СТАТЬИ ПО ТЕМАМ

 
 

Автоматизация

УЛУЧШЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ

информационный сборник "Нефтепереработка и Нефтехимия" / ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, №6/2006
   

 

 

Хачатуров С.Л., начальник отдела НПФ «КРУГ»
Шехтман М.Б., к.т.н., генеральный директор НПФ «КРУГ»


Наиболее ответственным и сложным технологическим объектом на установках первичной переработки нефти (АТ) является колонна К-2, с которой отбираются бензин, керосин, дизельное топливо (ДТ), мазут. Каждый продукт (фракция) отбирается с определенной тарелки в соответствии со своей температурой выкипания при определенном давлении в колонне.

Нарушение материального баланса при отборе фракции или теплового режима в колонне может привести к нежелательным изменениям фракционного состава продуктов – изменению температур начала или конца кипения фракции, не отвечающим требованиям на готовую продукцию.

Хотя в последние годы технические средства управления сделали значительный шаг вперед (микропроцессорная техника и компьютеры пришли на смену щитовой системы управления), к сожалению, основной принцип управления колонной К-2 остается традиционным – это стабилизация температуры и давления в колонне.

Процесс ректификации ведется в соответствии с кривой равновесия зависимости давления насыщенных паров и температуры кипения фракции. Поэтому при изменении давления в колонне необходимо корректировать температурный режим, чтобы фракционный состав отбираемых продуктов оставался неизменным. К сожалению, оперативный персонал не в состоянии в уме вычислять для каждого продукта, в соответствии с кривой равновесия, температуру отбора при изменении давления в колонне. Поэтому при относительно стабильном режиме неожиданно происходит отклонение качества продукта от заданных показателей. Так понижение давления в колонне К-2 на 0,1 кг/см2 при неизменной температуре верха может привести к повышению температуры конца кипения бензина на 7-8 oС [1]. Такие колебания давления в колонне являются обычными при смене суток, они незначительны, и операторы обычно не корректируют температурный режим в колонне. А так как лабораторные анализы продуктов выполняются раз в 4 часа, то многие отклонения в период между анализами остаются как бы невидимыми. Однако это не значит, что они не сказываются на работе, например, реакторного блока риформинга или на качестве готовой продукции в товарном парке.

Поэтому при создании НПФ «КРУГ» системы управления на установке первичной переработки нефти АТ-1 на ОАО «НК РОСНЕФТЬ» – Туапсинский НПЗ» были поставлены задачи: повышение стабильности ведения технологического режима установки в целом и расчет параметров рационального режима технологического процесса в колонне К-2.

Повышение стабильности технологического процесса – это воспроизводимость заданного технологического режима из смены в смену, что уже гарантирует стабильность качества продуктов. Если подобрать технологический режим, который обеспечивает определенное качество продуктов, и сравнить его с текущим режимом через несколько дней, то можно заметить, что в режимах имеется определенная разница. Незначительные ежедневные изменения по отдельным параметрам, на которые операторы не обращают внимания, накапливаются и в сумме уже дают значительные отклонения.

Нарастающий ком совокупных отклонений неожиданно для операторов, при отсутствии каких-либо видимых предпосылок со стороны технологического процесса, выливается в якобы «некачественный» лабораторный анализ какого-либо продукта [2]. Первая реакция – «ошибка лаборатории», так как процесс идет «как по нитке», и мало у кого хватает желания проанализировать несколько десятков параметров за несколько суток и дать более объективное объяснение по данному факту.

Поэтому первой задачей, которую необходимо решить, стало предоставление операторам технологической установки средств оперативной оценки отклонения технологического режима от заданного в любой момент. Для этого процесс первичной переработки нефти был условно разделен на ряд участков:

  • подготовка нефти;
  • стабилизация нефти в колонне К-1;
  • разделение на фракции в колоннах К-2,4;
  • печи.
По каждому участку были выявлены параметры, определяющие его работу, и, в зависимости от их «весового» влияния на работу данного участка, рассчитывается обобщенный показатель отклонения от заданного режима на данном участке. Отклонения по каждому участку суммируются и дают показатель отклонения по установке в целом.

При установившемся режиме и удовлетворительном качестве продуктов начальник установки или технолог специальной командой с использованием пароля включает подсистему диагностики технологического процесса, которая запоминает текущий режим как «хороший», и затем начинает рассчитывать совокупный показатель отклонения по установке в целом и по каждому участку. Теперь оператор постоянно держит величину отклонения от заданного режима под контролем, быстро определяет, на каком участке отклонение, по каким параметрам и, не вдаваясь в долгие размышления, просто возвращает параметр к заданному «хорошему» значению.

При испытании этой подсистемы операторы не были введены в курс её работы. Показатели отклонения по участкам и по установке, в целом, колебались в очень значительных пределах даже в течение одной смены. После введения подсистемы в работу и инструктажа операторов, колебания показателей отклонений от заданного режима резко сократились и стали составлять не более 20%. Наконец, технологи добились ежедневного воспроизведения заданного технологического режима. (Рис.1 Структура системы рационального управления установкой первичной переработки нефти)

Подсистема диагностики технологического процесса стала основой для функционирования следующей задачи – расчета параметров рационального режима технологического процесса в колонне К-2. Подсистема реализует следующие задачи:

  • расчет отбора светлых нефтепродуктов из нефти;
  • расчет температуры верха колонны и температуры отбора керосина в зависимости от давления в колонне;
  • расчет прогнозируемой средней температуры кипения бензина, температуры начала и конца кипения керосина при текущем режиме в колонне;
  • расчет количества острого орошения в колонну К-2;
  • расчет количества керосинового циркуляционного орошения;
  • расчет пара в керосиновый и дизельный стриппинги.
Расчет отбора светлых нефтепродуктов из нефти (бензина, керосина, ДТ) выполняется в зависимости от качества нефти, фракционного состава отбираемых продуктов и производительности установки. Теперь оперативный персонал получает информацию – какого продукта и сколько должно получиться – и сравнивает её с фактическим отбором. Это позволяет предотвратить излишний отбор какого-либо продукта, тем самым оголить тарелку или, наоборот, недоотбор, что приводит к скапливанию части неотбираемого продукта в колонне и затем неизвестно где себя проявляющего.

Рис.1 Структура системы рационального управления установкой первичной переработки нефти

Расчет требуемой температуры верха колонны К-2 и температуры отбора керосина, в зависимости от давления в колонне, прогнозируемой средней температуры кипения бензина, температуры начала и конца кипения керосина при фактическом режиме в колонне К-2 позволяют оператору определить – какой режим в колонне надо поддерживать, чтобы качество бензина и керосина было неизменным, а также контролировать, в какую сторону и насколько происходит облегчение или утяжеление фракций при соблюдении текущего режима. Эти задачи работают на основе кривых равновесия для каждого продукта [3]. Расчет кривой равновесия производится автоматически в реальном масштабе времени. При установившемся режиме и стабильном качестве продуктов отбираются пробы на лабораторный анализ бензина и керосина, при этом фиксируются показатели технологического режима в колонне К-2. Затем показатели качества продуктов и режимные параметры заносятся в специальную таблицу, и система управления автоматически рассчитывает калибровочные кривые равновесия для каждого продукта. Калибровка проводится начальником установки или технологом один раз и повторяется при необходимости, например, при изменении требований к фракционному составу отбираемых продуктов.
Расчет количества верхнего острого орошения колонны К-2 и керосинового циркуляционного орошения выполняется в зависимости от количества отбираемых продуктов и требований к четкости разделения продуктов. Рассмотрим это более подробно на примере работы секции колонны, отвечающей за разделение бензина и керосина. Эта секция находится между верхом колонны и тарелкой отбора керосина. Секция содержит 13 тарелок и служит для отделения от бензина керосиновой фракции. Как отмечено в литературе [1], четкость ректификации зависит от флегмового числа, числа тарелок в секции, выхода ректификата, эффективности и конструкции тарелок. Четкость ректификации характеризуется «налеганием» температур кипения разделяемых фракций и косвенно может характеризоваться произведением Y * N, где Y - флегмовое число для данной секции, N – число тарелок в секции. Удовлетворительная четкость разделения фракций достигается при Y * N ~ 25 ÷ 50 и подбирается на работающей колонне практическим путем, в зависимости от конструктивных особенностей колонны и эффективности работы тарелок. Для бензиновой секции произведение Y * N было определено равным N1. В соответствии с этим коэффициентом, система автоматически рассчитывает требуемое количество верхнего острого орошения.

Аналогично для керосиновой секции произведение Y * N было определено равным N2. В соответствии с этим коэффициентом, система автоматически рассчитывала требуемое количество керосинового циркуляционного орошения.

Расчет количества пара в керосиновый и дизельный стриппинги. В соответствии с рекомендациями [4], были подобраны коэффициенты, которые позволяют постоянно рассчитывать количество пара в стриппинг в зависимости от количества получаемого продукта и увеличения температуры начала кипения продукта в стриппинге на 12 ÷ 15 oС.

Внедрение задач диагностики технологического процесса и расчета рационального режима было осуществлено НПФ «КРУГ» в составе АСУ ТП, созданной на базе ПТК «КРУГ-2000», однако принятые технические решения могут быть реализованы практически в любой современной системе управления.

Функционирование подсистем диагностики технологического режима и расчета рационального режима по колонне К-2 позволило:

  • сделать технологический режим установки воспроизводимым от смены к смене;
  • сделать протекание процесса ректификации в колонне К-2 более понятным и «прозрачным» для технологического персонала;
  • оперативно информировать технологический персонал о необходимых действиях при ведении технологического режима установки;
  • стабилизировать колебание температуры конца кипения бензина в пределах 2 ÷ 3 oС;
  • сократить «налегание» температур кипения бензиновой и керосиновой фракций до величины – не более 5oС.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
  • 1. Мановян А.К. «О четкости погоноразделения при перегонке нефти», Труды ГРОЗНИИ, выпуск XXII, Технология переработки нефти и газа. Производство топлив, 1968г.
  • 2. Слободкин В.М. «Ректификация. Побочные эффекты традиционных управляющих воздействий». Промышленные АСУ и контроллеры, №11 1999г.
  • 3. Лисицын Н.В. «Оптимизация нефтеперерабатывающего производства», Химиздат, Санкт-Петербург, 2003г.
  • 4. Мановян А.К. и др. «О работе отпарных секций атмосферной колонны с вводом водяного пара», труды ГРОЗНИИ, выпуск XXII, Технология переработки нефти и газа. Производство топлив, 1968г.

Информационный сборник "Нефтепереработка и Нефтехимия" / ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, №6/2006.