80027

Сравнение регуляторов LQR и MPC с наблюдателем высокого порядка

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Чтобы понять как все происходит внутри колонны требуется рассмотреть некоторые тонкости. Первый элемент который необходим для работы колонны это сырьевой насос перекачивающий сырую нефть из складского резервуара в систему. Внутри ректификационной колонны находится набор тарелок в которых проделаны...

Русский

2015-02-16

1.24 MB

12 чел.

Зміст

Вступ

1 Опис ТП

2 Розрахунок статики

3 Розрахунок параметрів динаміки

4 Регулятор

ВСТУП

Колонна отбензинивания нефти является частью установки первичной переработки нефти.

Установка первичной переработки нефти предназначена для  получения прямогонного бензина (нафты), дизельных топлив автомобильных и судовых, мазута топочного. Возможен при необходимости отбор фракции керосина. Предусмотрено получение топлив для судовых энергетических установок компаундированием остаточных фракций с керосино-газойлевой фракцией.

Нефть, поступающая на переработку, имеет в своем составе пластовую воду, различные минеральные соли (хлористый натрий, хлористый магний, хлористый кальций и др.), механические примеси в незначительных количествах.

Переработка такой нефти без предварительной ее подготовки приводит к интенсивной коррозии оборудования и трубопроводов,  вследствие гидролиза хлористых солей щелочно-земельных металлов с образованием кислот, отложению на стенках аппаратов и трубопроводов механических примесей, накипи, солей и, как следствие, к  снижению коэффициента теплопередачи поверхностей нагрева и охлаждения, повышению давления в аппаратах и ухудшению четкости ректификации, эрозии внутренней поверхности аппаратов, насосов и трубопроводов, повышению зольности остатков нефтепереработки из-за накопления в них солей и мехпримесей.

После электродегидратора обезвоженая и обессоленная нефть с содержанием воды не более 0,1 % масс., и хлоридов не более 3 мг/л вторично подогревается в трубном пространстве теплообменника до температуры 145165 оС и направляется в колонну отбензинивания, затем из куба колонны нефть поступает в печь для дальнейшего нагрева и переработки.

Первичная переработка нефти является основным этапом производства нефтеперерабатывающей промышленности.

Нефть представляет собой сложную жидкую смесь близкокипящих углеводородов и высокомолекулярных углеводородных соединений с гетероатомами кислорода, серы, азота и некоторых металлов. В нефти содержатся также в небольших концентрациях неуглеводородные соединения, органические кислоты и некоторые другие вещества.

При разделении нефти перегонкой и ректификацией получают фракции или дистилляты, выкипающие в определенном интервале температур и представляющие собой также достаточно сложные смеси. В то же время отдельные фракции нефти могут состоять из сравнительно небольшого числа компонентов, заметно различающихся температурами кипения.

Перегонка — это процесс разделения жидких и газообразных (паровых) смесей на фракции, обогащенные высоко- и низколетучими компонентами. [1]

Наиболее ответственным и сложным технологическим объектом на установках первичной переработки нефти (АТ) является колонна К-2, с которой отбираются бензин, керосин, дизельное топливо (ДТ), мазут. Каждый продукт (фракция) отбирается с определенной тарелки в соответствии со своей температурой выкипания при определенном давлении в колонне.

Нарушение материального баланса при отборе фракции или теплового режима в колонне может привести к нежелательным изменениям фракционного состава продуктов – изменению температур начала или конца кипения фракции, не отвечающим требованиям на готовую продукцию. Основной принцип управления колонной К-2 остается традиционным – это стабилизация температуры и давления в колонне.

ОПИСАНИЕ ТП

Процесс, происходящий в ректификационной колонне, схематично показан на рисунке 3.3. Внутрь поступает сырая нефть, а наружу выходят углеводородные газы (бутан и более лёгкие газы), бензин, нафта (лигроин), керосин, лёгкий газойль, тяжелый газойль и кубовый остаток.

Чтобы понять, как все происходит внутри колонны, требуется рассмотреть некоторые тонкости. Первый элемент, который необходим для работы колонны — это сырьевой насос, перекачивающий сырую нефть из складского резервуара в систему. Сначала нефть проходит через печь, в которой нагревается до температуры порядка 385°С (750°F). Из предыдущей главы Вы знаете, что при этой температуре, как правило, испаряется больше половины нефти.

Полученная таким образом смесь жидкости и паров подаётся снизу в ректификационную колонну.

Внутри ректификационной колонны находится набор тарелок, в которых проделаны отверстия. Благодаря этим отверстиям нефть может подниматься вверх. Когда смесь пара и жидкости поднимается по колонне, то более плотная и тяжёлая часть отделяется и опускается на дно, а лёгкие пары поднимаются вверх, проходя через тарелки .

Отверстия в тарелках снабжены приспособлениями, называемыми барботажными колпачками (рис. 3.6). Они нужны для того, чтобы пары, поднимающиеся через тарелки, барботировали через слой жидкости толщиной около 10 см, находящийся на тарелке. Это пробулькивание газа через слой жидкости и составляет суть ректификации: горячие пары (при температуре не ниже 400°С (750°F) проходят через жидкость. При этом тепло передается от паров к жидкости. Соответственно пузырьки пара несколько охлаждаются и часть углеводородов из них переходит в жидкое состояние. По мере переноса тепла от паров к жидкости, температура паров снижается. Так как температура жидкости ниже, некоторые соединения в парах конденсируются (сжижаются).

После того как пары прошли через слой жидкости и потеряли часть более тяжелых углеводородов, они поднимаются к следующей тарелке, где повторяется тот же процесс.

Тем временем количество жидкости на каждой тарелке растет за счет углеводородов, конденсирующихся из паров. Поэтому в колонне устанавливают приспособление, которое называется сливной стакан и позволяет избытку жидкости перетекать вниз на следующую тарелку. Число тарелок должно быть таким, чтобы общее количество продуктов, выходящих из ректификационной колонны, было равным количеству сырой нефти, поступающей внутрь. В действительности, некоторые молекулы несколько раз путешествуют туда и обратно — в виде пара поднимаются на несколько тарелок вверх, затем конденсируются и стекают уже как жидкость на несколько тарелок вниз через сливные стаканы Именно эта про мывка пара жидкостью за счет противотока и обеспечивает четкое разделение фракций. За один проход это было бы невозможно.

На различных уровнях колонны имеются боковые отводы (рис. 3.7) для отбора фракций — более легкие продукты отбираются в верхней части колонны, а тяжелая жидкость выходит внизу.

Орошение и повторное испарение

Несколько дополнительных операций, происходящих вне ректификационной колонны, способствуют более успешному проведению процесса перегонки. Чтобы тяжелые продукты случайно не попали в верхнюю часть колонны вместе с легкими фракциями, пары периодически направляют в холодильник. Вещества, которые конденсируются в холодильнике, снова поступают на одну из расположенных ниже тарелок. Это своего рода орошение ректификационной колонны (рис. 3.8).  И наоборот, некоторое количество легких углеводородов может быть увлечено током жидкости в нижнюю часть колонны вместе с тяжелыми продуктами. Чтобы избежать этого, жидкость, выходящую через боковой отвод, снова пропускают через нагреватель. В результате остатки легких углеводородов отделяются и повторно поступают в ректификационную колонну в виде пара. Этот процесс называется повторным испарением. Преимущество такой схемы заключается в том, что только небольшая часть общего потока сырой нефти должна повторно перерабатываться для дополнительного возвращения продукта. Не нужно снова нагревать всю нефть, что позволяет сэкономить энергию и деньги.

Орошение и повторное испарение могут с тем же успехом использоваться и в средней части колонны, что также способствует эффективному разделению. Повторно испаренная фракция, которая поступает в колонну, вносит туда дополнительное тепло, что помогает легким молекулам отправиться в верхнюю часть колонны. Точно так же орошение предоставляет тяжелым молекулам, которые случайно оказались выше, чем им положено, последний шанс сконденсироваться в жидкость.

Состав некоторых сырых нефтей может быть таким, что на части тарелок в колонне не окажется достаточного количества парожидкостной смеси. В этих случаях орошение и повторное испарение позволяют регулировать потоки так, чтобы процесс ректификации (разделения) мог продолжаться.

Границы кипения фракций

При анализе процесса перегонки нефти принципиально важной характеристикой являются границы кипения фракций. Так называют температуры, при которых продукты перегонки отделяются друг от друга. В частности, температура, при которой продукт (фракция, погон) начинает кипеть, называется точкой начала кипения (ТНК). Температура, при которой 100% данной фракции испарилось, называется точкой выкипания (ТВ) этой фракции. Таким образом, каждая фракция имеет две границы ГНК и ТВ.

Если мы снова обратимся к диаграмме, изображенной на рисунке 3.3, то легко увидим, что температура выкипания нафты (лигроина) является точкой начала кипения для керосиновой фракции. То есть ТНК и ТВ двух соседних фракций совпадают, по крайней мере, номинально.

Однако ТНК и ТВ могут и не совпадать — это зависит от того, насколько хорошее разделение обеспечивает процесс ректификации. Возможно, рассматривая всю эту систему тарелок и барботажных колпачков, Вы задавали себе вопрос, насколько же хорош результат. Естественно, процесс перегонки неидеален и приводит к появлению, извините за выражение, так называемых хвостов.

Установление границ фракций

Когда мы рассматривали границы фракций в предыдущей главе, а также обсуждали их выше, могло сложиться впечатление, что эти величины для каждой фракции точно установлены. На самом же деле в применении к конкретной ректификационной колонне эти границы можно несколько смещать. Например, смещение границы между нафтой (лигроином) и керосином может иметь следующие последствия. Предположим, что температурная граница сместилась со 157 (315) до 162°С (325°F). Во-первых, при этом изменятся объемы продуктов ректификации, выходящих из колонны — получится больше нафты и меньше керосина. Дело в том, что фракция, кипящая между 157 и 162°С, теперь будет выходить через отверстие для нафты, а не для керосина.

Легкие фракции, выходящие в верхней части колонны (верхний погон), поступают на установку газофракционирования. Прямогонный бензин отправляется на компаундирование для получения автомобильного бензина. Нафта (лигроин) подается на установку риформинга, керосин поступает на установку гидроочистки, легкий газойль направляется на смешение для получения дистиллятного (дизельного) топлива, тяжелый газойль служит сырьем для каталитического крекинга, и, наконец, прямогонный остаток подается на вакуумную перегонку.[4]

Ректификация (от позднелат. rectificatio - выпрямление, исправление), разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, отличающиеся температурами кипения, путем многократных испарения жидкости и конденсации паров. В этом основные отличие ректификация от дистилляции, при которой в результате однократного цикла частичное испарение -конденсация достигается лишь предварительное (грубое) разделение жидких смесей.

Для ректификации обычно используют колонные аппараты (см., например, Насадочные аппараты, Тарельчатые аппараты), называют ректификационными колоннами, в которых осуществляется многократный контакт между потоками паровой и жидкой фаз. Движущая сила ректификация - разность между фактическими (рабочими) и равновесными концентрациями компонентов в паровой фазе, отвечающими данному составу жидкой фазы. Парожидкостная система стремится к достижению равновесного состояния, в результате чего пар при контакте с жидкостью обогащается легколетучими (низкокипящими) компонентами (ЛЛК), а жидкость - труднолетучими (высококипящими) компонентами (ТЛК). Поскольку жидкость и пар движутся, как правило, противотоком (пар - вверх, жидкость - вниз), при достаточно большой, высоте колонны в ее верх. части можно получить практически чистый целевой компонент.

В зависимости от температур кипения разделяемых жидкостей ректификация проводят под различные давлением: атмосферным (температура кипения 30-150 °С), выше атмосферного (при разделении жидкостей с низкими температурами кипения, например сжиженных газов), в вакууме (при разделении высококипящих жидкостей для снижения их температур кипения). ректификация можно осуществлять непрерывно или периодически. Для непрерывной ректификация применяют колонны, состоящие из двух ступеней: верхней - укрепляющей (в ней пар укрепляется, т.е. обогащается ЛЛК) и нижней - исчерпывающей (где происходит исчерпывание жидкой смеси, т. е. извлечение ЛЛК и обогащение ее ТЛК). При периодической ректификация в колонне производится только укрепление пара. Различают ректификация бинарных (двухкомпонентных) и многокомпонентных смесей.

Рисунок 1.1 – Ректификационная установка непрерывного действия: 1 -куб-испаритель; 2-колонна; 3-дефлегматор.

Рисунок 1.2 - Графическое определение числа теоре-тич. тарелок; ОE-равновесная кривая; АВ и ВС- рабочие линия для укрепляющей в исчерпывающей частей колонны; 1-6-тарелки.

Рисунок 1.3 - Положение рабочих линий непрерывной ректификации на у-х-диаграмме.

Ректификация бинарных смесей Процесс осуществляют при дискретном (ступенчатом) контакте фаз в тарельчатых колоннах или непрерывном контакте фаз в насадочных колоннах.

Рисунок 1.4 - Установка с тепловым насосом: 1-колонна; 2-компрессор; 3— флегма; 4-дистиллят.

На основе анализа фазовых равновесий выясняется принципиальная возможность разделения и выявляются ограничения, обусловленные, например, образованием азеотропов и наличием близкокипящих компонентов. В этом случае возникает необходимость применения азеотропной или экстрактивной ректификации Эксплуатац. затраты, связанные с расходом энергии, могут достигать при ректификации 70% общей стоимости разделения, поэтому при проектировании надо решать задачу рационального сочетания флегмового числа, от которого зависит расход энергии, и числа ТТ, т.е. высоты колонны, определяющей капитальные затраты. Оптим. схема разделения должна отвечать минимуму затрат. При выборе схемы, состоящей из ряда колонн, снижение энергетич. затрат возможно за счет рекуперации тепловых потоков благодаря различию температур кипения продуктов разделения (например, высококипящие компоненты можно использовать для подогрева низкокипящих).

Большая экономия энергии может быть достигнута путем применения схемы с тепловым насосом. В данном случае пары дистиллята, выходящие из колонны, сжимаются компрессором до давления, соответствующего требуемой температуре его конденсации в кубе колонны; при этом отпадает необходимость в дефлегматоре и сокращаются расходы пара и воды. С целью экономии капитальных затрат иногда выгодно использовать вместо несколько простых колонн одну сложную колонну с отпарными секциями (см. ниже) и боковыми отборами отдельных фракций. Такие колонны используют при разделении углеводородных газов и переработке нефти.

Типичный пример сложной колонны-колонна атм. перегонки обезвоженной и обессоленной нефти (рис.1.5); продукты разделения: газ, состоящий из углеводородов С24; фракция бензина до 180 °С; фракция керосина 160-250 °С;

фракции легкого (220-300 °С) и тяжелого (280-350 °С) дизельных топлив; фракция атм. газойля 350-380 °C; мазут (фракция выше 350-380 °С). Каждый боковой погон из основные колонны направляется в спец. колонны (секции), где происходит отпарка из него легких фракций. Из отпарных колонн пары возвращаются в основные колонну, а жидкость отбирается

В виде целевых фракций ректификацию используют, наряду с указанными выше областями применения, при получении азота и кислорода из воздуха (см. Воздуха разделение), ряда чистых металлов, тяжелой воды, в промышленности органическое синтеза и др. В лабораторная практике применяют в основные те же, что и в промышленности, способы ректификации, проводимой в стеклянных насадочных либо тарельчатых ректификац. колонках; периодическую ректификацию используют для разделения небольших кол-в (несколько десятков г), непрерывную-значительной кол-в (сотни и тысячи г) смесей.

Рисунок 1.5 - Установка атмосферной перегонки нефти: 1-основные колонна; 2-отпарные колонны (секции); 3-тарелка питания; 4-отбойник; 5-конденсатор; 6-холодильник; 7-емкость орошения; 8-рабочие тарелки; I-нефть; II - газ; III -бензин; IV-керосин; V, VI-легкое и тяжелое дизельные топлива; VII-атм. газойль; VIII-мазут; IX—во да; Х-водяной пар.

Ректификация - один из самых энергоемких химический-технол. процессов. Поэтому в химический производствах все чаще применяют альтернативные процессы и методы разделения. К ним относят: испарение через мембрану (см. Мембранные процессы разделения), осуществляемое в аппаратах пленочного типа; противоточную кристаллизацию с непрерывным массообменном (экономия энергии достигается благодаря тому, что теплота плавления разделяемых веществ, как правило, существенно меньше, чем теплоты их парообразования; см. также Кристаллизационные методы разделения смесей и др. Однако, несмотря на все большее распространение этих и иных альтернативных процессов и методов, ректификация по-прежнему сохраняет свое значение в химический отраслях промышленности, особенно в нефтепереработке и нефтехимии.


1 Конструкция агрегата и технологический процесс

1.1 Конструкция агрегата

Для четкого разделения нефти на фракции применяют перегонку с ректификацией. Ректификация - это тепло- и -массообменный процесс разделения жидкостей, различающихся по температуре кипения, за счет противоточного, многократного контактирования паров и жидкости. Процесс ректификации проводится в ректификационных колоннах на специальных устройствах - ректификационных тарелках или насадках.

Колонна оборудована прямоугольно-клапанными тарелками в концентрационной части и каскадными тарелками в отгонной части.

Рабочие условия в колонне (в зависимости от перегоняемого сырья):

- давление верха – 0,5 - 1,5 кгс/см2;

- температура верха – 100  200С;

- температура низа – 220  280С.

В работающей ректификационной колонне через каждую тарелку или заменяющее ее устройство проходят два потока:

- жидкость - флегма, стекающая с вышележащей  на нижележащую тарелку;

- пары, поступающие с нижележащей на вышележащую тарелку.

Пары и жидкость, поступающие на тарелку, не находятся в состоянии равновесия, однако, вступая в соприкосновение, стремятся к этому. Жидкий поток с вышележащей тарелки поступает в зону более высокой температуры, и поэтому из него испаряется некоторое количество низкокипящего компонента, в результате чего концентрация последнего в жидкости уменьшается. С другой стороны, паровой поток, поступающий с нижележащей тарелки, попадая в зону более низкой температуры, конденсируется, и часть высококипящего продукта из этого потока переходит в жидкость.

Концентрация высококипящего компонента в парах таким образом понижается, а низкокипящего - повышается. Фракционный состав паров и жидкости по высоте колонны непрерывно изменяется.

Часть ректификационной колонны, которая расположена выше ввода сырья, называется концентрационной, а расположенная ниже ввода - отгонной. В обеих частях колонны происходит один и тот же процесс ректификации.

С верха концентрационной части в паровой фазе выводится целевой продукт необходимой чистоты - ректификат, а с нижней тарелки - жидкость, все еще в достаточной степени обогащенная низкокипящим компонентом. В отгонной части происходит отпарка из этой жидкости легкокипящих фракций, а из нижней части колонны выводится второй  продукт - кубовый остаток.

В колонну на определенном уровне по высоте колонны подается предварительно нагретое до заданной температуры сырье в виде парожидкостной смеси. Эта зона называется эвапорационной и разделяет колонну на две зоны - концентрационную и отгонную. В эвапорационной зоне происходит эвапорация - однократное испарение сырья и  разделение его на паровую и жидкостную фазы.

Для нормальной работы ректификационной колонны необходимо, чтобы с тарелки на тарелку непрерывно стекала орошающая жидкость - флегма. Поэтому часть готового продукта (ректификата) после конденсации возвращается на верхнюю тарелку в виде так называемого острого орошения-рефлюкса. При этом холодным рефлюксом регулируется температура верха колонны. Тем самым определяется качество ректификата по температуре конца кипения, по содержанию в нем высококипящих компонентов. С другой стороны, для нормальной работы колонны необходимо, чтобы с низа колонны вверх непрерывно поднимались пары.

Для создания восходящего потока паров, а также максимального извлечения из жидкого остатка более легкокипящих фракций, в отгонную часть колонны подводится тепло - при помощи технологической печи с огневым обогревом, ввода острого перегретого водяного пара .

В зависимости от числа получаемых продуктов при разделении многокомпонентных смесей различают простые и сложные ректификационные колонны. В первых при ректификации получают два продукта: ректификат и кубовый остаток.

Вторые предназначены для получения трех и более продуктов. Они представляют собой последовательно соединенные простые колонны, каждая из которых разделяет поступающую в нее смесь на два компонента.

Отгонные части сложных колонн выделяют в самостоятельные аппараты, называющиеся отпарными колоннами (стриппингами).

Одним из методов повышения концентрации высококипящих компонентов в остатке от перегонки нефти является ввод в нижнюю часть ректификационной колонны испаряющего агента.

Наиболее широко в качестве испаряющего агента при перегонке нефти применяют водяной пар. Влияние последнего заключается в следующем:

- интенсивно перемешивается кипящая жидкость, что способствует испарению низкокипящих углеводородов;

- создается большая поверхность испарения тем, что испарение углеводородов происходит внутри множества пузырьков водяного пара;

- в присутствии водяного пара снижается парциальное давление углеводородов, а соответственно и температура кипения углеводородов.

Водяной пар проходит всю ректификационную колонну и уходит с верхним продуктом, понижая температуру отбора фракций в пределах от 10 С до 20 С. Необходимо применять перегретый в печи водяной пар и вводить его в колонну с температурой, равной температуре подаваемого сырья или несколько выше. Расход водяного пара зависит от количества отпариваемых компонентов, их природы и условий внизу колонны. Для хорошей ректификации жидкой фазы внизу колонны необходимо, чтобы примерно 25 % ее переходило в парообразное состояние. Оптимальное количество перегретого водяного пара лежит в пределах 0,5  3,0  % масс. на исходное сырьё. Увеличение количества пара ведёт к повышению нагрузки колонны по парам, повышению перепада давления на колонне, избыточному обводнению нефтепродуктов, усиления коррозионных явлений.

1.2 Ход технологического процесса

Сырая нефть поступает на установку из сырьевых на прием сырьевого центробежного насоса. Для разрушения водо-нефтяных эмульсий на прием сырьевого насоса подается деэмульгатор из блока химреагентов. Сюда же поступает промывная вода а также некондиционные продукты. Расход промывной воды не менее 1,5 т/ч контролируется расходомером.

От насоса нефть с давлением 7- 8 кгс/см2, направляется в трубное пространство теплообменников, где подогревается до температуры 100-105С. Температура нефти после теплообменника контролируется  по прибору.

После теплообменников поток нефти направляется в электродегидратор. Расход нефти контролируется по прибору.

Далее сырая нефть с промывной водой проходит через клапан-смеситель, где за счёт дросселирования нефть перемешивается с промывной водой. После клапана-смесителя водо-нефтяная смесь поступает в нижнюю часть электродегидратора.

Нефтеводяная смесь снизу аппарата поступает в маточник, равномерно распределяется по всему горизонтальному сечению электродегидратора, проходит слой отстоявшейся воды и затем поступает в зону слабого электрического поля, создаваемого между нижним электродом и зеркалом воды. В этой зоне выпадают крупные частицы воды. Освобождённая от части воды нефть далее поступает в межэлектродное пространство с сильным электрическим полем, где обезвоживается до регламентных параметров. Далее нефть вытесняется в зону над электродами и выше к выкидному коллектору обезвоженной и обессоленной нефти, а затем поступает на вторичный подогрев в теплообменник.

Уровень раздела фаз «нефть - засоленная вода» в электродегидраторе автоматически поддерживается регулятором путём вывода засоленной воды со следами нефти через клапан в блок очистных сооружений. Предварительно засоленная вода охлаждается в теплообменниках, нагревая промывную воду, что способствует более эффективному отделению воды в электродегидраторе.

На выходе из электродегидратора установлен датчик давления.

После электродегидратора обезвоженная и обессоленная нефть с содержанием воды не более 0,1 % масс., и хлоридов не более 3 мг/л вторично подогревается в трубном пространстве теплообменника до температуры 220-280С и поступает в эвапорационное пространство простой атмосферной колонны.

В колонне происходит разделение нефти на ректификат и кубовый остаток:

- легкий бензин;

- нефть.

Для снижения парциального давления нефтяных паров с целью улучшения отпарки легких фракций из кубового остатка колонны в низ подается перегретый в пароперегревателе печи водяной пар.

Расход водяного пара 300  600 кг/ч контролируется датчиком перепада давления.

С верха колонны по шлемовой трубе выводятся пары бензиновой фракции, углеводородный газ и водяные пары, которые поступают в водяной холодильник-конденсатор, где конденсируются и охлаждаются до температуры 45 – 50С. Эта температура  автоматически поддерживается регулятором путем увеличения или уменьшения расхода воды.

Газоконденсатная смесь собирается в рефлюксной емкости, где происходит разделение углеводородных газов, нестабильного прямогонного бензина и воды.

Бензин из емкости насосом с целью регулирования температуры верха колонны подается в качестве острого орошения на верх колонны. Температура верха колонны автоматически поддерживается регулятором путём подачи управляющего сигнала регулятору расхода острого орошения.

Балансовое количество прямогонного бензина из по уровню в рефлюксной емкости направляется в товарно-сырьевой парк. Расход бензина в парк замеряется прибором расходомером.

Давление в рефлюксной емкости (и во всей системе) 0,51,5 кгс/см2 автоматически поддерживается регулятором путём сброса избытка углеводородных газов из емкости через клапан на факел.

Отстоявшийся водяной конденсат из отстойника рефлюксной емкости по уровню раздела фаз поступает на подогрев в теплообменник и далее в блок ЭЛОУ в качестве промывной воды.

Нефть с куба колонны забирается по уровню в кубе насосом и поступает двумя параллельными потокамив печь для дальнейшего нагрева и переработки.

Сигнализация минимального (30%) и максимального (80%)  уровней в кубе колонны осуществляется прибором сигнализатором уровня.

Расход нефти по потокам на входе в печь – от 6 до 18 т/ч автоматически поддерживается регуляторами.

Нефть двумя потоками проходит через горизонтальные змеевики конвекционной камеры печи, где нагревается за счет тепла дымовых газов. Далее нефть через перевал печи поступает в радиантную зону, где дальнейший нагрев происходит в вертикальных змеевиках за счет лучистой радиации сжигаемого топлива и радиации разогретых стен печи. Пройдя через змеевики радиантной камеры, оба потока после печи объединяются в один общий поток. Далее нефть по трубопроводу идет в атмосферную колонну.

Температура обоих потоков нефти на выходе из печи измеряется  приборами ТХА, соответственно и должна быть примерно одинаковой.

Температура общего потока нефти на выходе из печи автоматически поддерживается регулятором в диапазоне 250-350 0С (в зависимости от состава нефти) путём подачи управляющего сигнала регуляторам расхода  газообразного и жидкого топлива на горелки печи.

ПАКЕТЫ МОДЕЛИРУЮЩИХ ПРОГРАММ

Системный подход к исследованию химико-технологических процессов  предусматривает не только изучение закономерностей протекания процессов в отдельных аппаратах, но анализ производства в целом, с учётом их взаимодействия. Аппараты (единицы оборудования), соединённые между собой материальными и тепловыми потоками, образуют технологическую схему химического производства. В действительности, задача компьютерного моделирования химико-технологического процесса (ХТП) состоит в решении задач построения математической модели (ММ), идентификации (ИДЕНТ) и оптимизации (ОПТ) химического производства, т.е. решения указанного комплекса задач для технологической схемы всего процесса.

Перечисленный комплекс задач решается на третьем уровне иерархии процессов химического предприятия — на уровне химического производства, при этом предусматривается успешное решение аналогичных задач на микро- и макроуровне ХТП, т.е. на первом и втором уровнях иерархии предприятия. Решение последних детально рассмотрено в предыдущих главах этой книги. Таким образом, для компьютерного моделирования ХТП (технологических схем химических производств) необходим мощный инструмент — пакет моделирующих программ (ПМП), который позволял бы реализовать на компьютерах целый набор приёмов и методов решения перечисленных задач моделирования на первом, втором и третьем уровне иерархии химического предприятия.

ПМП представляют собой универсальную программную оболочку, в которой реализуются три основных режима её работы:

• «изображение процесса» — для графического представления технологической схемы производства;

• «расчёты» — для выполнения вычислений с применением реализованных в виде расчётных модулей алгоритмов решения задач компьютерного моделирования;

• «диаграмма процесса» — для представления результатов выполненных расчётов в виде таблиц, графиков и диаграмм.

Каждый из трёх основных режимов требует реализации специальных модулей, с использованием которых можно построить технологическую схему любого ХТП и решать комплекс задач его моделирования на компьютерах. При этом данные, необходимые для проведения расчётов, как, например, физико-химические свойства веществ, алгоритмы для вычисления свойств многокомпонентных смесей, различные алгоритмы для поверочно-оценочных и проектных расчётов аппаратов, включены в состав ПМП. Это означает, что расчётные модули ПМП используют для вычислений данные из фактографической базы данных (БД) по физико-химическим свойствам индивидуальных веществ. Для выбора алгоритмов расчёта свойств многокомпонентных смесей и алгоритмов расчёта аппаратов (единиц оборудования) технологической схемы в состав ПМП включаются экспертные системы (ЭС), которые с учётом покомпонентного состава систем, по конкретным данным о диапазонах изменения температур и давлений производства «предлагают» сделать оптимальный выбор термодинамического метода или вычислительного алгоритма.

В информатике такие ПМП принято относить к классу программных продуктов, называемых симуляторами, в данном случае — симуляторами химических производств. Они, как правило, реализуются в виде единого программного комплекса, функционирующего в операционной среде Windows, и не требуют для работы каких-либо дополнительных программных продуктов. Симуляторы химических производств являются мощным инструментом для химиков-технологов и инженеров-химиков, занимающихся расчётно-технологическим проектированием ХТП и управлением химическими производствами на действующих предприятиях.

В общем случае с применением современных ПМП — симуляторов химических производств — решаются следующие задачи:

• анализа, оптимизации и синтеза химико-технологических систем (ХТС) для проектируемых и действующих производств (см. главу 1);

• исследования динамического поведения ХТС для синтеза систем управления;

• разработки компьютерных систем обучения операторов химических производств, в частности тренажёрных комплексов.

Поэтому в настоящее время симуляторы химических производств (ПМП) широко используются в автоматизированных системах прикладной информатики, таких как САПР, АСУТП, АСНИ и АОС .

Для современных специалистов в области химической технологии умение пользоваться ПМП является необходимым условием подтверждения своей квалификации как химика-технолога и инженера-химика.

В 1976 году фирма Hyprotech в Канаде реализовала первый интерактивный компьютерный продукт для моделирования химико-технологических процессов — HYSIM, став первым продавцом программного обеспечения, обеспечивающего расчёт производства на ПК. Первыми покупателями этой программы стали предприятия нефтегазовой промышленности Канады. Преемником ПМП HYSIM в настоящее время является симулятор HYSYS.[3]

4 Регулятор

MPC (модель интеллектуального управления)

MPC - форма управления, в котором текущее управляющее воздействие получено путем решения он-лайн,  в каждый момент выборки, конечную проблему оптимального управления разомкнутого цикла, используя текущее состояние завода как начальное состояние; оптимизация дает оптимальную логику управления и первое управление в этой последовательности применено к заводу.

Виды MPC

■ Robust MPC- гарантирует выполнимость и устойчивость

■ Feedback MPC - смягчают уменьшение выполнимой области

■ Pre-computed MPC- кусочно-линейное решение хранится в базе данных или Решение офф-лайн с использованием параметрического (линейного или квадратичного) программирования

■ Decentralised MPC, как используется в автономном воздушном механизме -

Ускоряет вычисления.

Базовая структура MPC

Компоненты MPC

■ Прогнозирующая модель

■ Целевая функция

■ Получение закона управления

Что делает MPC успешным в промышленности

1 Он обрабатывает многомерные задачи управления

2 Он может принять во внимание ограничения исполнительных механизмов

3 обеспечивает работу ближе к ограничениям, следовательно, увеличивается

прибыль

4 Он имеет достаточно времени для он-лайн вычислений

5 Он может обрабатывать не-минимальные фазовые и неустойчивые процессы

Types of MPC

■ Linear MPC

1. Uses linear model:

x= Ax + Bu

2. Quadratic cost function:

F = xTQx + uTRu

3. Linear constraints:

Hx + Gu < 0

4. Quadratic program

■ Nonlinear MPC

1. Uses nonlinear model:

x= f(x, u)

2. Cost function can be

nonquadratic:F(x,u)

3. Nonlinear constraints:h(x,u) < 0

4. Nonlinear program [2]

Вывод

Сложность этого процесса включает аспект распределенности, нелинейность динамики и периодическое резервирование циркуляции газа. До этого момента, очень мало работ посвящено работе с такими процессами, особенно их многомерному оптимальному управлению. В данной работе, мы сравнили регуляторы LQR и MPC с наблюдателем высокого порядка. Основная проблема управления заключается в поддержании температуры в заданном диапазоне для того, чтобы реакция происходила полностью и не происходил перегрев. В случае больших входных возмущений, связанных со стохастическом изменении концентрации входного продукта, оба регулятора с наблюдателям оказываются робастными, поскольку поддержание температуры в заданных пределах теоретически возможно. Применение данных регуляторов актуально для промышленного применения. Поскольку LQR проводит оценку состояния (в то время как MPC напрямую оценивает входное возмущение) большое возмущение на входе приводит к тому, что качество переходных процессов с LQR регулятором выше. Использование LQR приводит к лучшему ведению процесса в сравнении с MPC: требуется меньше энергетических затрат, соответственно затрат газа. В тоже время алгоритм управления LQR регулятора проводит две несвязанные оптимизации, а алгоритм MPC - обобщенную оптимизацию по целевой функции, которая позволяет включать регламентные ограничения. Это делает MPC более удобным для применения его для задач многомерного управления в общем случае. (Это предложение для Вашего вывода не нужно).Было также показано, что что настройка MPC регулятора является непростой задачей для сложных процессов с большими возмущениями."

Всего должно быть 100 страниц, 50 источников со ссылками. И 15-20 слайдов.

Література

  1.  Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. - М.: Химия, 1981. - 352 с. ил.
  2.  http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.177.4756&rep=rep1&type=pdf
  3.   Гартман Т.Н., Клушин Д.В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов / Учебное пособие для вузов. — М. : Академкнига, 2006. — 416 с.
  4.  Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер с англ. — М.: ЗАО «Олимп—Бизнес», 2004. — 224 с: ил

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

77337. Использование жестовых интерфейсов при взаимодействии с объектами 151.5 KB
  Задача разработки трехмерных жестовых интерфейсов связана с задачами удаленного взаимодействия с реальными или виртуальными объектами. Таким образом возникает задача разработки новых удобных для осуществления основной деятельности пользователей...
77338. К проблеме психологического влияния сети Интернет 16.5 KB
  Начало XXI века ознаменовалось значительным ростом аудитории сети Интернет. Вместе с этим растет и время проводимое пользователями в сети появились и продолжают появляться разнообразные сервисы в том числе направленные на общение и взаимодействие между людьми. Однако до сих пор не существует единой точки зрения относительно психологического влияния сети Интернет.
77340. КОМПИЛЯТОР C89 ДЛЯ ПРОЦЕССОРА MCP 0411100101 26 KB
  Бахтерев ИММ УрО РАН Высокопроизводительные процессоры семейства MCp выпускаемые компанией Мультиклет основаны на оригинальной архитектуре с явным параллелизмом инструкций EPIC Explicitly Prllel Instruction Computing. Особенности кодирования параграфов позволяют выполнять их разным количеством связанных специальным коммутатором клеток функциональных устройств MCp; потенциально это количество может меняться во и время работы процессора. Ещё одной особенностью MCp является то что процессор вносит изменения в память системы как...
77341. Язык программирования 0xfb.L 65.5 KB
  Близится выход С0x новой расширенной версии С которая может стать тем самым инструментом но стандарт С сам по себе очень сложен синтаксис система типов виртуальные методы не все компиляторы поддерживают все возможности поэтому расширение кажется спорным решением. Концепция является результатом развития идей метапрограммирования Lisp Nemerle и сводится к динамическому выстраиванию окружения состоящего из типов переменных и операторов во время компиляции. В процессе компиляции каждое выражение синтаксическая конструкция...
77342. МАНИПУЛЯТОРЫ ДЛЯ СИСТЕМ НАУЧНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ 244.5 KB
  И если для средств вывода уже есть такие мощные средства как системы типа Cve стерео очки стерео мониторы и шлемы виртуальной и расширенной реальности то в области средств ввода или манипуляторов таких решений очень мало и не имеют большого распространения. Нами была поставлена задача разработать интерфейс для работы с виртуальными объектами в котором бы учитывались достоинства и недостатки уже существующих манипуляторов и который был бы максимально прост и естественен в использовании. Обзор существующих решений Был проведён критический...
77343. Манипуляция объектами в системах компьютерной визуализации 38.5 KB
  Серьезной задачей в системах визуализации является обеспечение различных действий с визуальными объектами при работе с трехмерной графикой. Как правило, при реализации методов непосредственного манипулирования с визуальными объектами все операции проводятся в основном окне вывода
77344. Математическая и компьютерная модель стимуляции и использования радиочастотной энергии в почечных артериях на симпатические ганглии и пути 198.5 KB
  Электрод для деструкции симпатических ганглиев и путей. Метод деструкции симпатических ганглиев и проводящих путей Цель. Создать модель воздействия стимуляции и радиочастотной энергии на симпатические ганглии и проводящие пути для прогнозирования результата воздействия и сопоставления с клиническими данными для выработки оптимальной процедуры воздействия и достижения максимального успеха вмешательства Задачи Создать модель почечных артерии и ганглиев и проводящих путей вокруг них Создать модель связи между различными режимами...
77345. Методы манипуляций объектами в трёхмерных визуальных средах 220.5 KB
  Использование средств трехмерной графики в том числе базирующихся на средах виртуальной реальности естественно влечёт поиск новых трехмерны средств ввода и построения на их базе новых систем человеко-компьютерного взаимодействия. Вместе с тем возникают проблемы с применением сложных систем ввода в средах визуализации. Причем сложности возникают как с эксплуатацией и непосредственным использованием техники так и с диалоговыми языками ввода и взаимодействия. Наша цель состоит в разработке простых средств ввода в системах...