Подготовка и первичная переработка нефти

Математическая модель процесса ректификации многокомпонентных смесей с учетом неравновесности потоков пара и жидкости достаточно хорошо описывает реальный процесс. Модель применима для расчета как элементарных, так и укрупненных массообменных элементов аппаратов, в которых осуществляется процесс раскрывает вид зависимости коэффициентов массопередачи и движущей силы процесса от параметров взаимодействующих фаз, физико-химических свойств компонентов смеси, условий взаимодействия фаз через обобщенный показатель разделительной способности (эффективность) элементов конструкции аппарата.

К настоящему времени разработано достаточно большое число математических моделей процесса ректификации. Общим для всех моделей является использование различного рода допущений. Для каждой из них характерно наличие параметров, величины которых определяются эмпирическими соотношениями, получаемыми в процессе моделирования конкретной установки ректификации. Так, например, ранее широко использовались и используются до сих пор математические модели с постоянным значением эффективности тарелки, которое часто и применяется как корректируемая величина.

При работе в режиме помощника оператора ЭВМ по заданной математической модели процесса ректификации производит расчет поля концентраций в колонне и составов дистиллята и кубового остатка, если известны расходы исходной смеси, флегмы, дистиллята и состав питания. При необходимости перейти на другие условия разделения это помогает оператору быстро установить основные характеристики нового режима работы.

Существующие статистические, аналитико-статистические модели со слабо развитой детерминированной частью и модели, полученные в результате аппроксимации сложных выражений полиномами невысокого порядка, вызваны сложностью аналитического расчета динамики процессов ректификации. Эти модели решают довольно узкий класс задач. Поэтому важно построить такую математическую модель процесса ректификации многокомпонентных смесей в многотарельчатых колоннах, которая бы отражала его наиболее существенные стороны и была бы удобной и простой при разработке вычислительных алгоритмов и использовании в инженерной практике.

 

Глава 5 Задачи управления ректификационными колоннами.

Известно, что большинство продуктовых ректификационных колонн являются завершающими в технологическом процессе, поэтому на их долю выпадают возмущения от предыдущих стадий, как по расходу, так и по составу питания. 
Системы оптимального управления ректификационными установками требуют наличие непрерывных анализаторов состава в контуре управления процесса и использование автономных систем регулирования составов верхнего и нижнего продуктов. Отсутствие непрерывных анализаторов состава и сложность настройки автономной системы регулирования для промышленных объектов приводит к тому, что решение такой задачи практически невозможно. 
Анализ различных систем управления ректификационными установками показал, что они решают три основные задачи :

1. Стабилизация состава дистиллята;
2. Стабилизация производительности по дистилляту;
3. Стабилизация  тепловой нагрузки на кипятильник.

В первой задаче , при возмущениях по расходу (Ff) производительность по дистилляту (Fд), расход кубовой жидкости (Fк) и тепловая нагрузка кипятильника (Q) изменяются пропорционально изменению расхода питания, а флегмовое число (Rфл) остаётся постоянным. При колебаниях состава питания  в пределах 10 % от номинального, тепловая нагрузка на кипятильник изменяется в пределах 1 %, а расход флегмы –  3 %. Следовательно, в этом случае, в систему автоматизации можно включить автоматическую стабилизацию этих потоков.   
Во второй и третьей задачах необходимо программное управление процессами, так как пристабилизации производительности по дистилляту состав дистиллята за счёт изменения состава питания на ± 10 % изменяется в пределах 9 % от проектного, что противоречит требованиям к системе управления и является недопустимым, а в случае стабилизации тепловой нагрузки кипятильника и состава дистиллята, колебания расхода и состава питания вызывают значительные изменения всех режимных параметров системы, за исключением расхода флегмы.

При отсутствии возмущений по питанию, регулирование соотношения между расходом греющего пара и расходом питания обеспечивает минимизацию энергозатрат на разделение смеси в статическом режиме. В динамическом режиме подобная коррекция должна учитывать запаздывание в ректификационной колонне путём введения соответствующего динамического компенсатора. 
Анализ условий работы промышленных колонн на примере этан-этиленовой колонны показал, что в  реальных условиях колонна работает с переменной нагрузкой по расходу и составу питания в пределах 8-20 % от проектного режима.

Наиболее универсальной оказывается система регулирования, включающая регуляторы соотношений расходов флегмы и питания и соотношения расходов греющего пара и питания. При этом коэффициенты соотношения   и   должны корректироваться по определённой программе в зависимости от возмущения в колонне по составу питания или составу на контрольной тарелке (Табл. 4). Косвенным показателем состава является температура смеси на контрольной тарелке и тенденция её изменения.

Сравнение энергозатрат на разделение при постоянстве состава дистиллята показало неэффективность стабилизации тепловой нагрузки кипятильника на проектном значении: разность между максимумом и минимумом потребления энергонагрузки при ± 20 % возмущения составляет 40 % от расчётного, а при ± 10 % интервале – 20 %.

Рассмотрим систему автоматического регулирования с программно-логическим управлением, где регулирование основных технологических потоков осуществляется в соответствии с программным управлением, путём корректировки заданий регуляторам. Для реализации программного управления необходимо контролировать расход питания и определять изменение температуры на контрольной тарелке включает: 
- стабилизацию давления в колонне отводом дистиллята;

- регулирование уровня в кубе  отводом кубовой жидкости;

- регулирование расхода греющего  пара с коррекцией по расходу  питания и температуре на нижней контрольной тарелке;

- регулирование соотношения расхода  флегмы с коррекцией по расходу  питания и температуре на верхней  контрольной тарелке. 
Использование инвариантной системы автоматического регулирования ректификационных установок позволяет на основе анализа состояния процесса провести коррекцию параметров настройки регуляторов, соответствующих минимальным энергозатратам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Выпуск разнообразной продукции на нефтепереработки зависит во многом от качества сырья – нефти. Но немалую роль в качестве получаемых продуктов играет как выбор технологических процессов переработки, так и качество проведения каждого процесса.

Из сырой нефти непосредственно одним процессом нельзя получить ни один товарный нефтепродукт (за исключением газов), все они получаются последовательной обработкой на нескольких установках. Первой в этой цепочке всегда стоит установка ЭЛОУ-АВТ, поэтому от качества работы этой секции  будет зависеть работа всех остальных звеньев технологической цепочки.

Поскольку химическая промышленность является опасным производством, а углеводородное сырье исчерпаемым ресурсом, необходимо не только совершенствование процесса первичной переработки, но и постоянная модернизация систем автоматического управления данных объектов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. – Уфа: Гилем, 2002. – 672 с.
2. Владимиров А.И., Щелкунов В.А., Круглов С.А. Основные процессы и аппараты нефтегазопереработки Учебное пособие для вузов. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. – 227 с.: ил.
3. Глаголева О.Ф., Капустин В.М. Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть первая. /Под ред. О. Ф. Глаголевой и В. М. Капустина. - М.: Химия, КолосС, 2007. - 400 с.
4. Мановян А.К. Технология переработки природных энергоносителей. – М.: Химия, КолосС, 2004. – 456 с. (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений).
5. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа: Учебное пособие для вузов. 2-е изд. – М.: Химия, 2001. – 568 с.: ил.
6. Тараканов Г.В., Мановян А.К. Основы технологии переработки природного газа и конденсата: учеб. пособие — Астрахань: Изд-во АГТУ, 2000. — 231с.
7. Тараканов Г.В. Основы технологии переработки природного газа и конденсата: учеб. пособие / Тараканов Г.В., Мановян А.К.: под. ред. Г.В. Тараканова - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2010. — 192 с.