Разработка системы автоматического регулирования флегмового числа ректификационной колонны
Автор: Тугашова Лариса Геннадьевна, Затонский Андрей Владимирович
Рубрика: Автоматизированные системы управления технологическими процессами
Статья в выпуске: 4 т.20, 2020 года.
Бесплатный доступ
Введение. В статье приведен обзор способов управления установками первичной переработки нефти. Для улучшения эффективности разделения предложено стабилизировать флегмовые числа в ректификационной колонне. Цель работы. Разработать систему автоматического регулирования флегмового числа секции дизельного топлива атмосферной колонны нефтеперерабатывающей установки. Исследовать режимы работы атмосферной колонны с участием полученной системы автоматического регулирования. Материалы и методы. Рассмотрены особенности процесса ректификации нефти атмосферного блока нефтеперерабатывающей установки малой мощности. Отмечены особенности отвода тепла с промежуточным циркуляционным орошением по сравнению с крупнотоннажной установкой. Выполнен выбор параметров объекта с разделением на группы. Для достижения поставленной в работе цели составлена динамическая модель секции кожухотрубных теплообменных аппаратов для нагрева нефти дизельным топливом на нефтеперерабатывающей установке малой мощности в виде системы дифференциальных уравнений теплового баланса. Для нахождения расхода обессоленной нефти и расхода соленой воды составлено уравнение материального баланса электродегидратора. Получена зависимость флегмового числа секции дизельного топлива атмосферной колонны от температур на входе и выходе циркуляционного орошения атмосферной колонны, расходов острого орошения, циркуляционного орошения и отбора нефтяных фракций. Результирующая модель состоит из двух частей: линейной части секции электродегидратора и теплообменников, определяющей температуры теплоносителей, и нелинейной выходной части, определяющей флегмовое число в зависимости от технологических параметров. Предлагаемая модель позволяет исследовать влияние возмущающих воздействий на управляемые параметры. Инструментом реализации полученной модели выбран программный продукт MATLAB/Simulink. С участием разработанной модели объекта исследования построена система автоматического регулирования флегмового числа в MATLAB/Simulink. Заключение. Получены результаты моделирования системы автоматического регулирования флегмового числа секции дизельного топлива атмосферной колонны нефтеперерабатывающей установки малой мощности с учетом особенностей процесса в условиях воздействия возмущений.
Ректификация, управление по модели, теплообменный аппарат, циркуляционное орошение, флегмовое число, динамическая модель, параметр
Короткий адрес: https://sciup.org/147233777
IDR: 147233777 | УДК: 681.5 | DOI: 10.14529/ctcr200411
Development of an automatic reflux ratio regulation system for the rectification column
Introduction. This article provides an overview of the methods of managing the primary petroleum refining. To improve separation efficiency was proposed to stabilize the reflux ratio in the rectifying column. Purpose of work. To develop a system for automatic regulation of the reflux ratio of diesel fuel sections in an atmospheric column of the refinery oil. To study the operating modes of an atmospheric column with the participation of the obtained automatic control system. Materials and methods. The article presented the features of the oil rectification process at the atmospheric unit of a small capacity refinery. The features of heat dissipation with intermediate circulation flash compared to a large-capacity unit will be shown in this article. The parameters of the facility were selected and divided into groups. A dynamic model of the section of shell-and-tube heat exchangers for heating oil with diesel fuel at a low-power refinery unit in the form of differential equations of heat balance has been developed to achieve the goal set work. An electrode dehydrator material balance equation has been compiled to find desalted oil consumption and saltwater consumption. The dependence of the reflux ratio of diesel fuel sections of the atmospheric column on the inlet and outlet temperatures of the atmospheric column circulation flash, the acute fractionation consumption, circulation flash, and oil fraction selection was obtained. The resulting model of the facility consists of two parts: the linear part of the electric dehydrator and heat exchanger section, which determines the temperatures of the coolants, and the nonlinear output part, which determines the reflux ratio depending on technological parameters. The proposed model makes it possible to investigate the effect of disturbances on the controlled parameters. The MATLAB/Simulink software product has been chosen as a tool to implement the model. A system of automatic regulation of the reflux ratio in MATLAB/Simulink has been built with the participation of the developed model of the study object. Conclusion. The results of modeling a system for automatic regulation of the reflux ratio of diesel fuel sections in the atmospheric column of a low-power refinery unit has been obtained, taking into account the peculiarities of the process under disturbance conditions.
Список литературы Разработка системы автоматического регулирования флегмового числа ректификационной колонны
- Шаровина, С.О. Управление температурным профилем ректификационной колонны тарельчатого типа / С.О. Шаровина //Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. -2013. - № 3. - С. 39-47.
- Основные решения и преимущества СУУТП компании Иокогава /М.Р. Хатимов, А.В. Бо-гачев, Б.М. Низамеев, Д.А. Рыжов //Экспозиция нефть и газ. - 2015. - № 5 (44). - С. 92-95.
- Дмитриевский, Б.С. Задача управления процессом ректификации нефти и метод ее решения /Б.С. Дмитриевский, А.В. Затонский, Л.Г. Тугашова //Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. - 2018. - Т. 329, № 2. - С. 136-145.
- Sahoo, А. Modeling and control of a real time shell and tube heat exchanger / А. Sahoo, T.K. Radhakrishnan, C. Sankar Rao //International Conference on Separation Technologies in Chemical, Biochemical, Petroleum and Environmental Engineering. - Tomsk, 2017. - Vol. 3. - P. 124-132.
- Степанец, А.В. Регулирующий адаптивный комплекс на основе каскадной системы с моделью объекта управления / А.В. Степанец //Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2012. - № 2/10 (56). - С. 14-17.
- Skogestad, S. Probably the best simple PID tuning rules in the world / S. Skogestad // Journal of Process Control. - 2001. - Vol. 1. - P. 1-27.
- Кривошеев, В.П. Математическое моделирование процесса циклической ректификации бинарных смесей при непрерывной подаче потоков в колонну / В.П. Кривошеев, А.В. Ануфриев // Теоретические основы химической технологии. - 2018. - Т. 52, № 3. - С. 251-259.
- Гончаров, А.А. Определение транспортного запаздывания при получении виртуального анализатора для процесса ректификации нефти / А.А. Гончаров, Л.Г. Тугашова, И.В. Жуков // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. - 2018. -№ 8. - С. 10-14.
- Скороспешкин, М.В. Адаптивная система регулирования температуры кожухотрубного теплообменника /М.В. Скороспешкин, Г.П. Цапко, В.Н. Скороспешкин //Известия Томского политехнического университета. - 2010. - Т. 316, № 5. - С. 151-156.
- Giwa, A. Decoupling PID Control of a Reactive Packed Distillation Column / A. Giwa, S. Karacan // International Journal of Engineering Research & Technology. - 2012. - Vol. 1 (6). - P. 1924-1933.
- Тугашова, Л.Г. Исследование возможности управления процессом ректификации нефти с применением типовых регуляторов / Л.Г. Тугашова // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». - 2016. - Т. 16, № 3. - С. 120-131. DOI: 10.14529/ctcr160313
- Тугашова, Л.Г. Разработка Matlab-модели аппарата воздушного охлаждения процесса атмосферной перегонки нефти / Л.Г. Тугашова // Вестник науки и образования Северо-Запада России. - 2015. - Т. 1, № 3. - С. 105-111.
- Ясавеев, Х.Н. Модернизация установок переработки углеводородных смесей / Х.Н. Ясавеев, A.Г. Лаптев, М.И. Фарахов. - Казань: Изд-во «ФЭН», 2004. - 307 с.
- Булыгин, Ю.А. Теплообменные аппараты в нефтегазовой промышленности /Ю.А. Булы-гин, С.С. Баранов. - Воронеж: ВГТУ, 2015. - 100 c.
- Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии / П.Г. Романков, B.Ф. Фролов, О.М. Флисюк, М.И. Курочкина. - СПб. : Химия, 1993. - 288 c.
- Антипов, А.И. Тепловой расчет технологических линий и теплотехнического оборудования объектов промысловой подготовки /А.И. Антипов. - Казань: Изд-во «ФЭН», 2002. - 284 c.
- Дьяконов, В.П. MATLAB. Полный самоучитель / В.П. Дьяконов. - М. : ДМКПресс, 2012. -768 с.
- Тугашова, Л.Г. Моделирование системы управления ректификационной колонной в среде Matlab / Л.Г. Тугашова // Новый Университет. Серия: Технические науки. - 2016. - № 8-9 (54-55). - C. 18-24.
- Затонский, А.В. Управление атмосферной колонной малого нефтеперерабатывающего завода с применением динамической модели / А.В. Затонский, Л.Г. Тугашова // Интернет-журнал «Науковедение». - 2017. - Т. 9, № 1. - http://naukovedenie.ru/PDF/71TVN117.pdf
