Способ автоматического управления процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне Советский патент 1992 года по МПК B01D3/42 G05D27/00 

Изобретение относится к способам автоматического управления сложными ректификационными колоннами с однократным испарением сырья и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.

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

На фиг. 1 показана схема реализации способа..

Процесс ректификации нефти 1, нагретой до парожидкостного состояния в печи 2 за счет сгорания топлива 3, осуществляется в сложной колонне 4. Продуктами разделения являются четыре продукта: бензин 5, керосин 6, дизельное топливо 7 и мазут 8.

Пары бензина конденсируются в конденсаторе-холодильнике 9 и поступают в емкость 10. из которой подается на верх колонны острое орошение 11. Для создания флегмового потока в каждой секции колонны г боковым погоном осуществляется отвод тепла при помощи верхнего 12 и нижнего 13 циркуляционных орошений. Требуемое качество бензина обеспечивается за счет поддержания заданной температуры паров, выходящих из колонны, при помощи регулятора 14 температуры, датчика 15 расхода острого орошения, регулятора 16 и исполнительного механизма 17.

4 4 О О ГчЭ -Ч

Первый вход вычислительного устройства 18 связан с выходом датчика 19 разности температур паров, выходящих из колонны, и острого орошения 11. Выход регулятора 20 качества керосина соединен с первым входом регулятора 21 расхода, второй вход которого соединен с выходом датчика 22 расхода, также подключенного к второму входу управляющего вычислительного устройства 18, а выход регулятора 21 расхода соединен с исполнительным механизмом 23, установленным на линии вывода керосина 6. Выход регулятора 24 качества дизельного топлива соединен с первым входом регулятора 25 расхода, второй вход ко- торого подключен к выходу датчика 26 расхода, также подключенного к третьему входу управляющего вычислительного устройства 18, а выход регулятора 25 расхода соединен с исполнительным механизмом 27, установленным на линии вывода дизельного топлива 7. Выходы датчиков 28 и 29 расхода циркуляционных орошений соединены с первыми входами регуляторов 30 и 31 и с четвертым и пятым входами управляю- щего вычислительного устройства 18. Выходы регуляторов 30 и 31 расхода соединены с исполнительными механизмами 32 и 33, установленными на линиях подачи верхнего

12и нижнего 13 циркуляционных ороше- ний. Выходы датчиков 34 и 35 разности температур, установленных на линиях верхнего

и нижнего циркуляционных орошений, соединены с шестым и седьмым входами управляющего вычислительного устройства 18. Выход датчика 36 расхода нефти соединен с восьмым входом управляющего вычислительного устройства 18 и входом регулятора 37, соединенного с исполнительным механизмом 38, установленным на линии подачи нефти в печь 2. Выход датчика 39 температуры нефти из печи соединен с первым входом регулятора 40. Выход регулятора 40 подключен к исполнительному механизму 41, установленному на линии подачи топли- ва 3. Выход датчика 42 расхода бензина подключен к девятому входу управляющего вычислительного устройства 18, десятый вход которого подключен к выходу датчика 15 расхода острого орошения. Выходы уп- равляющего вычислительного устройства 18 подключены к вторым входам регуляторов 30 и 31 расхода верхнего 12 и нижнего

13циркуляционных орошений, а третий выход - к второму входу регулятора 40 темпе- ратуры нефти из печи.

Для расчета величины внутреннего орошения колонны, создаваемого острым орошением, используются в управляющем вычислительном устройстве 18 сигналы, поступающие от датчика 15 расхода острого орошения и датчика 19 разности температур паров, выходящих из колонны, и острого орошения.

Качество керосина регулируют при помощи регулятора 20 качества, регулятора 21 расхода, датчика 22 расхода и исполнительного механизма 23. Качество дизельного топлива регулируют при помощи регулятора 24 качества, регулятора 25 расхода, датчика 26 и исполнительного механизма 27. Отдатчиков 22 и 26 расхода боковых погонов выходной сигнал поступает также на вход управляющего вычислительного устройства 18, Расход верхнего 12 и нижнего 13 циркуляционных орошений регулируютпри помощи датчиков 28 и 29 расхода, регуляторов 30 и 31 и исполнительных механизмов 32 и 33. Выходные сигналы от датчиков 28 и 29 расхода поступают также на вход управляющего вычислительного устройства 18. Датчики 34 и 35 измеряют разность температур верхнего и нижнего циркуляционных орошений на выходе и входе в колонну, и от них сигнал поступает в управляющее вычислительное устройство 18. Расход нефти в колонну регулируют при помощи датчика 36 расхода нефти, регулятора 37 и исполнительного механизма 38. Регулирование температуры в печи 2 осуществляют при помощи датчика 39 температуры, регулятора 40 температуры и исполнительного механизма 41. Расход бензина измеряют датчиком 42. Управляющее вычислительное устройство 18 вырабатывает три управляющих сигнала. Первый сигнал YI поступает на вход задания регулятора 30 расхода верхнего циркуляционного орошения, второй сигнал Y2 - на вход задания регулятора 31 нижнего циркуляционного орошения, а третий сигнал Уз- на вход задания регулятора 40 температуры нагрева нефти.

При реализации способа автоматического управления могут быть использованы серийные средства контроля и автоматизации. В качестве датчиков 15, 22, 26, 28, 29, 36 и 42 расхода могут быть применены диф- манометры Сапфир 22 в комплекте с диафрагмами ДК-40, в качестве регуляторов 16, 21, 25, 30, 31, 37 и 40 - станции управления СУРА-2 в комплекте с регуляторами РБАМ и электропневматическими преобразователями ЭПП, в качестве датчика 39 температуры и датчиков 19, 34 и 35 разности температур - преобразователи температуры Ш-78 в комплекте с термопарами ТХК-0806, в качестве регулятора 14 температуры - станция управления СУРА-2 в комплекте с термопарой ТХК-0806 и регулятором РБАМ, в качестве регуляторов 20 и 24 качества автоматические плотномеры АИП или анализаторы конца кипения нефтепродуктов АПТВ-1 в комплекте со станцией управления СУРА-2 и регуляторами РБАМ, в качестве исполнительных механизмов 17, 23, 27, 32, 33,38 и 41 - регулирующие клапаны 25с48нж. Функции управляющего вычислительного устройства 18 реализуются при помощи средств вычислительной техники, например УВКСМ1814.

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

Для обеспечения максимального расхода каждого бокового погона необходимо, чтобы состав жидкости на тарелке с выводом этого погона соответствовал требуемому составу бокового погона. При работе ректификационной колонны в условиях переменного состава и расхода нефти состав жидкости на тарелках с вводом боковых по- гонов может отличаться от требуемого. Смещение составов жидкости по высоте колонны может осуществляться за счет изменения расхода бокового погона, флегмо- вого числа в колонне (отношение расхода жидкости к расходу парового потока) или доли отгона нефти.

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

G- 4 С2 + 6з -1 0« - О,

о-о +fr j..3 ъ-е ,м

- G«

где аизб - доля избыточного однократного испарения,%;

GI - расход внутреннего орошения колонны за счет подачи острого орошения, т/ч;

Ga расход внутреннего орошения ко- лонны за счет подачи верхнего циркуляционного орошения, т/ч;

Сз - расход внутреннего орошения колонны за счет подачи нижнего циркуляционного орошения, т/ч;

GK - расход керосина, т/ч (измеряется датчиком 22 расхода;

Сдт - расход дизельного топлива, т/ч (измеряется датчиком 26 расхода);

GH - расход нефти, т/ч (измеряется датчиком 36 расхода);

Goo, Свцо, Снцо - расход соответственно острого, верхнего и нижнего циркуляционных орошений, т/ч (измеряется датчиками 15, 28 и 29 расхода);

Cpi, Ср2, Срз - теплоемкость соответственно бензина, керосина и дизельного топлива, ккал/(т х град.);

П - гз - скрытая теплота парообразования соответственно бензина, керосина и дизельного топлива, ккал/т;

Ati - разность температур паров на выходе из колонны и острого орошения, град,

Дй, At3 - разность температур соответственно верхнего и нижнего циркуляционных орошений на выходе и входе в колонну, град.

Доля избыточного однократного испарения нефти аизб. выбирается в пределах 3-5% Регулирование осуществляется путем выдачи управляющего корректирующего сигнала Y3, отрабатываемого в управляющем вычислительном устройстве 18 в зависимости от отклонения рассчитанной п уравнению (1) величины аизб. от заданно с значения доли избыточного однократного испарения а3за., в регулятор 40 температ/ры нагрева нефти. Регулирование доли избыточного однократного испарения позволяет, помимо снижения расхода энергоресурсов, обеспечить постоянный состав паров, входящих всепарационную секцию колонны, при этом количество паров в колонне равно при избытке 3-5% количеству дистиллятов заданного качества. Постоянный состав паров в верхней части колонны обеспечивается при помощи схемы регулирования расхода острого орошения колонны с коррекцией по температуре паров бензина (схема включает регулятор 14 температуры, датчик 15 расхода, регулятор 16 расхода и исполнительный механизм 17) При фиксированных составах на верхней и нижней тарелках сепарационной части колонны необходимо учесть влияние на профиль составов по высоте колонны отбора боковых погонов и значения флегмового

числа у (отношение расхода внутреннего

орошения секции колонны к расходу паров) Рассмотрим взаимосвязь влияния этих двух факторов на показатели качества одного из боковых погонов, например на температуру выкипания этой фракции.

На фиг. 2 показано распределение по высоте секции составов жидкой фазы, характеризуемых средней температурой выкипания, для двух режимов работы секции колонны с выводом бокового погона при постоянном составе флегмы, поступающей в эту секцию. В режиме 1 работы на тарелке с выводом бокового погона средняя температура выкипания равна ti. Однако требуется получать боковой погон с температурой выкипания tz. Такой состав жидкости находится на нижележащей тарелке № 9. Для обеспечения максимального отбора бокового погона требуемого качества необходимо сместить составы жидкости в секции колонны снизу вверх с тарелки № 9 на тарелку № 7 с выводом бокового погона, Это смещение составов можно выполнить за счет увеличения расхода бокового погона или за счет уменьшения флегмового числа в секции. Влияние относительного изменения флегмового числа более значительно, чем изменение расхода бокового погона. Значимость влияния изменения флегмового числа по отношению к изменению расхода бокового погона обратно пропорциональна отношению отрезка ab к отрезку cd на графике фиг. 2.

Регулировать смещение составов по высоте колонны при помощи изменения расхода бокового погона можно только в узком диапазоне. Нельзя, например, увеличивать расход бокового погона больше, чем содержание его в нефти. Уменьшать его в большой степени также нежелательно, так как это ведет к сокращению отбора светлых нефтепродуктов. Таким образом, регулировать состав бокового погона за счет измене- ния его расхода можно только в определенном узком диапазоне, а при достижении предельных (максимального или минимального) значений расхода бокового погона должна производиться коррекция более влиятельного параметра - флегмового числа в секции.

Исходя из указанного производят коррекцию флегмового числа в зависимости от новых дополнительных параметров-предельных минимальных и максимальных расходов бокового погона. Значение предельного максимального расхода выбирается близким к по- тенциальному содержанию фракции бокового погона в перерабатываемой нефти в данный период времени. Минимальный предельный отбор выбирается на 3-5% меньше максимального.

Рассмотрим работу схемы регулирования качества бокового погона на примере нижнего бокового погона с выводом дизельного топлива.

Схема регулирования расхода бокового погона включает в себя датчик 26 расхода дизельного топлива, регулятор 25 и регулятор 24 качества, например регулятор температуры конца кипения дизельного топлива. При изменении состава бокового погона, например при уменьшении температуры конца кипения, регулятор 24 качества увеличивает задание в регулятор 25, который, в

свою очередь, уменьшает выходной сигнал на исполнительный механизм 27 для увеличения степени его открытия. Но при этом отбор дизельного топлива может достигнуть своего предельного максимального значения, а требуемое качество дизельного топлива не будет достигнуто. Это означает то, что необходимый состав жидкости находится на нижележащей тарелке и для смещения составов вверх по высоте колонны требуется более эффективное воздействие, чем изменение расхода бокового погона. В этом случае необходимо уменьшить флегмовое число в рассматриваемой секции колонны. Флегмовое число для данной секции (в сечении ниже тарелки с выводом бокового погона) рассчитывается по уравнению, выведенному исходя из материального и теплового балансов сепарационной части колонны, в управляющем вычислительном

устройстве 18:

L )- Ge+S(.i) + S

Л« Снцо Срз йи - G - GAJ

«

где Сб - расход бензина, т/ч.

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

циркуляционного орошения, датчика 35 разности температур нижнего циркуляционного орошения и датчиков 42, 22 и 26 расхода бензина, керосина и дизельного топлива, рассчитывает согласно уравнению (2) текущее значение флегмового числа (у)дт в секции, сравнивает его с заданным значением флегмового числа (у)дтзад и вырабатывает

в зависимости от величины рассогласования этих двух величин управляющий корректирующий сигнал Y2 в регулятор 31 расхода нижнего циркуляционного орошения. Регулятор 31 своим выходным сигналом воздейст вует на исполнительный механизм 33 до тех пор, пока (тт)дт не будет равно (т)дтзад Коррекция заданного значения флегмо- вого числа (у)дтзад осуществляется при достижении расходом дизельного топлива предельного максимального значения, т.е. при

GAT /-Одтчпред.макс.

GH VGH;

дискретно путем уменьшения заданного флегмового числа (у)дтзад на 1-3% при каждом цикле корректировки. При

бдт .мин. GH GHJ

выполняется корректировка заданного

флегмового числа

(v

Дт зад в сторону его

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

GooC+feAtO +

(

Г2

Гс+г ( I- Cp1 At Л + Свцо Ср2 2 G6 + Goo (1 + - Ati) +-

Способ автоматического управления предусматривает также адаптацию значений предельных расходов бокового отбора при значительных изменениях состава нефти. В качестве дополнительного параметра, определяющего значительное изменение состава нефти, используются предельные максимальное и минимальное значения флегмового числа в секции. Диапазон возможного изменения значений флегмовых чисел между максимальным и минимальным предельными значениями выбирается таким чтобы обеспечить требуемое смещение составов по высоте колонны и создать условия для четкого фракционирования боково- го погона. Если отбор бокового погона достиг своего предельного максимального значения

Цдт /Ьдтлпред.макс.

GH

(Gf

ЧГ„

и одновременно значение флегмового числа в данной секции колонны равно или меньше своего предельного минимального значения

/L /Ьчпред.мин . (JJfV (f)Kf

то это означает, что в нефти значительно увеличилось содержание фракции дизельного топлива, и выдается команда на коррекцию предыдущих значений предельных расходов дизельного топлива. При этом одновременно увеличиваются на 3-5% значения и минимального, и максимального предельных расходов дизельного топлива. В случае понижения содержания светлых компонентов в нефти способ осуществляется аналогично с уменьшением предельных значений расходов дизельного топлива при

Сдт /Сдтчпред мин

г- - V75-)

GH 4GH

(у)т (v

пред макс

Мт - Vy;

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

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

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

LzoobLi

г

Tgge/ ЈЈ с подачей

W

л

(i-0&&0Ј0# Q-.

бокового погона

s

9+-го