книги / 829

УДК 658.51.012.011.56

А.В. Журавлева, Е.Б. Чарная, С.Н. Кондрашов

Пермский государственный технический университет

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНЦА КИПЕНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА НА УСТАНОВКЕ АВТ-1

ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМНЕФТЕОРГСИНТЕЗ»

Приведено технико-экономическое обоснование системы автоматизации температуы конца кипения дизельного топлива на установке АВТ-1 ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» и предложены формулы для расчета экономического эффекта от ее внедрения.

В современных условиях острой конкурентной борьбы превалируют задачи повышения качества продуктов нефтепереработки и в том числе дизельного топлива. В сложной системе его получения существенное место занимает качество функционирования установки АВТ – первичного элемента этой системы. Поэтому требования к ее выходным показателям устанавливают очень жесткими.

Продукты переработки на установке АВТ-1 ООО «ЛУКОЙЛПермнефтеоргсинтез» – это прямогонные бензины, мазут, гудрон, вакуумные дистилляты, дизельное топливо. Все они являются полуфабрикатами, которые предназначены для дальнейшего использования в технологической цепи. Требования к показателям качества этих продуктов установлены СТП. При рассмотрении соответствия фактических показателей качества этих продуктов нормативным показателям необходимо обратить внимание на следующие показатели дизельного топлива: температура начала кипения; температура при перегонке 50 % продукта.

Хотя они отсутствуют в спецификации на товарное топливо и в СТП не нормируются, на производстве определение их обязательно в связи с тем, что эти показатели необходимы для оперативного управления технологическим процессом.

Наибольшее внимание заслуживают показатели, которые нормируются: по продукту «топливо дизельное прямогонное» – температура при перегонке 96 % продукта, а по продукту «фракция прямогонная

93

для производства РТ» – температура при перегонке 98 % продукта. По этим показателям судят о качестве продуктов.

На основании изучения динамики этих показателей можно утверждать, что СТП на эти продукты не нарушается, однако разброс параметров качества для такого производства достаточно велик. Поэтому существует необходимость стабилизации показателей качества этих продуктов.

С целью решения этой проблемы нами на производстве была собрана и систематизирована информация о динамике температуры конца кипения дизельного топлива и построена кривая распределения температуры, которая представлена на рис. 1. По нормам, прописанным в регламенте, температура конца кипения не должна превышать 360 оС. На рис. 1 видно, что температура конца кипения дизельного топлива изменяется в диапазоне 327–360 °С, при этом 10,1 % – в пре-

делах 327–340 °С; 83,4 % – в пределах 341–354 °С; 6,5 % значений на-

ходятся в пределах 355–360 °С. Иначе говоря, производство настроено на работу с минимальным отклонением от верхнего предела температуры конца кипения дизельного топлива, установленного СТП.

Анализ практических данных о ходе технологического процесса показывает, что наибольший процент отбора дизельного топлива достигается при температуре, близкой к верхнему пределу. Поэтому для стабилизации показателей качества дизельного топлива необходимо поддерживать температуру конца кипения в пределах 338–352 °С.

Рис. 1. Кривая распределения температуры конца кипения дизельного топлива установки АВТ-1

94

Дальнейший анализ технологического процесса установки АВТ-1 показал, что основное влияние на ее результативные показатели оказывает качество фракционирования нагретой полуотбензиненной нефти в ректификационной колонне К-2. Возможность повышения точности поддержания технологических параметров за счет повышения уровня ее автоматизации рассматривается ниже. На рис. 2 представлена блок-схема колонны К-2.

Рис. 2. Блок-схема ректификационной колонны К-2

Входные параметры: Tн – общая температура полуотбензиненной нефти; Gн – расход полуотбензиненной нефти.

Выходные показатели: Gб, Gк, GДТ, Gм – расходы бензина, керосина, дизельного топлива (ДТ) и мазута; Tб, Tк, TДТ, Tм – температуры бензина, керосина, дизельного топлива (ДТ) и мазута; Впр – объем производства продуктов.

Параметры состояния: Tв, Tн – температуры верха и низа колонны К-2; P – давление в колонне К-2; L – уровень в колонне К-2.

Задача управления заключается в поддержании с заданной точностью температуры конца кипения лигроина и дизельного топлива на выходе из ректификационной колонны К-2, в результате чего повышается процент отбора дизельного топлива. Технологически необходимая температура дизельного топлива на выходе из ректификационной колонны К-2 должна быть не выше 360 °С, а температура лигроина – не выше 260 °С. Этот предел ограничивается процессом ректификации.

95

Рассмотрим степень и характер влияния технологических параметров процесса на эти показатели.

Как следует из ранее выполненного анализа, цель автоматизации процесса ректификации – повышение отбора дизельного топлива, т.е. в качестве критерия управления берется максимальный процент отбора дизельного топлива от нефти, при условии, что расход сырья на входе установки составляет 200–245 м3/ч:

Увеличение отбора дизельного топлива можно достичь путем повышения точности поддержания выходных показателей колонны – температур дизельного топлива и лигроина. На основании экспертной оценки установлено, что в результате повышения точности поддержания температуры конца кипения дизельного топлива на ±1 ° С от норматива отбор дизельного топлива от общего количества перерабатываемой нефти за счет уменьшения выхода мазута, без уменьшения выхода лигроина, увеличивается на 0,3 мас.%.

Кроме того, установлено, что на установке производят летнее и зимнее дизельное топливо. При существующих схемах регулирования этот переход происходит со значительным запаздыванием, и это увеличивает время выхода процесса на оптимальный режим, что приводит к недобору дизельного топлива в переходный период.

В настоящее время для поддержания температуры используется две одноконтурные схемы регулирования, которые не учитывают взаимного влияния двух подсистем друг на друга и внешнего возмущения со стороны печи.

Поэтому предлагается схема связанного регулирования, реализующая принцип автономности, при этом исключается влияние подсистем (ВЦО и НЦО), вводятся дополнительные связи и компенсируется внешнее влияние по питанию со стороны печи.

Таким образом, на уровне технологических параметров в соответствии с ранее выбранным критерием оптимального управления, установленным по отбору дизельного топлива, принимается

96

УДК 681.3

И.А. Вялых, С.Н. Кондрашов, А.Г. Шумихин

Пермский государственный технический университет

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАКТОРНОГО БЛОКА УСТАНОВКИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА

НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ В СРЕДЕ MATLAB

Представлены результаты математического моделирования системы реактор–регенератор каталитического крекинга с рециркуляцией катализатора в математическом пакете MATLAB.

Разработка и отладка алгоритмов управления технологическими процессами на основе их математических моделей эффективно осуществляются с использованием стандартных сред программирования.

В работе рассматриваются результаты вычислительного эксперимента, проведенного на математической модели реакторного блока установки каталитического крекинга вакуумного газойля в подвижном слое катализатора, реализованной в математическом пакете MATLAB.

Установка каталитического крекинга состоит из трех основных блоков (рис. 1): блока подготовки сырья (БПС), реакторного блока (РБ) и фракционирующей части (ФЧ).

Блок подготовки сырья предназначен для нагрева и частичного испарения гидроочищенного вакуумного газойля до заданной температуры, а также для подачи сырья с предыдущей стадии в реакторный блок.

Реакторный блок включает в себя два основных аппарата: реактор Р-1 и регенератор Р-4, а также вспомогательное оборудование (дозер Р-6, емкость Р-4), предназначенное для обеспечения циркуляции катализатора по системе. Катализатор самотеком из емкости Р-4 по трубопроводу просыпается в реактор, после реактора катализатор перетекает в регенератор, затем самотеком поступает в дозер Р-6, где с помощью пневмотранспорта подается в напорную емкость Р-4, затем круг повторяется. Реактор и регенератор расположены соосно, один над другим, сверху по ходу катализатора установлен реактор, затем регенератор.

98

где z = l / L – безразмерная длина слоя; yi – весовая доля компонента всмеси, кг/кг; Tg – температура газа, К; Tk – температура катализатора, К;

С – концентрация кокса на катализаторе, кгкокса/кгкатализатора; τn – время контакта в n-й зоне реактора, ч; τk – время пребывания катализатора в реакто-

ре, ч; βg – параметр теплообмена для газа, ккал/(м2·ч·К); βk – параметр теплообмена для катализатора, ккал/(м2·ч·К); ξf – коксогенная способность

сырья, кгкокса/кгсырья; Wi = Σ νij rj – скорость образования i-го компонента, кг/(кгкатализатора·ч); WQ = Σ Qj rj – скорость тепловыделения за счет реакций; Qj – тепловой эффект j-й реакции, ккал/кг; rj – скорость j-й реакции,

кг/(кгкатализатора·ч); νij – стехиометрический коэффициент. Для регенератора:

τ k = vk ρ k ;

Gk

где z = l / L – безразмерная длина слоя; y, x – мольная (объемная) доля кислорода в потоке и в зерне катализатора; Tg – температура газа, К; Tk – температура катализатора, К; С – концентрация кокса на катализаторе, кгкокса/кгкатализатора; τ , τ k – время контакта и время пребывания катализато-

100