книги / Переработка нефтяных и природных газов

342

343

Сказанное о сложной инфраструктуре элементов, в которые входит сводный поток, состоящий из несмешивающихся простых потоков, проще всего проиллюстрировать на примере любого узла регенеративного теплообмена. Например, элементы 6, 10, 13 (см. рис. IV.37) могут представлять либо сложные системы много­ ходовых теплообменников, в которых происходит теплообмен между газом и несколькими теплоносителями, либо два или не­ сколько теплообменных аппаратов, в каждом из которых происхо­ дит теплообмен между газом и одним из теплоносителей.

Правила синтеза технологических схем

Для синтеза конкретных технологических схем предлагается ист пользовать не обобщенную схему переработки газа, а обобщенные схемы конкретного способа газопереработки. Для этого необхо­ димо из обобщенной схемы газопереработки исключить все эле­ менты, присущие другим способам переработки, а также все свя­ занные с ними потоки. Полученная обобщенная технологическая схема конкретного способа переработки газа является основой для синтеза конкретной технологической схемы переработки газа дан­ ным способом.

Ниже в качестве примера показан порядок синтеза конкретных технологических схем из обобщенной схемы НТК (см. рис. IV.37).

Для синтеза конкретной технологической схемы из обобщен­ ной для данного способа переработки газа, в частности НТК, используют: свернутую потоковую матрицу смежности обобщен-, ной технологической схемы (см. рис. IV.38); список максималь­ ного числа элементов обобщенной технологической схемы (см. табл. IV.2); список потоков в обобщенной технологической схеме (см. табл. IV.3).

Синтезу предшествует заполнение всех упомянутых списков.

Вчастности, конкретизируют реальное число и состав элементов

всинтезируемой схеме (число элементов должно быть меньше или равно максимальному числу элементов в списке). С учетом этого конкретизируют (в общем случае уменьшают) список потоков и списки «сводных потоков».

Синтез осуществляют по следующей схеме:

1.С учетом конкретизации элементов и потоков уменьшают свернутую потоковую матрицу смежности.

2.Исходя из уменьшенной матрицы для конкретной техноло­ гической схемы строят потоковую матрицу смежности. В этой новой матрице «сводные» потоки, как правило, расписывают через входящие в них конкретные исходные потоки. Если в схеме остав­ лены «сводные» потоки, то состав их выражается однозначным списком элементарных потоков.

3.На основе этой скорректированной матрицы известными приемами строят конкретную технологическую схему.

Изложенные правила положены в основу эвристического алго­

ритма синтеза технологических схем ГПЗ.

344

Эвристический алгоритм синтеза технологических схем ГПЗ

Алгоритм двухуровневый (см. рис. IV.36).

На верхнем уровне обеспечивается перебор (различные соче­ тания) элементов от максимального их числа до минимально возможного. Этот перебор осуществляется до минимально воз­ можного, в соответствии с изложенными далее эвристическими правилами. Для каждого такого набора элементов составляется свернутая, потоковая матрица смежности меньшей размерности, чем исходная (размерность матрицы равна числу элементов в на­ боре). Это достигается исключением из исходной матрицы столбцов и строк, помещенных под номерами, исключенных из исходной обобщенной схемы элементов. Кроме того, из списка потоков и из списков сводных потоков исходной обобщенной матрицы исклю­ чают все потоки, выходящие из исключенных аппаратов. Потоки, входившие в исключенный элемент из элементов, ему предшеству­ ющих, направляются в следующий остающийся в наборе элемент.

На нижнем уровне при фиксированном числе элементов обес­ печивается перебор всех возможных связей потоков с помощью образованных на верхнем уровне сокращенной свернутой пото­ ковой матрицы и списков потоков к ней. При этом проверяется реальность потоков. Эвристические правила и алгоритм организа­ ции потоков описываются ниже.

А л г о р и т м п е р е б о р а э л е м е н т о в в о б о б щ е н н о й с х е м е

Алгоритм верхнего уровня можно построить на основе некоторых правил формирования наборов элементов в реальных схемах (см. рис. IV.37).

1. Вторая предварительная ступень сепарации может отсутст­ вовать (элементы 6, 7).

В этом случае перед элементом 8.1 обязательно будет элемент 8 и через него будут дополнительно проходить при определенных вариантах потоки, которые проходят через элемент 6.

2. При использовании в схеме внутреннего холодильного цикла на любой из основных ступеней сепарации вместо внешнего холодильного цикла (элементы 8.1, 11.1 или 14.1) включают дрос­ сельные устройства соответственно 8.2, 11.2 или 14.2. Поскольку на дросселирование будут направляться не все жидкие потоки, часть этих элементов может в схеме отсутствовать. При включении

всхему элемента 8.2 обязательно включается элемент 8.

3.При наличии в схеме детандера (элемент 14.3) на последней ступени сепарации в схему обязательно включают дополнитель­ ный сепаратор (элемент 24) перед детандером. В этом случае из схемы исключают элементы 13.1, 14.1 и 14.2 и 14.4. Если эти эле­ менты присутствуют, то детандер исключают.

345

4. При наличии в схеме элемента 20.1 для охлаждения верх­ них потоков деметанизатора за счет внешнего источника холода из схемы исключается элемент 20.2, использующий для этих целей холод обратных технологических потоков.

5.В присутствии в схеме элемента 22.1 для охлаждения верх* них потоков деэтанизатора за счет внешнего источника холода из схемы исключается элемент 22.2.

6.При исключении из схемы элемента 17 автоматически исклю­ чаются из схемы элементы 20.1, 20.2, 21.

7.Ступень сепарации (предварительную или основную), кроме II предваритёльной, надо исключать из схемы целиком.

Таким образом, если из схемы исключается, например, четвер­ тая ступень сепарации, то следует исключить из схемы элементы

10, 11.1 и 12.

8. При уменьшении числа ступеней сепарации в конкретной схеме из обобщенной схемы исключают первые ступени сепарации, т. е. если нужно преобразовать обобщенную схему в одноступен­ чатую НТК без II предварительной ступени сепарации, то из нее исключают II предварительную ступень и I и II основные ступени сепарации. Если II предварительную ступень оставляют, то исклю­ чают I и II основные.

Таким образом, в любую реальную технологическую схему обя­ зательно входят следующие элементы обобщенной технологиче­ ской схемы (см. табл. IV.2): 1, 2, 3, 4, 5, 13, один из элементов 14.1,14.2 или 14.3, а также 15 и 18. По остальным элементам схемы осуществляется перебор путем различных вариантов их исклю­

ментов из обобщенной схемы.

Всего с помощью этой таблицы могут быть сформированы 5888 технологических схем, различающихся только набором эле­ ментов.

В качестве первого основного варианта (1-й вариант) принята технологическая схема с двумя предварительными и тремя основ­ ными ступенями сепарации, с внешними холодильными циклами по одному в каждой ступени, без предварительного деэтанизатора и деметанизатора, с охлаждением верха деэтанизатора внешним холодильным циклом, с дожимным компрессором сухого газа. В список постоянно исключаемых при этом элементов (Э) входят:

13.1, 14.4, 16, 17, 20.1, 20.2, 21, 22.2 (СИЭ № 1). Во 2-м варианте Э 8.1 заменен на 8.2.

В3-м варианте 11.1 заменен на 11.2.

В4-м варианте Э 14.1 заменен на 14.2.

В5-м варианте Э 8.1, 11.1 и 14.1 заменены на 8.2, 11.2 и 14.2 соответственно.

В6-м варианте Э 8.1 и 11.1 заменены на 8.2 и 11.2 соответ­

ственно.

346

Таблица IV.4. Различные варианты исключения элементов обобщенной схемы

18, 8.2, 11.2, 14.2, 14.3, 24 и список исключенных элементов (СИЭ)

№1

118.1, 11.1, 14.1 и СИЭ № 1

128, 8.2, 11.2, 14.1, 14.2 и СИЭ № 1

1311.2, 14.2, 14.3,24 и СИЭ № 2

1411.1, 14.2, 14.3,24 и СИЭ № 2

1511.2, 14.1, 14.3,24 и СИЭ № 2

1611.1, 14.1, 14.3,24 и СИЭ №2

1711.1, 14.1, 14.2 и СИЭ № 2

1811.2, 14.1, 14.2 и СИЭ № 2

1914.2, 14.3, 24 и СИЭ № 3 20 14.1, 14.3, 24 и СИЭ № 3 21 14.1, 14.2 и СИЭ № 3 22 13.1, 14.2 и СИЭ № 4 23 14.4 и СИЭ № 4

24 При исключении из каждого из вышеприведенных наборов эле­ мента 19 получается еще 23 варианта наборов

25 При исключении из каждого из вышеприведенных наборов (вклю­

чая 23 новых набора по п. 24) второй вспомогательной ступени элементов 6 и 7 получается еще 46 наборов

26Заменив элемент 22.1 на 22.2 во всех 92 наборах по пп. 1—25, по­ лучим еще 92 набора

27Включив во всех 184 наборах по пп. 1—26 элемент 16, получим

еще 184 набора 28 Исключив из всех 368 наборов элементы 23, 22.1 и 22.2, получим

еще 368 наборов 29 Включив во всех 736 наборах элемент 17 и исключив 16, получим

еще 736 наборов

30Включив во все 1472 набора элементы 20.1 и 21, получим еще 1472 набора

31Исключив элемент 20.1 и включив 20.2 во все 2944 набора, получим еще 2944 набора

В7-м варианте Э 11.1 и 14.1 заменены на 11.2 и 14.2 соответ­ ственно.

В8-м варианте Э 8.1 и 14.1 заменены на 8.2 и 14.2 соответственно.

В 9-м варианте Э 8.1 заменяется на 8.2, а 14.1 — на 14.3.

347

Второй основной вариант (вариант 13) представляет собой аналог 1-го, но состоит из двух предварительных и двух основных

В14-м варианте во II основной внесены следующие изменения:

Э11.1 заменен на 11.2.

В15-м варианте Э 14.1 заменен на 14.2.

В16-м варианте Э 11.1 и 14.1 заменены на 11.2 и 14.2 соответ­

ственно.

В17-м варианте Э 14.1 и 11.1 заменены на 14.3 и 11.2 соответ­ ственно.

В18-м варианте Э 14.1 заменен на 14.3.

Третий основной вариант (вариант 19) является аналогом первого, но состоит из двух предварительных и одной основных ступеней сепарации.

В список постоянно исключаемых элементов входят 8, 8.1, 8.2, 9, 10, 11.1, 11.2, 12, 13.1, 14.4, 16, 17, 20.1, 20.2, 21, 22.2

(СИЭ № 3).

В 20-м варианте в третий основной внесено следующее измене­ ние: вместо элемента 14.1 включен элемент 14.2.

В 21-м варианте вместо элемента 14.1 включен элемент 14.3 и Э24. Четвертый основной вариант (вариант 22) аналогичен пер­ вому, но состоит из двух предварительных и одной основной сту­ пеней сепарации с двумя внешними источниками холода (14.1 и 14.4). В список постоянно исключаемых элементов входят элементы

8, 8.1, 8.2, 9, 10, 11.1, 11.2, 12, 16, 17, 20.1, 20.2, 14.3, 24, 21, 22.2

(СИЭ № 4).

В 23-м варианте в четвертый основной вариант внесено сле­ дующее изменение: вместо элемента 14.4 в схему включены эле­ менты 14.2 и 13.1 (они могут работать только совместно).

Алгоритм организации потоков в конкретных технологических схемах при фиксированном числе элементов

При организации потоков используют свернутую потоковую ма­ трицу смежности, имеющую размерность, равную фиксирован­ ному числу элементов и эвристический алгоритм формирования потоков. С помощью алгоритма формируют списки потоков, выхо­ дящих из каждого элемента и входящих в каждый элемент.-Эти списки используют при составлении матрицы конкретной схемы. Если в строке свернутой потоковой матрицы смежности указан лишь один выход какого-то потока из элемента, то связь элементов этим потоком устанавливается однозначно. Здесь нужно указать, является ли эта связь безусловной, или сформулировать условие,

348

при котором она существует. В противном случае связь может быть многовариантной и устанавливается с помощью указанного выше алгоритма.

Основой эвристического алгоритма формирования потоков является следующее:

1.По обобщенной схеме дается список максимального числа выходных потоков из каждого элемента.

2.Для каждого элемента формулируется правило возможных сочетаний выходящих потоков.

3.В соответствии с этим правилом производится перебор всех возможных потоков.

При разработке алгоритма формирования потоков используют следующие эвристические правила.

1.Газовый поток последней ступени сепарации может быть использован для охлаждения исходного газа на каждой или любой предыдущей ступени сепарации газа. Первый вариант термодина­ мически более предпочтителен, но в каждом отдельном случае следует произвести перебор возможных вариантов. Возможны различные комбинации вариантов, когда часть потока подается во все системы регенерационного теплообмена, а часть — в некото­ рые из них (П14, см. рис. IV.37).

2.Аналогично следует использовать газ с верха деметаниза­

тора (П37, см. рис. IV.37).

3. Газ,' выходящий с верха деэтанизатора, можно использовать для охлаждения исходного газа на всех ступенях сепарации лишь в том случае, если температурный уровень последнего источника холода (см. рис. IV.37) равен температурному уровню верха деэта­ низатора. В противном случае его нужно использовать для охла­ ждения газа тех ступеней сепарации, которые имеют соответствую­ щий температурный уровень.

4. Сдросселированные жидкие потоки, используемые во вну­ тренних холодильных циклах, в предварительный деэтанизатор, как правило, не направляют.

5. Обычно в схемах с деметанизатором холод жидких потоков используют непосредственно в колонне (полностью или частично), поэтому для охлаждения исходного газа его либо вовсе не исполь­ зуют, либо используют частично.

6. Материальные рециклы могут быть только в схемах с пред­ варительной деэтанизацией и с дросселированием жидких пото­ ков.

7. Потоки П5, П8, П10, П12, П13 в реальных схемах проходят, как правило, только через один дроссель на одной из ступеней сепарации. При этом рассчитывают оптимальные доли количе­ ства каждого конденсата, идущего на дросселирование, исходя из технико-экономических соображений и необходимой темпе­ ратуры процесса. Как правило, сдросселированные потоки в реаль­ ных схемах через всю систему регенерированного теплообмена не проходят.

349

8.Если П5 и П8 частично идут на дросселирование, то осталь­ ная часть их может идти в Э 16, 17 или 18. Если поток 5 или 8 не идет на дросселирование, то он может быть направлен в Э 16,17,18.

9.Если поток 8 частично идет на дросселирование, то осталь­ ная часть его может идти в Э 16, 17 или 18. Если он не идет на дросселирование, то направляется в 16, 17 или 18.

10.Если П10 частично идет на дросселирование, то остальная часть его может проходить в 6 либо в 16, 17 или 18. Если П10 не идет на дросселирование, то он направляется либо в 6, либо в 16, 17 или 18. Обычно при наличии 17 П10 идет в 17, минуя 6. Если П10 идет в 16, то он не может идти в 18, и наоборот. Если П10 идет

в17, то он не может идти в 18, и наоборот.

11.Если П12 частично идет на дросселирование, то остальная

часть его может идти в элементы 10, 6 либо в элементы 16, 17 или

П12 идет в Э 17, минуя 6 и 10. Если П12 идет в Э 16, то он не может идти в Э 18, и наоборот. Если П18 идет в Э 17, то он не может идти в Э 18, и наоборот. Если П12 идет в Э 10, то он, как правило, идет

вЭ 6, и наоборот.

12.Если П13 частично идет на дросселирование, то остальная часть его вместе с П14 образует сводные потоки П15, П16 и П17 и идет соответственно в Э 6, 10 и 13 или самостоятельным потоком —

вЭ 16, 17, 18. Если П13 на дросселирование не идет, то он само­ стоятельным потоком идет в Э 16, 17, 18 или сводным потоком П15 — в Э 6, П16 идет в Э 10 или П17 в Э 13. Это определяется технико-экономическими расчетами. Если П13 идет в Э 16, то он не может идти в Э 18, и наоборот. Если П15 идет в Э 17, то он не может идти в Э 18, и наоборот. Если П13 идет в Э 13, то он, как

правило, не идет в Э 10 и 6, если П13 идет в Э 10, то он не идет в Э 13 и 6; если П13 идет в Э 6, то он, как правило, не идет в Э 13

и10.

13.Если поток П37 направляется в Э 6, 10 или 13, то он не идет в Э 20.1 или 20.2, и наоборот. В какой из указанных аппара­ тов подать П37, показывают технико-экономические расчеты, но обычно П37 направляют в Э 13 или в Э 20.1.

14.Если поток П41 идет в Э 6, 10 или 13, то он не идет в Э 22.1 или Э 22.2, и наоборот. Обычно выгоднее подавать П43 в Э 13 или

вЭ 22.1.

15.Поток П39 обычно подают в Э 13.

16.Направление потока П44 зависит от температурного уровня последней ступени сепарации. Если он такой же, как уровень холода П44, то П44 подается в Э 13.

17.Если есть поток-'П32, топнет потоков ПЗЗ и 34.

18.Если есть поток ПЗЗ, то нет потока П32 и 34, и наоборот.

19.Если есть поток П34, то нет потоков П32 и ПЗЗ.

20.Наличие потока П29 исключает наличие потоков П28 и П27.

21.Наличие потока П27 исключает наличие потоков П29 и 28.

350