Способ автоматического управления сложной ректификационной колонной Советский патент 1992 года по МПК B01D3/42 G05D27/00 

ся в регулировании теплосъема орошениями секций колонны в зависимости от отвода тепла в первой секции и отношения разности температур в этих секциях ректификационной колонны, а теплосьем в первой секции корректируют в зависимости от температуры верха колонны.

Этот способ автоматического регулирования обеспечивает учет взаимовлияния теплосъема в смежных секциях колонны, но он не учитывает влияние изменения условий массопередачи в колонне, связанного, например, с изменением состава питания или требований к фракционному составу боковых погонов, которые приводят к несоответствию состава жидкости на тарелках с выводом боковых погонов с требуемым составом боковых погонов.

Целью изобретения является увеличение отбора дистиллятных погонов и повышение их качества.

Способ автоматического управления сложной ректификационной колонной позволяет увеличить отбор суммы дистиллятных погонов за счет стратегии управления, заключающийся в том, что при обеспечении заданного показателя среднего состава нижнего бокового погона и изменении в допустимых пределах показателя среднего со- става верхнего бокового погона осуществляется при помощи логического алгоритма идентификация причин изменения относительных отборов боковых планов и выполняется коррекция относительных отборов дистиллятных погонов и соотношения расходов циркуляционного и острого орошений колонны для обеспечения соответствия состава жидкости на тарелках с выводом боковых погонов требуемому их составу и относительного их отбора содержанию дистиллятных фракций в питании.

Поставленная цель достигается тем, что в способе автоматического управления сложной ректификационной колонной, включающем регулирование расхода орошения в секции колонны в зависимости от отношения разностей температур в смежных секциях колонны, измеряют расход нижнего бокового погона, определяют относительный отбор нижнего бокового погона, показатель среднего состава верхнего бокового погона, задают предельные максимальные и минимальные значения отношения разностей температур в смежных секциях колонны, показателя среднего состава верхнего бокового погона, относительно отбора нижнего бокового погона, при достижении относительного отбора нижнего бокового погона предельных значений корректируют через заданный интервал времени с определенным шаюм значение показателя среднего состава верхнего бокового погона, при одновременном достижении относительного отбора нижнего

бокового погона и показателя среднего состава верхнего бокового погона предельных значений корректируют через заданный интервал времени с определенным шагом отношение разностей температур в смежных

0 секциях колонны, а при одновременном достижении относительного отбора нижнего бокового погона, показателя среднего состава верхнего бокового Погона и отношения разностей температур в смежных

5 секциях колонны предельных значений корректируют через заданный интервал времени с определенным шагом предельные максимальное и минимальное значения отборов нижнего бокового погона.

0 На чертеже показана схема реализации способа.

Процесс разделения исходной смеси осуществляется в сложной ректификационной колонне 1, в которую в пэрожидкостном

5 состоянии поступает питание 2, Пары с верха колонны проходят конденсатор-холодильник 3, емкость 4, из которой часть сконденсированного продукта поступает в колонну в виде острого орошения 5, а другая

0 часть является головным продуктом б. Продуктами ректификации в колонне, кроме головного продукта б, является верхний 7 и нижний 8 боковые погоны, а также кубовый продукт 9. Для обеспечения равномерного

5 потока внутреннего орошения по высоте колонны выполняется отвод тепла от средней части колонны при помощи циркуляционного орошения 10, охлаждаемого в холодильнике 11,

0 Регулирование расхода питания в колонну 1 осуществляется при помощи последовательно соединенных датчика 12 расхода, регулятора 13 и исполнительного механизма 14, установленного на линии

5 подачи питания в колонну 1.

Регулирование температуры верха колонны выполняется при помощи последова- тельно соединенных датчика 15 и регулятора 16 температуры, выход которого

0 соединен с первым входом регулятора 17 расхода Второй вход регулятора 17 расхода связан с датчиком 18 расхода, а выход - с исполнительным механизмом 19 на линии подачи острого орошения в колонну.

5 Регулирование расхода циркуляционного орошения производится при помощи регулятора 20 отношения разностей температур в средней и верхней секциях колонны, входы которого соединены с выходами блока 21 деления и управляющего вычислительного устройства УВУ 22, а выход связан с первым входом регулятора 23 расхода циркуляционного орошения. Входы блока 21 деления соединены с выходами датчиков 24 и 25 разности температур в секциях колонны.

Второй вход регулятора 23 расхода подключен к выходу датчика 26 расхода циркуляционного орошения, а выход связан с исполнительным механизмом 27.

Показатель среднего состава нижнего бокового погона регулируется регулятором 28 показателя среднего состава, соединенного с первым входом регулятора 29 расхода нижнего бокового погона, второй вход которого связан с выходом датчика 30 расхода, а выход-сисполнительным механизмом 31. Выход датчика 30 расхода нижнего бокового погона соединен также с входом УВУ 22.

Показатель среднего состава верхнего бокового погона поддерживается на заданном уровне при помощи регулятора 32 показателя среднего состава, вход которого связан с вторым выходом УВУ 22, а выход с первым входом регулятора 33 расхода,- второй вход которого соединен с выходом датчика 34 расхода, а выход - с исполнительным механизмом 35.

Управляющее вычислительное устройство УВУ 22 выполняет расчет относительного отбора нижнего бокового погона и логический ана/.из причин достижения его предельных значений путем сравнения относительного отбора нижнего бокового погона, показателя среднего состава верхнего бокового погона и отношения разностей температур в секциях колонны с их предельными значениями. В зависимости от результатов анализа оно через заданный интервал времени с определенным шагом корректирует задание регулятору 32 показателя среднего состава верхнего бокового погона 7, или регулятору 20 отношения разностей температур в секциях колонны, или предельные максимальное и минимальное значения отбора нижнего бокового погона. УВУ 22 своим первым входом соединено с выходом датчика 12 расхода питания, вторым-с выходом блока 21 деления, третьим - с выходом датчика 30 расхода нижнего бокового погона. Первый выход УВУ 22 подключен к второму входу регулятора 20 отношения разностей температур, а второй - к входу регулятора 32 показателя среднего состава верхнего бокового погона.

При реализации предлагаемого способа автоматического управления в промышленных условиях могут быть использованы серийные средства контроля и автоматики, В качестве датчиков 12, 18, 26, 30, 34 расхода могук быть применены дифманометры Сапфир-22ДД в комплекте с диафрагмами ДК-40, датчиков 15, 24, 25 температуры и разности температур -преобразователи Ш705И в комплекте с термопарами ТХК-0179, исполнительных механизмов 14, 19, 27, 31, 35 - регулирующие клапаны 25с48нж. Функции регуляторов 13, 16, 17, 20, 23, 29. 33 блока 21 деления, управляющего вычисли0 тельного устройства 22 реализуются /, зтче- ским микропроцессорным контроллером Ломиконт-122.

В качестве регуляторов среднего состава 28, 32 можно использовать автоматиче5 ские вискозиметры АВМ.

Автоматическое управление сложной колонной осуществляется следующим образом. В сложную ректификационную колонну 1 поступает в парожидкостном состоянии

0 питание 2. Четкость разделения исходной смеси с получением головного продукта 6, верхнего 7 и нижнего 8 боковых погонов, а также кубового остатка 9 обеспечивается за счет регулирования температуры верха ко5 лонны путем изменения расхода острого орошения 5 и поддержания заданного отношения разностей температур в средней и верхней секциях колонны при помощи изменения расхода циркуляционного орошения

0 10. Регулирование температуры верха колонны выполняется при помощи датчика 15 и регулятора 16 температуры, корректирующего задание регулятору 17 расхода. Отношение разностей температур в средней и

5 верхней секциях колонны характеризует наклон рабочей линии процесса ректификации и, следовательно, определяет эффективность ректификации и четкость фракционирования боковых погонов. Этот параметр

0 регулируется при помощи регулятора 20 отношения разностей температур, которая определяется в блоке 21 деления. В блок 21 деления поступают сигналы от датчиков 24,

25разности температур в средней и верх- 5 ней секциях колонны. Выход регулятора 20

отношения разностей температур является заданием регулятору 23 расхода, переменный сигнал в который поступает от датчика

26расхода циркуляционной флегмы 10. За- 0 дание в регулятор 20 отношения разностей

температур определяется управляющим вычислительным устройством 22. Но изменять отношение разностей температур можно только в допустимом диапазоне, границы 5 которого находятся расчетным или экспериментальным путем. Предельное максимальное значение отношения разностей

ЈЬ

температур

ДГв

пред.макс. определяется из условия приближения к режиму захлебывания колонны при увеличении расхода циркуляционного орошения. При этом достигается максимальная четкость фракционирования и фракционный состав боко- вых потопов будет получаться наиболее узким с минимальным наложением фракций. Предельное минимальное значение отношения разностей температур (тгтг)

пред.мин. выбирается из условия обеспечения требуемой четкости фракционирования боковых погонов при минимальной кратности орошения колонны.

Показатель среднего состава нижнего бокового погона 8 поддерживается на заданном уровне при помощи регулятора 28 показателя среднего состава, определяющего задание регулятору 29 расхода, переменным сигналом в который является выходной сигнал от датчика 30 расхода нижнего бокового погона 8, а выходной сигнал поступает к исполнительному механизму 31.

Показатель среднего состава верхнего бокового погона 7 регулируется с использованием регулятора 32 показателя среднего состава путем изменения задания регулятору 33 расхода, в который поступает переменный сигнал от датчика 34 расхода верхнего бокового погона. Регулятор 33 расхода воздействует на исполнительный механизм 34.

Для обеспечения более полного отбора целевых дистиллятных фракций и повыше- ния их качества управляющее вычислительное устройство УВУ 22 корректирует через заданный интервал времени с определенным шагом задание регулятору 32 показателя среднего состава верхнего бокового погона 7, задание регулятору 20 отношения разностей температур в секциях колонны и предельные максимальное и минимальное значения относительных отборов нижнего бокового погона 8. Для определения необ- ходимости корректировки того или иного параметра УВУ 22 использует сигналы от датчика 12 расхода питания 2, отдатчика 30 расхода нижнего бокового погона 8 и от блока 21 деления, рассчитывают текущее значение относительного отбора нижнего бокового погона Анбптек. и выполняет логический анализ параметров работы колонны с целью определения характера возмущения на процесс ректификации путем сравие- ния текущих значений относительного отбора нижнего бокового погона, показателя среднего состава верхнего бокового погона и отношения разностей температур в

секциях колонны с их предельными значениями. Анализ и корректировка параметров работы колонны выполняется по этапам. Работу УВУ 22 рассмотрим на примере увеличения отбора нижнего бокового погона.

1-ый этап. Если А„бпте1. А„бппредмакс.. то УВУ 22 увеличивает задание регулятору 32 показатели среднего состава верхнего бокового погона на величину А/ за один цикл коррекции. Если через один или несколько циклов коррекции стало Ацбптек. Анбппред макс, то это означает, что был не- доотбор верхнего бокового погона, за счет чего происходило смещение составов вниз по высоте колонны в нижней секции колонны.

2-ой этап. Если Анбптек. АНбппред макс и fi3aR предмакс то уву 22 уменьшает задание регулятору 20 отношения разностей температур на величину А (тг-р) за один цикл коррекции.

Здесь эад предмакс соответственно заданное и предельное максимальное значения показателя среднего состава верхнего бокового погона (например, вязкость в ССТ);

Дт.н, Дгв разность температур соответственно в средней и верхней секциях колонны, °С.

Если за один или несколько циклов коррекции стало Анбптек. АНбппред макс., то это означает, что было значительное смещение составов вниз по колонне в нижней секции колонны и для приведения в соответствие состава жидкости на тарелке с требуемым составом нижнего бокового погона потребовалось изменение отбора верхнего бокового погона за счет изменения задания регулятору 32 показателя его среднего состава и внутреннего орошения колонны за счет изменения задания регулятору 20 отношения разностей температур в секциях колонны.

3-ий Бспиоцноврам9нноАвптас А1бппрад макс. ....зад §:..пред макс „ /A t тек,, /А 1ц . пред мин /з ID/Л IB

то УВУ 22 увеличивает предельные максимальные и минимальные значения относительного отбора нижнего бокового погона на величину ААцбппред. за один цикл коррекции. За один или несколько циклов коррекции должно стать Амбптек А„бппред макс. что свидетельствует о том, что увеличение текущего относительного отбора нижнего бокового погона произошло за счет увеличения содержания дистиллятных фракций в питании колонны.

Использование; в нефтеперерабатывающей промышленности. Сущность изобретения: измеряют относительный отбор Нижнего бокового погона, показатель среднего состава верхнего бокового погона и отношение разностей температур в смеж- секциях колонны, сравнивают их с заданными предельными максимальными и минимальными значениями, причем в слуИзобретение относится к способам автоматического управления сложными ректификационными колоннами и может найти применение в нефтеперерабатывающей промышленности. Известен способ автоматического управления сложной ректификационной колонной с выводом боковых погонов, при котором отбор газойля, выводимого из колонны в качестве бокового погона, регулируют в зависимости от его качества. Недостатком этого способа является неполный отбор фракции бокового погона, так как он не производит изменения режима чае достижения своего предельного значения только относительным отбором нижнего бокового погона корректируют через заданный интервал времени с определенным шагом задание регулятору показателя среднего состава верхнего бокового погона, в случае одновременного достижения своих предельных значений относительным отбором нижнего бокового погона и показателем качества среднего состава верхнего бокового погона корректируют через заданный интервал времени с определенным шагом задание регулятору отношения разностей температур в смежных секциях колонны, а при одновременном достижении своих предельных значений относительным отбором нижнего бокового погона, показателем среднего состава верхнего бокового погона и отношением разностей температур в смежных секциях колонны корректируют через заданный интервал времени с определенным шагом предельные максимальное и минимальное значения отборов нижнего бокового погона. 1 ил работы ректификационной колонны для обеспечения наиболее полного извлечения целевых фракций из сырья. Это связано с тем, что состав жидкости на тарелке, с которой производится вывод бокового погона может не соответствовать требуемому качеству бокового погона и регулирование его состава при помощи изменения расхода будет приводить к понижению отбора от потенциального содержания фракции бокового погона в сырье. Известен также способ автоматического регулирооания отвода тепла в сложной ректификационной колонне, заключающийсл с «Я сл а 4 О

.--«SS #b-s аЯя ЧРЧМ виИй.-Увеличение предельных максимального и минимального отборов нижнего бокового погона создает предпосылки для последующей корректировки задания регулятору 32 показателя среднего состава верхнего бокового погона в сторону уменьшения и задания регулятору 20 отношения разностей температур о сторону увеличения по аналогичным алгоритмам.

Численный пример. Предлагаемый способ автоматического управления предполагается осуществить на вакуумной колонне крупнотоннажной установки ЭЛОУ-АВТ-бМ по первичной переработке нефти.

Режим работы колонны характеризуется следующими исходными данными:

расход питания, Gr- 400 т/ч;

расход строго орошения, Goo 150 т/ч;

расход циркуляционного орошения, Сцо 250 т/ч;

температура верха колонны, tB 135°С;

температура на тарелке № 3, t3 180°C;

температура на тарелке № 7, t 260°С;

перепад температур в верхней секции, AtB t3-t8 450C;

перепад температур в нижней секции. AtH t - гз 80°С;

расход головного продукта, GB 40 т/ч;

расход верхнего бокового продукта, Свбп 50 т/ч;

расход нижнего бокового продукта, бнбп - 100 т/ч;

отбор нижнего бокового продукта, АНбп

- 100-юо%

25,0%

перепада температур 1,778.

400

отношение At,, 80 AT 45

Для автоматического управления сложной ректификационной колонной определим заданные предельные значения отборов нижнего бокового погона таким об- разом, чтобы диапазон между максимальными и минимальными предельными значениями составлял около 5 %:

Спред.макс о-т со/ ,. .мин пп со/ нбп-27,5тьи Онбп -22,5%

Требования к качеству нижнего бокового погона (4-го масляного погона) характеризуются следующими показателями:

показатель среднего состава - вязкость - не менее 7.5 сСт при 100°С:

5 % фракции выкипает при температуре не менее 380°С;

98 % фракции выкипает при температуре не более 500°С:

цвет не более 5,0 единиц ЦНТ.

Качество верхнего бокового погона (3-го масляного погона) определяется следующими показателями:

показатель среднего состава - вязкость - в пределах 18-23 сСт при 50°С;

5 % фракции выкипает при температуре не менее 360°С;

98 % фракции выкипает при температуре не более 460°С.

Исходя из требований к качеству боковых погонов, определяем уставку задания для регулятора показа качества среднего состава нижнего бокового погона 8,0 сСт, а предельные значения показателя среднего состава верхнего бокового погона

п§ед.макс 2g Q сСт и //п§ед.мии Q cCj

Предельные значения отношения разностей температур в секциях колонны нахо- дились экспериментально, исходя из соблюдения требования по выкипанию 5 и 98 % точки фракционного состава каждого бокового погона, и были приняты

/Atitx пред.макс„ QQQ и /-AtH4 пред. мин VVte VAto

1,670.

Для коррекции заданного показателя среднего состава верхнего бокового погона принимаем шаг, равный 0,5 сСт, а Для заданного отношения разности температур в секциях пришли шаг коррекции, равный 0,1.

Время каждого цикла коррекции заданий регуляторам выбирали с учетом време- ни переходного процесса в колонне и приняли равным 10 мин.

Примеры функционирования способа автоматического управления приведем для двух возможных возмущений на процесс ректификации:

1)при постоянном составе питания произошло смещение требуемого состава нижнего бокового погона вниз относительно тарелки с выводом нижнего бокового погона;

2)произошло увеличение содержания фракции нижнего бокового погона в питании.

Рассмотрим последовательность опе- рации для компенсации первого возмущения.

В этом случае вязкость нижнего бокового погона уменьшится и регулятор 28 показателя среднего состава для приведения к соответствию текущего значения вязкости с

заданным значением ( 8.0 сСт) будет увеличивать отбор нижнего бокового погона до тех пор, пока он не станет равным предельному максимальному значению

Анбппред.мзкс. ш 27 5 о В этом СЛучае уВу 22, сравнив текущее значение отбора Анбпте. с предельным Анбппред макс.. начнет с шагом, равным 0,5 сСт, и через интервал времени 10 минут увеличивать задание регулятору 32 показатели среднего состава (вязкости) верхнего бокового погона.

При этом может быть два варианта проведения дальнейшей коррекции параметров работы колонны. При незначительном внешнем возмущении на процесс коррекции только задания регулятору 32 показателя среднего состава (вязкости) окажется достаточным, чтобы в результате увеличения отбора верхнего бокового погона при воздействии регулятора 32 вязкости на регулятор 33 расхода верхнего бокового погона поток внутренней флегмы уменьшился настолько, чтобы произошло смещение составов вверх по колонне и состав (вязкость) жидкости на тарелке с нижним боковым погоном оказался соответствующим требуемому. Отклонения текущего значения вязкости от задания (8,0 сСт) уменьшились и регулятор 28 показателя среднего состава уменьшит коррекцию регулятору 29 расхода, в результате чего текущее значение отбора АНбптек. станет меньше Анбппред макс и УВУ 22 прекратит дальнейшее увеличение задания регулятору 32 показателя среднего состава верхнего бокового погона, которое будет сохранять достигнутое значение (например, 22 сСт) до следующего цикла коррекции.

При втором варианте (смещение составов по высоте колонны значительное) предыдущей корректировки задания регулятору 32 показателя среднего состава оказалось недостаточно, текущее значение показателя среднего состава верхнего бокового погона будет jtijgft /да-мзкс- 23 cCi и УВУ 22 начнет с шагом 0,1 через интервал времени 10 минут уменьшать задание регулятору 20 отношения разностей температур до тех пор, пока состав на тарелке с выводом нижнего бокового погона не будет соответствовать требуемой вязкости 8,0 сСт, о чем будет свидетельствовать уменьшение текущего отбора АНбптек А„бппреА макс Достигнутое в результате корректировки задание регулятору 20 отношения разностей температур будет сохраняться постоянным до возникновения необходимости следующей коррекции.

Теперь рассмотрим последовательность операций для второго наибольшего значительного возмущения на процесс ректификации - изменение состава питания. Наиболее чувствительным к этому возмущению является отбор нижнего бокового пошс.

на, который, например, при увеличении содержания дистиллятных фракций в питании достигнет своего предельного значения Анбппред макс. Кроме того выбор этого параметра для начала корректировки режима работы колонны объясняется необходимостью стабилизации краевых условий ректификации в нижней части колонны и созданию благоприятных условий для обеспечения

качества остальных дистиллятных пого- нов. В этом случае как и в предыдущем, при Анбптек Анбппред-макс производится коррекция задания регулятору 32 показателя среднего состава верхнего бокового погона, при Анбптек. А„бппрсд макс- и пдма| с-выполняется коррекция отношения разностей температур в секциях

колонны ()зад путем уменьшения расхода циркуляционного орошения, но при Анбптек. ч Анбппред мйкс.и

„тек 5 „пред.макс. ../ t тек-; /Д tn пред.мин /4 Вп / Mta/ AV

УВУ 22 произведет одновременное увеличе- ние Анбп пРея-макс. и А нбп ., например, на 2 %. После коррекции станет Анбппред.макс „ 2g g % и .мим. 2/} 5

%

Одновременное достижение предель- д тек

Анбп

ных

и

значений Анбп и (ТИР) тек свидетельствует о том, что все регулирующие воздействия с позиций первоначально принятой версии о достижении отбором нижнего предельного значения АНбппред макс- за счет смещения составов по высоте колонны оказались исчерпанными и эта версия оказалась неподтвержденной.

Остается достоверной вторая версия о том, что отбор нижнего бокового погона достиг Анбппред макс за счет увеличения содержания фракций этого погона в сырье. Поэтому в этом случае УВУ 22 производит увеличение предельных значений отбора нижнего бокового погона, создавая условия для возможной реакции системы управления при уменьшении содержания фракции нижнего бокового погона в сырье.

Для отбора верхнего бокового погона не вводятся ограничения, что создает возможность его увеличения (уменьшения) в зависимости от показателя среднего состава в условиях, когда показатели качества соседних получаемых продуктов (головного продукта и нижнего бокового продукта) за- стабилизированы.

В предлагаемом способе автоматического управления предложены алгоритмы управления по использованию внутренних

свойств процесса ректификации, которые позволяют при минимальном количестве самых простых автоматических анализаторов качества выполнять анализ характера возмущений на процесс ректификации и в зависимости от этого перераспределять отборы боковых погонов.

Формула изобретения Способ автоматического управления сложной ректификационной колонной, включающий регулирование расхода орошения в секции,колонны в зависимости от отношения разностей температур в смежных секциях колонны, отличающийся тем, что, с целью увеличения отбора боковых погонов и повышения их качества, измеряют расход нижнего бокового погона, определяют относительный отбор нижнего бокового погона, показатель среднего состава верхнего бокового погона, задают предельные максимальные и минимальные значения отношения разностей температур в смежных секциях колонны, показатель

среднего состава верхнего бокового погона, относительно отбора нижнего бокового погона, при достижении относительного отбора нижнего бокового, погона предельных

значений корректируют через заданный интервал времени с определенным шагом чение показателя среднего состава верхнего бокового погона, при одновременном достижении относительного отбора

нижнего бокового погона и показателя среднего состава верхнего бокового погона предельных значений корректируют через заданный интервал вромени с определенным шагом отношение разностей температур в смежных секциях колонны, а при одновременном достижении относительного отбора нижнего бокового погона, показателя среднего состава верхнего бокового погона и отношения разностей температур в

смежных секциях колонны предельных значений корректируют через заданный интервал времени с определенным шагом предельные максимальные и минимальные значения отборов нижнего бокового погона.