционного орошения атмосферной колонны в сторону выравнивания текущих и заданных начальной и конечной температур кипения дизельного топлива. Из атмосферной колонны 4 в стриппинг 92 - отпарную колонну атмосферного газойля выводят жидкофазный поток, из которого водяным паром отпаривают легкие фракции. Атмосферный газойль из стриппинга 92 охлаждают в теплообменнике 93 и выводят с установки. Из нижней секции атмосферной колонны также выводят мазут. Сигналы с датчиков 2 расхода сырья, 11 расхода отбираемого легкого бензина, 32 расхода отбираемого тяжелого бензина, 52 расхода отбираемого лигроина, 73 расхода отбираемого дизельного топлива также поступают в функциональный блок 26, в котором вычисляют текущие значения отборов светлых фракций как отношения массовых расходов отбираемых фракций и сырья

где F_ЛБ, F_ТБ, F_Л, F_ДТ, F_С - текущие значения расходов отбираемых легкого бензина, тяжелого бензина, лигроина, дизельного топлива и исходной нефти соответственно, кг/с;
O_Т^ЛБ, O_Т^ТБ, O_Т^Л, O_Т^ДТ, Q^T_ΣCB - текущие значения отборов легкого бензина, тяжелого бензина, лигроина, дизельного топлива, суммарный светлых фракций соответственно.

Коррекцию коэффициентов уравнений связи отборов светлых фракций с технологическими параметрами процесса также осуществляют в функциональном блоке 26, например, по формуле

где A - вектор коэффициентов модели;
X - вектор технологических параметров, нормированных в диапазоне -1... +1;
a_i - i-й коэффициент модели;
n - номер такта управления;
O_Т^j - текущее значение отбора j-го светлого дистиллята, кг/кг;
подстроечный коэффициент;
f_j - расчетное значение отбора j-го светлого дистиллята с коэффициентами модели на [n-1] такте управления;
X^Т - транспортированная матрица вектора технологических параметров.

Рассчитанные по формуле (16) коэффициенты a_i[n] используют в функциональном блоке 26 для адаптации уравнений связи отборов светлых фракций и молекулярных весов байпасных потоков и их паровых фаз с технологическими параметрами процесса
O_Р^ЛБ=a₂₄+a₂₅·P_В¹+a₂₆·F_ОР¹; (17)
O_Р^ТБ=a₂₇+a₂₈·P_В²+a₂₉·F_ОР²; (18)
O_Р^Л=a₃₀+a₃₁·P_Л²+a₃₂·F_1ЦО²; (19)
O_Р^ДТ=a₃₃+a₃₄·P_ДТ²+a₃₅·F_2ЦО²; (20)
M_С^1Р=a₃₆+a₃₇·P_В¹+a₃₈·F_ОР¹; (21)
M_L^1Р=a₃₉+a₄₀·P_В¹+a₄₁·F_ОР¹; (22)
M_С^2Р=a₄₂+a₄₃·P_В²+a₄₄·F_ОР²; (23)
M_L^2Р=a₄₅+a₄₆·P_В²+a₄₇·F_ОР²; (24)
M_С^3Р=a₄₈+a₄₉·P_Л²+a₅₀·F_1ЦО²; (25)
M_L^3Р=a₅₁+a₅₂·P_Л²+a₅₃·F_1ЦО²; (26)
M_С^4Р=a₅₄+a₅₅·P_ДТ²+a₅₆·F_2ЦО²; (27)
M_С^4Р=a₅₇+a₅₈·P_ДТ²+a₅₉·F_2ЦО², (28)
где O_Р^ЛБ, O_Р^ТБ, O_Р^Л, O_Р^ДТ - рассчитанные значения отборов легкого бензина, тяжелого бензина, лигроина и дизельного топлива соответственно;
M_С^1Р, M_С^2Р, M_С^3Р, M_С^4Р - рассчитанные значения молекулярных весов байпасных потоков шлемовой линии колонны отбензинивания, шлемовой линии атмосферной колонны, линии отбираемого лигроина и линии отбираемого дизельного топлива соответственно, нормированные в диапазоне -1...+1;
M_L^1Р, M_L^2Р, M_L^3Р, M_L^4Р - рассчитанные значения молекулярных весов паровых фаз байпасных потоков шлемовой линии колонны отбензинивания, шлемовой линии атмосферной колонны, линии отбираемого лигроина и линии отбираемого дизельного топлива соответственно, нормированные в диапазоне -1...+1;
P_В¹, P_В², P_Л², P_ДТ² - текущие значения давлений верха колонны отбензинивания, верха атмосферной колонны, на тарелке отбора лигроина атмосферной колонны, на тарелке отбора дизельного топлива атмосферной колонны соответственно, нормированные в диапазоне -1...+1;
F_ОР¹, F_ОР², F_1ЦО², F_2ЦО² - текущие значения расходов острого орошения колонны отбензинивания, острого орошения атмосферной колонны, первого и второго циркуляционных орошений атмосферной колонны соответственно, нормированные в диапазоне -1...+1;
a₂₄ - a₅₉ - коэффициенты.

Уравнения (17) - (28) используют в функциональном блоке 26 для нахождения потенциального содержания светлых фракций в исходной нефти при установленных ограничениях на отборы и показатели качества фракций, для чего решают оптимизационную задачу в системе уравнений вида

где F₁, F₂, F₃, F₄ - локальные критерии оптимальности;
k₁, k₂, k₃ - коэффициенты, устанавливающие ограничения на отбор и температуру конца кипения легкой бензиновой фракции;
k₄, k₅, k₆ - коэффициенты, устанавливающие ограничения на отбор и температуру конца кипения тяжелой бензиновой фракции;
k₇, k₈, k₉ - коэффициенты, устанавливающие ограничения на отбор, температуры начала и конца кипения, вспышки и кристаллизации отбираемого лигроина;
k₁₀, k₁₁, k₁₂ - коэффициенты, устанавливающие ограничения на отбор, температуры начала и конца кипения, вспышки и застывания отбираемого дизельного топлива.

Все переменные в уравнениях (29) - (32) нормированы в диапазоне -1...+1.

В результате решения в функциональном блоке 26 оптимизационной задачи с использованием уравнений (29) - (32) находят потенциальное содержание светлых фракций в исходной нефти
Q^P_ΣCB = (O_Р^ЛБ)^ОРТ + (O_Р^ТБ)^ОРТ + (O_Р^Л)^ОРТ + (O_Р^ДТ)^ОРТ, (33)
где (O_Р^ЛБ)^ОРТ, (O_Р^ТБ)^ОРТ, (O_Р^Л)^ОРТ, (O_Р^ДТ)^ОРТ, Q^P_ΣCB - рассчитанные значения потенциальных отборов легкого бензина, тяжелого бензина, лигроина, дизельного топлива, суммарный соответственно.

В зависимости от потенциального содержания легкой бензиновой фракции в исходной нефти функциональный блок 26 корректирует задание регулятору 27, который изменяет расход острого орошения в колонну отбензинивания 1, а тем самым и расход отбираемой легкой бензиновой фракции в сторону ее максимального отбора от потенциала. В зависимости от потенциального содержания тяжелой бензиновой фракции в нефти функциональный блок 26 корректирует задание регулятору 48, который изменяет расход острого орошения в атмосферную колонну 4, а тем самым и расход отбираемой тяжелой бензиновой фракции в сторону ее максимального отбора от потенциала. В зависимости от потенциального содержания лигроина в нефти функциональный блок 26 корректирует задание регулятору 68, который изменяет расход отбираемого из атмосферной колонны лигроина в сторону его максимального отбора от потенциала. В зависимости от потенциального содержания дизельного топлива в нефти функциональный блок 26 корректирует задание регулятору 89, который изменяет расход отбираемого из атмосферной колонны дизельного топлива в сторону его максимального отбора от потенциала. Числами 94, 95 на схеме обозначены системы теплообмена 1-го и 2-го циркуляционных орошений соответственно.

Пример использования предлагаемого способа на установке первичной переработки нефти АТ-5. Обезвоженную и обессоленную нефть с температурой T = 180 - 240^oC подают на 16-ю тарелку колонны отбензинивания 1, которая предназначена для отделения от нефти легкой бензиновой фракции НК - 175^oC и жирного газа. Колонна 1 имеет высоту 33,8 м, диаметр 4,5 м и оборудована 28-ю S-образными тарелками. Расход сырья колонны F = 350 - 520 т/ч измеряют датчиком 2. Полуотбензиненую нефть с низа колонны 1 нагревают в трубчатой печи 3 до температуры T ≅ 360^oC и подают: одну часть в виде горячей струи с расходом F = 115 - 160 т/ч - обратно в колонну 1, другую (балансовую) часть с расходом F = 310 - 455 т/ч - в атмосферную колонну 4. С целью наиболее полного отбензинивания нефти в нижнюю секцию колонны 1 по линии горячей струи подают перегретый водяной пар из пароперегревателя трубчатой печи 3 с температурой T_пар = 300^oC, давлением P_пар = 7,5 кг/см² и расходом F_пар = 1,5 - 3,0 т/ч, пропорциональным расходу сырья. Температуру в нижней секции колонны T_Н¹ ≅ 240^oC измеряют датчиком 5. Регулятор 6 сравнивает текущее и заданное значения нижней секции колонны отбензинивания и при помощи регулирующего органа 7 изменяет расход топлива в печь 3 в сторону их выравнивания. Парогазовую смесь с верха колонны 1 с температурой T_В¹ ≅ 160^oC и давлением P_В¹ ≅ 4,0 кг/см² подают в конденсатор-холодильник 8, где пары конденсируются, охлаждаются до температуры T = 40 - 50^oC и поступают в емкость 9, из которой часть легкой бензиновой фракции подают в колонну в качестве острого орошения, а балансовое количество этой фракции направляют на стабилизацию. Расход острого орошения колонны 1 F_ОР¹ = 15 - 30 т/ч измеряют датчиком 10, расход отбираемого легкого бензина F_ЛБ= 45 - 60 т/ч - датчиком 11. Из емкости 9 также выводят жирный газ в количестве F_ЖГ ≅ 10 т/ч и воду F_H2O ≅ 3 т/ч. Давление в верхней секции колонны 1 P_В¹ ≅ 4,0 кг/см² измеряют датчиком 12, температуру в этой секции T_В¹ ≅ 160^oC измеряют датчиком 13. Часть парогазового потока с верха колонны 1 с расходом F_В¹= 100 кг/ч байпасируют при помощи побудителя расхода 14, байпасный поток подогревают до температуры T₁¹ = 200^oC нагревателем 15 для перевода его в область, близкую к идеальному газу. Датчиком 16 измеряют температуру байпасного потока T₁¹, датчиком 17 - его первичное давление P₁¹ ≅ 4,0 кг/см². На сужающем устройстве (диафрагме) по линии байпасного потока датчиком 18 измеряют перепад давлений ΔP¹₁ = 10000 - 13000 Па. Байпасный поток охлаждают до температуры T₂¹ = 100^oC в холодильнике 19 и разделяют на паровую фазу и конденсат, массовый расход которого F₁¹ = Q₁¹ = 0 - 100 кг/ч измеряют датчиком 20. Паровую фазу подогревают до температуры T₂¹ = 200^oC нагревателем 21 для перевода ее в область, близкую идеальному газу. Измеряют датчиком 22 температуру паровой фазы T₂¹, ее первичное давление P₂¹ ≅ 4,0 кг/см² - датчиком 23, перепад давлений на сужающем устройстве (диафрагме) по линии паровой фазы ΔP¹₂ = 10000 - 13000 Па измеряют датчиком 24, массовый расход паровой фазы F₂¹ = Q₂¹ = 0 - 100 кг/ч измеряют датчиком 25. Сигналы с датчиков 16 - 18, 20, 22 - 25 поступают в функциональный блок 26, в котором по формулам (1) - (4) вычисляют молекулярные веса байпасного потока и его паровой фазы

По вычисленным параметрам с использованием формулы (5) в функциональном блоке 26 определяют текущее значение конечной температуры кипения легкой бензиновой фракции
KK_Т^ЛБ=-5306,025 + 107,132·M_С¹ + 118,847 ·M_L¹ - 2,133·M_С¹·M_L¹. Регулятор 27 сравнивает текущее и заданное значения конечной температуры кипения легкой бензиновой фракции (KK_Т^ЛБ и KK_З^ЛБ = 175^oC) и при помощи регулирующего органа 28 изменяет расход острого орошения в колонну 1 F_ОР¹ = 15 - 30 т/ч в сторону выравнивания текущего и заданного значений конечной температуры кипения легкой бензиновой фракции. После нагрева в трубчатой печи 3 полуотбензиненую нефть из колонны отбензинивания с температурой T ≅ 360^oC и расходом F = 315 - 460 т/ч подают в нижнюю секцию атмосферной колонны 4, в которой полуотбензиненую нефть разделяют на тяжелую бензиновую фракцию НК - 180^oC, лигроин, дизельное топливо, атмосферный газойль и мазут. Колонна 4 оборудована 43 тарелками клапанного типа и имеет высоту 43,75 м, диаметр 5,0 м. С целью наиболее полного извлечения светлых фракций в нижнюю секцию атмосферной колонны подают перегретый водяной пар из пароперегревателя трубчатой печи 3 с температурой T_пар = 300^oC, давлением P_пар = 7,5 кг/см² и расходом F_пар = 1,5 - 3,5 т/ч, пропорциональным расходу полуотбензиненой нефти F = 315 - 460 т/ч. С верха колонны 4 выводят пары бензина и водяного пара с температурой T_В² ≅ 160^oC и давлением P_В² ≅ 2,0 кг/см², которые поступают в конденсатор-холодильник 29 и после конденсации и охлаждения до температуры T = 40 - 50^oC собираются в емкости 30. Из емкости 30 часть тяжелой бензиновой фракции подают в колонну 4 в качестве острого орошения, а избыток (балансовое количество) этой фракции направляют на стабилизацию. Расход острого орошения колонны 4 F_ОР² = 70 - 110 т/ч измеряют датчиком 31, расход отбираемого тяжелого бензина F_ТБ = 5 - 15 т/ч измеряют датчиком 32. Из емкости-водоотделителя 30 также выводят воду в количестве F_H2O = 2,5 - 4,5 т/ч. Давление в верхней секции колонны 4 P_В² ≅ 2,0 кг/см² измеряют датчиком 33, температуру в этой секции T_В² ≅ 160^oC измеряют датчиком 34. Часть паров из верхней секции колонны 4 с расходом F_В² = 100 кг/ч байпасируют при помощи побудителя расхода 35, байпасный поток подогревают до температуры T₁² = 250^oC нагревателем 36 для перевода его в область, близкую идеальному газу. Датчиком 37 измеряют температуру байпасного потока T₁² датчиком 38 измеряют его первичное давление P₁² ≅ 2,0 кг/см². На сужающем устройстве (диафрагме) по линии байпасного потока датчиком 39 измеряют перепад давлений ΔP²₁ = 7000 - 13000 Па. Байпасный поток охлаждают до температуры T₂² = 110^oC в холодильнике 40 и разделяют на паровую фазу и конденсат, массовый расход конденсата F₁² = Q₁² = 0 - 100 кг/ч измеряют датчиком 41. Паровую фазу байпасного потока подогревают до температуры T₂² = 250^oC нагревателем 42 для перевода ее в область, близкую идеальному газу. Датчиком 43 измеряют температуру паровой фазы T₂², датчиком 44 измеряют ее первичное давление P₂² ≅ 4,0 кг/см², датчиком 45 измеряют перепад давлений на сужающем устройстве (диафрагме) по линии паровой фазы ΔP²_2/= 7000-13000 Па. Паровую фазу охлаждают до температуры T = 50^oC в холодильнике 46, массовый расход сконденсированной паровой фазы F₂² = Q₂² = 0 - 100 кг/ч измеряют датчиком 47. Сигнал с датчиков 37, 38, 39, 41, 43, 44, 45, 47 поступают в функциональный блок 26, в котором по формулам (1) - (4) вычисляют молекулярные веса байпасного потока M_С² и его паровой фазы M_L²

По вычисленным параметрам с использованием формулы (6) в функциональном блоке 26 определяют текущее значение конечной температуры кипения тяжелой бензиновой фракции
KK_Т^ТБ= - 812,304 + 11,676·M_С² + 10,914 ·M_L² - 0,134·M_С²·M_L².

Регулятор 48 сравнивает текущее и заданное значения конечной температуры кипения тяжелой бензиновой фракции (KK_Т^ТБ и KK_З^ТБ = 170^oC) и при помощи регулирующего органа 49 изменяет расход острого орошения в колонну 4 F_ОР² = 70 - 110 т/ч в сторону выравнивания текущего и заданного значений конечной температуры кипения тяжелой бензиновой фракции. С 15-й тарелки атмосферной колонны 4 в стрипппинг 50, оборудованной 10 S-образными тарелками, выводят жидкофазный поток лигроина. В низ стриппинга 50 подают водяной пар с температурой T_пар= 300^oC и давлением P_пар = 7,5 кг/см² для отпарки легких фракций. Лигроин с низа стриппинга 50 прокачивают через холодильник 51 и с температурой T ≅ 65^oC выводят с установки. Расход отбираемого лигроина F_Л = 30 - 45 т/ч измеряют датчиком 52. Давление на тарелке отбора лигроина P_Л² ≅ 2,0 кг/см² измеряют датчиком 53, температуру на этой тарелке T_Л² = 160 - 180^oC измеряют датчиком 54. Часть лигроина из стриппинга 50 с расходом F_Л³ = 100 кг/ч байпасируют при помощи побудителя расхода 55, байпасный поток подогревают до температуры T₁³ = 300^oC нагревателем 56 для перевода его в область, близкую идеальному газу. Температуру байпасного потока T₁³ измеряют датчиком 57, первичное давление байпасного потока P₁³ ≅ 2,0 кг/см² измеряют датчиком 58. На сужающем устройстве (диафрагме) по линии байпасного потока датчиком 59 измеряют перепад давлений ΔP³₁ = 7000 - 13000 Па. Байпасный поток охлаждают до температуры T₂³ = 200^oC в холодильнике 60 и разделяют на паровую фазу и конденсат; массовый расход конденсата F₁³ = Q₁³ = 0 - 100 кг/ч измеряют датчиком 61. Паровую фазу байпасного потока подогревают до температуры T₂³ = 300^oC нагревателем 62 для перевода ее в область, близкую идеальному газу. Датчиком 63 измеряют температуру паровой фазы T₂³, датчиком 64 измеряют ее первичное давление P₂³ ≅ 2,0 кг/см², датчиком 65 измеряют перепад давлений на сужающем устройстве (диафрагме) по линии паровой фазы ΔP³₂ = 7000 - 13000 Па. Паровую фазу охлаждают до температуры T = 50^oC в холодильнике 66; массовый расход сконденсированной паровой фазы F₂³ = Q₂³ = 0 - 100 кг/ч измеряют датчиком 67. Сигналы с датчиков 57, 58, 59, 61, 63, 64, 65, 67 поступают в функциональный блок 26, в котором по формулам (1) - (4) вычисляют молекулярные веса байпасного потока M_С³ и его паровой фазы M_L³


По вычисленным параметрам с использованием формул (7) и (8) в функциональном блоке 26 определяют текущие значения начальной и конечной температур кипения лигроина
HK_Т^Л= - 1881,457 + 10,938·M_С³ + 12,449·M_L³ - 0,064·M_С³·M_L³;
KK_Т^Л= - 6867,106 + 51,832·M_С³ + 50,173·M_L³ - 0,367·M_С³·M_L³.

Регулятор 68 сравнивает текущие и заданные значения начальной и конечной температур кипения лигроина (HK_Т^Л и HK_З^Л = 145^oC, KK_Т^Л и KK_З^Л = 250^oC) и при помощи регулирующих органов 69 и 70 изменяет расходы соответственно отбираемого лигроина F_Л = 30 - 45 т/ч и первого циркуляционного орошения атмосферной колонны F_1ЦО² = 100 - 160 т/ч в сторону выравнивания текущих и заданных значений начальной и конечной температур кипения лигроина. С 25-й тарелки атмосферной колонны 4 в стриппинг 71, оборудованный 10 S-образными тарелками, выводят жидкофазный поток дизельного топлива. В низ стриппинга 71 подают водяной пар с температурой T_пар = 300^oC и давлением P_пар = 7,5 кг/см² для отпарки легких фракций. Дизельное топливо с низа стриппинга 71 прокачивают через холодильник 72 и с температурой T ≅ 75^oC выводят с установки. Расход отбираемого дизельного топлива F_ДТ = 75 - 115 т/ч измеряют датчиком 73. Давление на тарелке отбора дизельного топлива P_ДТ² ≅ 2,0 кг/см² измеряют датчиком 74, температуру на этой тарелке T_ДТ² = 250 - 275^oC измеряют датчиком 75. Часть дизельного топлива из стриппинга 71 с расходом F_ДТ⁴ = 100 кг/ч байпасируют при помощи побудителя расхода 76, байпасный поток подогревают до температуры T₁⁴ = 400^oC нагревателем 77 для перевода его в область, близкую идеальному газу. Температуру байпасного потока T₁⁴ измеряют датчиком 78, первичное давление байпасного потока P₁⁴ ≅ 2,0 кг/см² измеряют датчиком 79. На сужающем устройстве (диафрагме) по линии байпасного потока датчиком 80 измеряют перепад давлений ΔP⁴₁ = 7000 - 13000 Па. Байпасный поток охлаждают до температуры T₂⁴ = 300^oC в холодильнике 81 и разделяют на паровую фазу и конденсат; массовый расход конденсата F₁⁴ = Q₁⁴ = 0 - 100 кг/ч измеряют датчиком 82. Паровую фазу байпасного потока подогревают до температуры T₂⁴ = 400^oC нагревателем 83 для перевода ее в область, близкую идеальному газу. Датчиком 84 измеряют температуру паровой фазы T₂⁴, датчиком 85 измеряют ее первичное давление P₂⁴ ≅ 2,0 кг/см², датчиком 86 измеряют перепад давлений на сужающем устройстве (диафрагме) по линии паровой фазы ΔP⁴₂ = 7000 - 13000 Па. Паровую фазу охлаждают до температуры T = 50^oC в холодильнике 87; массовый расход сконденсированной паровой фазы F₂⁴ = Q₂⁴ = 0 - 100 кг/ч измеряют датчиком 88. Сигналы с датчиков 78, 79, 80, 82, 84, 85, 86, 88 поступают в функциональный блок 26, в котором по формулам (1) - (4) вычисляют молекулярные веса байпасного потока M_С⁴ и его паровой фазы M_L⁴

По вычисленным параметрам с использованием формул (9) и (10) в функциональном блоке 26 определяют текущие значения начальной и конечной температур кипения дизельного топлива
HK_Т^ДТ= - 101,326 - 1,225·M_С⁴ - 0,330·M_L⁴ + 0,015·M_С⁴·M_L⁴;
KK_Т^ДТ= - 10193,318 + 52,059·M_С⁴ + 50,221·M_L⁴ - 0,248·M_С⁴·M_L⁴. Регулятор 89 сравнивает текущие и заданные значения начальной и конечной температур кипения дизельного топлива (HK_Т^ДТ и HK_З^ДТ = 220^oC, KK_Т^ДТ и KK_З^ДТ = 360^oC) и при помощи регулирующих органов 90 и 91 изменяет расходы соответственно отбираемого дизельного топлива F_ДТ = 75 - 115 т/ч и второго циркуляционного орошения атмосферной колонны F_2ЦО² = 30 - 45 т/ч в сторону выравнивания текущих и заданных значений начальной и конечной температур кипения дизельного топлива. С 35-й тарелки атмосферной колонны 4 в стриппинг 92, оборудованный 10 S-образными тарелками, выводят жидкофазный поток атмосферного газойля (фракцию 300 - 350^oC). В низ стриппинга 92 подают водяной пар с температурой T_пар = 300^oC и давлением P_пар = 7,5 кг/см² для отпарки легких фракций. Атмосферный газойль с низа стриппинга 92 прокачивают через холодильник 93 и с температурой T ≅ 80^oC, расходом F_АГ= 12,5 - 18,5 т/ч выводят с установки. Из нижней секции атмосферной колонны также выводят мазут с расходом F_М = 170 - 255 т/ч. Сигналы с датчиков 2, 11, 32, 52, 73 также поступают в функциональный блок 26, в котором по формулам (11) - (15) вычисляют текущие значения отборов светлых фракций как отношений массовых расходов отбираемых фракций и сырья
O_Т^ЛБ=F_ЛБ/F_С;
O_Т^ТБ=F_ТБ/F_С;
O_Т^Л=F_Л/F_С;
O_Т^ДТ=F_ДТ/F_С;
Q^T_ΣCB = O_Т^ЛБ+O_Т^ТБ+O_Т^Л O_Т^ДТ.

Коррекцию коэффициентов уравнений связи отборов светлых фракций с технологическими параметрами процесса - давлениями в секциях, расходами острых и циркуляционных орошений ректификационных колонн осуществляют в функциональном блоке 26 по формуле (16). Рассчитанные по формуле (16) коэффициенты используют в функциональном блоке 26 для адаптации уравнений связи отборов светлых фракций и молекулярных весов байпасных потоков и их паровых фаз с технологическими параметрами процесса (17) - (28). Уравнения (17) - (28) используют в функциональном блоке 26 для расчета по текущим значениям давлений в секциях, расходов острых и циркуляционных орошений ректификационных колонн значений отборов светлых фракций, молекулярных весов байпасных потоков и их паровых фаз. Потенциальное содержание светлых фракций в исходной нефти при установленных ограничениях на отборы и показатели качества фракций находят из решения оптимизационной задачи в системе уравнений (29) - (32)


В зависимости от потенциального содержания легкой бензиновой фракции в исходной нефти (O_Р^ЛБ)^ОРТ = 0,11 - 0,13 функциональный блок 26 корректирует задание регулятору 27, который изменяет расход острого орошения в колонну отбензинивания 1 F_ОР¹ = 15 - 30 т/ч, а тем самым и расход отбираемой легкой бензиновой фракции F_ЛБ = 45 - 60 т/ч в сторону ее максимального отбора от потенциала. В зависимости от потенциального содержания тяжелой бензиновой фракции (O_Р^ТБ)^ОРТ = 0,02 - 0,03 функциональный блок 26 корректирует задание регулятору 48, который изменяет расход острого орошения в атмосферную колонну 4 F_ОР² = 70 - 110 т/ч, а тем самым и расход отбираемой тяжелой бензиновой фракции F_ТБ = 5 - 15 т/ч в сторону ее максимального отбора от потенциала. В зависимости от потенциального содержания лигроина в нефти (O_Р^Л)^ОРТ = 0,08 - 0,09 функциональный блок 26 корректирует задание регулятору 68, который изменяет расход отбираемого из атмосферной колонны лигроина F_Л = 30 - 45 т/ч в сторону его максимального отбора от потенциала. В зависимости от потенциального содержания дизельного топлива в нефти (O_Р^ДТ)^ОРТ = 0,21 - 0,23 функциональный блок 26 корректирует задание регулятору 89, который изменяет расход отбираемого из атмосферной колонны дизельного топлива F_ДТ = 75 - 115 т/ч в сторону его максимального отбора от потенциала.

В таблице представлены показатели технологического режима, результаты лабораторных анализов, технико-экономические показатели процесса первичной переработки нефти установки AT-5 согласно прототипу (способ 1) и предлагаемому способу управления (способ 2).

Сравнительный анализ результатов, приведенных в таблице, показывает, что предлагаемый способ автоматического управления процессом первичной переработки нефти позволяет повысить точность регулирования целевых температур кипения отбираемых фракций до ± 2^oC, уменьшить степень налегания смежных фракций: тяжелый бензин/лигроин - с +8 до +5^oC, лигроин/дизельное топливо - с +20 до +15^oC, дизельное топливо/атмосферный газойль - с +110 до +90^oC, увеличить отбор светлых нефтепродуктов на 0,3 мас.%.

В таблице не показан дополнительный технический эффект, который заключается в минимизации перерегулирования и времени переходного процесса при смене углеводородного состава (типа) нефти и загрузки установки, а также в минимизации энергопотребления для осуществления процесса первичной переработки нефти.

Другим достоинством предлагаемого изобретения является то, что при управлении процессом показатели качества не измеряются, а задаются. Это очень важно в переходных режимах при изменении расхода и состава сырья, а также при изменении задания на получаемые продукты, например при переходе с производства зимнего дизельного топлива на летнее и наоборот.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом первичной переработки нефти, включающий изменение расходов сырья, острого орошения и отбираемой бензиновой фракции, давления и температуры в верхней секции, температуры в нижней секции колонны отбензинивания, расходов острого и циркуляционных орошений, расходов отбираемых фракций, давлений и температур в секциях атмосферной колонны, температур в секциях отпарной колонны, изменение расходов острого орошения и горячей струи в колонне отбензинивания, расходов отбираемых фракций и расходов острого и циркуляционного орошений атмосферной колонны, отличающийся тем, что дополнительно для каждого из потоков: парогазовой смеси из верхней секции колонны отбензинивания, паров из верхней секции, жидкофазных потоков лигроина и дизельного топлива из нижерасположенных секций атмосферной колонны байпасируют часть потока, байпасный поток нагревают до перевода его в область, близкую к идеальному газу, измеряют температуру, первичное давление, перепад давлений на сужающем устройстве по линии байпасного потока, после чего байпасный поток охлаждают до заданной температуры и разделяют на паровую фазу и конденсат, измеряют массовый расход конденсата, нагревают паровую фазу до перевода ее в область, близкую к идеальному газу, измеряют массовый расход, температуру, первичное давление, перепад давлений на сужающем устройстве по линии паровой фазы, по измеренным параметрам вычисляют молекулярные веса байпасного потока и его паровой фазы, по вычисленным параметрам определяют текущие значения начальных и конечных температур кипения отбираемых фракций, сравнивают их с заданными и изменяют расход острого орошения колонны отбензинивания в сторону выравнивания текущего и заданного значений конечной температуры кипения легкой бензиновой фракции, расход острого орошения атмосферной колонны в сторону выравнивания текущего и заданного значения конечной температуры кипения тяжелой бензиновой фракции, расходы отбираемого лигроина и первого циркуляционного орошения атмосферной колонны в сторону выравнивания текущих и заданных значений начальной и конечной температур кипения лигроина, расходы отбираемого дизельного топлива и второго циркуляционного орошения атмосферной колонны в сторону выравнивания текущих и заданных значений начальной и конечной температур кипения дизельного топлива, вычисляют текущие значения отборов светлых фракций, корректируют уравнения связи отборов светлых фракций с технологическими параметрами процесса, используют скорректированные уравнения связи для нахождения потенциального содержания светлых фракций в исходной нефти при установленных ограничениях на отборы и показатели качества фракций, в зависимости от потенциального содержания светлых фракций корректируют расходы отбираемых в колонне отбензинивания и атмосферной колонне фракций в сторону максимального отбора светлых фракций от потенциала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3