СТАТЬИ ПО ТЕМАМ

ВСЕ СТАТЬИ

2010   2009   2008   2007   2006   2005   2004   2003   2002   2001   1999   1998  

ПОИСК ПО СТАТЬЯМ


»»»

НОВОСТИ



 
 

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.