Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Кузнецов Виктор Георгиевич. Алгоритмизация и оптимизация технологического процесса ректификации нефти : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 Самара, 2005 216 с. РГБ ОД, 61:05-5/2997

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Глава 1. Процесс первичного разделения нефти как объект наблюде ния иуправления 10

1.1. Общее описание проблемы. Идентификация состояния процесса 10

1.2. Технологические цели и критерии их достижения. Постановка технологической задачи ректификации нефти 21

1.3. Идентификация свойств сырья и состояния процесса 29

1.4. Основные выводы по литературному обзору и постановка задачи исследования 36

1.5. Основные результаты первой главы 38

Глава2. Математическое моделирование процесса ректификации . 39

2.1. Объекты исследования 39

2.2. Разработка программы «POLIFUN» для моделирования процесса ректификации 41

2.3. Программа статистического моделирования «REGMOD» 56

2.4. Методы исследования и применяемые критерии 57

2.5. Выводы по главе 2 62

Глава 3. Анализ и идентификация моделей статики ректификационных колонн различного типа 64

3.1. Общая структура модели статики процесса ректификации 64

3.2. Влияние тарелки питания на эффективность ректификации 65

3.3. Температурные профили, контрольные зоны (оптимизация рас- положения датчиков

3.4 Влияние степени извлечения на эффективность ректификации 76

3.5. Влияние на эффективность орошения 83

3.6. Структурная и параметрическая идентификация типовой модели статики процесса ректификации и выбор критерия оптимальности

3.7. Выводы по главе 3 93

Глава 4. Структурная и параметрическая идентификация моделей физико-химических свойств нефти

4.1. Источники информационных неопределенностей данных по качеству нефти

4.2. Фракционный состав и интегральные показатели качества 102

4.3. Параметрическая идентификация моделей фракционного соства нефтесмесей

4.4. Выводы по главе 4 117

Глава 5. Алгоритмы и Аппаратно-программные комплексы для опти- мизации ректификации нефти 120

5.1. Программно-математический модуль «Predict Assay» для оперативной оценки выходов продуктов заданного ассортимен та 120

5.2. Аппаратно-программный комплекс и алгоритм оптимального управления ректификацией нефти 131

5.3. Оптимизация технологического режима колонны ректификации нефти на установке ГК-3 ОАО АНХК 139

5.4. Практическое применение локального критерия для оценки состояния процесса ректификации нефти 146

5.5. Выводы по главе 5 151

Заключение 152

Список использованных источников 157

Приложение А1. Документы по внедрению аппаратно -программного комплекса ИТК на ОАО НК НПЗ (распоряжение о пробеге, данные аналитического контроля, акт при- 168 емки).

Приложение А2. Блок-схема алгоритма программы оперативной оценки фракционного состава нефти, перерабаты- 172

ваемой на АВТ-11

Приложение A3 Выписка из протокола Ученого совета АОА СвНИИНП 177

Приложение Б1. Акт приема в промышленную эксплуатацию системы автоматического контроля и регулирования по договору 35/87 от 21.01.87.Тема «Разработать и вне- ISO дрить АСР технологического режима ректификационных колонн установок ЛК-6У Мажейкского НПЗ»

Приложение Б2 Функциональные и алгоритмические схемы АСР секции 100 184

Приложение В Рабочая программа по фиксированному пробегу ат- мосферного блока установки ГК-3 19В

Приложение Г Данные режимных показателей фиксированного пробега 202

Приложение Д Данные аналитического контроля фиксированного пробега 208

Приложение Е Акт о проведении фиксированного пробега 21Я

Приложение И Примеры применения локального критерия для оценки состояния процесса ректификации нефти 215 

Введение к работе:

В настоящее время, в связи с предстоящим вступлением России в ВТО, для отечественных предприятий весьма актуальным является выполнение требований стандартов серии ISO 9000 по обеспечению максимальной «идентифицируемости, наблюдаемости и управляемости» производства. Обеспечение этих требований в отношении процесса ректификации нефти является весьма сложной проблемой, так как кроме динамичности (наличия перманентных и существенных изменений во времени), сложности и распределенности параметров в пространстве и времени для этого процесса характерно применение особого вида сырья - нефти, которая сама по себе является сложной и динамичной физико-химической системой. Несмотря на значительное количество работ по улучшению контроля над процессом, существует актуальная проблема неполной наблюдаемости и, соответственно, неполной управляемости процесса первичного разделения нефти. На верхних уровнях управления нефтепереработкой завода в настоящее время широко применяются современные системы технико-экономического моделирования и оптимизации (PIMS, RPMS и т.п.), которые на базе экономических критериев, маркетинговой обстановки и усредненных данных по качеству перерабатываемых нефтесмесей выдают оптимальные задания на уровень отдельных установок. Однако на установках ректификации нефти фактические отборы фракций, как правило, значительно отклоняются от оптимальных заданий. Основные причины этого заключается в следующем:

• различия планового- и фактического качества сырья; отсутствие методов и алгоритмов, позволяющих оперативно получить достоверную картину разделения нефти и тем самым обеспечить полный и безусловный контроль над процессом.

Экономический смысл проблемы наблюдаемости процесса первичного разделения нефти заключается в наличии на установках ректификации избыточного запаса по качеству, то есть убыточного перераспределения фракций в пользу малоценных продуктов. Этот запас зависит от степени совершенства оборудования и составляет на различных установках от 1-2 до 6-8% мас. в пересчете на нефть. Подобный запас, именуемый иногда «динамическим», неизбежно возникает в условиях неполной наблюдаемости в результате самых различных технологических манипуляций по управлению процессом для компенсации операторами ненаблюдаемых и неконтролируемых ими возмущений. Поэтому экономическая цель настоящего исследования заключается в выявлении и указании путей снижения этого запаса по качеству, и увеличения выхода целевых продуктов путем приближения фактических отборов к оптимальным значениям.

Основным инструментом для представления информации о процессе и реализации управляющих воздействий являются распределенные автоматические системы управления технологическими процессами (АСУТП), представляющие собой комплекс технических и программно и алгоритмических средств. Общее количество параметров, которые собираются и выводятся на мониторы рабочих мест операторов-технологов, достигает нескольких тысяч. Количество информации о процессе в виде отдельных измерений столь велико, что оперативная и корректная их интерпретация в режиме реального времени без использования специальных алгоритмов практически исключена. Последнее, как видно из данных таблицы 1, является принципиальным моментом, ухудшающим качество управления.

Как видно из данных таблицы, простое информирование, пусть даже оперативное, не дает гарантий правильного решения и, напротив, перенасыщение оператора информацией в условиях дефицита времени приводит к так называемой «информационной» болезни. Именно поэтому необходимо обеспечить корректную интерпретацию ключевой информации и данных с представлением результатов в виде максимально интегрированной и адаптированной для восприятия оценки состояния процесса.

Любая интерпретация требует концептуальной основы, т.е. модели взаимодействия намечаемой цели, наблюдаемого объекта и окружающей среды (источников возмущений), т.е. предполагает обязательное предварительное решение задачи целеуказания. Кроме того, поскольку локальный процесс «встроен» в общую схему нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ), должны быть определены способы взаимодействия локального технологического процесса с окружающей его технико-экономической средой НПЗ, т.е. корректный способ декомпозиции глобального критерия оптимизации на локальные. Этот вопрос как имеющий особую методологическую важность должен быть выделен в решение отдельной проблемы. Поэтому важнейшей задачей исследования должен стать выбор критерия, позволяющего оперативно оценить степень оптимальности режима разделения нефти на продукты заданного ассортимента.

Нефть как сырье процесса и источник основных возмущений процесса является самостоятельной и чрезвычайно сложной динамической системой, наблюдение свойств которой в режиме реального времени является отдельной и весьма непростой проблемой. В этом главное отличие процесса ректификации нефти от ректифи-кации ограниченного числа точно идентифицированных компонентов. Одни и те же значения интегральных параметров качества (таких как плотность, температура за-стывания вязкость и т.п.), которые в настоящее время служат главными критериями целями управления, могут быть получены при различных отборах и наложениях смежных фракций, т.е. при разных состояниях процесса. Таким образом, решение общей проблемы контроля процесса первичной перегонки имеет как бы «удвоенную сложность» по сравнению с ректификацией ограниченного числа компонентов и соответственно включает две группы проблемных задач:

• Оперативная оценка (идентификация) свойств нефти;

• Оперативная оценка (идентификация) состояния процесса.

Проблема неполной наблюдаемости и управляемости процесса ректификации нефти, являясь основным препятствием для экономически эффективной интенсификации и оптимизации нефтепереработки, составляет предмет настоящего исследования.

Цель работы - повышение точности выполнения оптимальных заданий верхнего уровня управления (систем PIMS. RPMS и т.п.) путем выбора и обоснования способов корректной декомпозиции глобального критерия оптимизации нефтепереработки на локальные. Создание на базе выбранных критериев комплекса методических и алгоритмических средств, для оптимального управления технологическим процессом ректификации нефти.

Основными задачами исследования являлись следующие:

1. Определение типовых свойств статических характеристик ректификационных колонн (структурная и параметрическая идентификация типовых моделей статики процесса ректификации в колоннах различного типа) и анализ особенностей нелинейной задачи минимизации энергозатрат ректификации с целью поиска наиболее рациональных способов ее решения .

2. Разработка технико-экономического критерия (концепция управления) для ректификации нефти, учитывающих типовые свойства установившихся режимов ректификационных колонн и особенности оптимизационной задачи минимизации энергозатрат ректификации.

3. Разработка алгоритма оптимального управления процессом первичного разделения нефти с использованием выбранных локальных критериев оптимизации, обеспечивающих корректное однозначное сопряжение с глобальной оптимизацией всей схемы переработки нефти на заводе.

4. Разработка способов оперативной идентификации ключевых свойств нефти.

5. Разработка алгоритмов оценки (наблюдения) целевых параметров процесса недоступных прямым измерениям, в том числе фактических температур раздела и наложений смежных фракций, отборов от потенциала и т.п.

Основные результаты проведенной работы Научная новизна:

1. Впервые предложен критерий оптимальности процесса ректификации нефти на базе связанной пары ключевых параметров - «температуры раздела» и «наложения» смежных фракций, позволяющий удерживать заданное (оптималь ное) распределение узких фракций в продуктах разделения нефти инвариантно к колебаниям качества сырья.

2. На базе установленных особенностей типовых распределений плотности перерабатываемых нефтесмесей впервые предложены идентификационные модели, позволяющие оценивать фракционный состав перерабатываемых нефтесмесей в режиме реального времени.

3. Предложена декомпозированная модель качества нефти, позволяющая оперативно прогнозировать выходы целевых продуктов заданного ассортимента.

На защиту выносятся:

• методы и средства оперативной идентификации основных свойств нефти и нефтепродуктов;

• модель интегральных свойств нефти, позволяющая оперативно прогнозировать выходы целевых продуктов заданного ассортимента;

• метод и критерий оценки локальной оптимальности процесса ректификации нефти;

• алгоритмы и программно математическое обеспечение для оптимального управления ректификацией нефти на базе выбранного критерия, и для детерминированного и статистического моделирования процессов;

• методика моделирования и оптимизации установившихся режимов процесса ректификации.

Личный вклад автора

Разработка критериев и алгоритмов оптимизации (математического и программного обеспечения), разработка и внедрение программно-математического обеспечения для АСУТП на базе контролеров «Ремиконт», разработка метода и уст ройства для оценки состава многокомпонентной смеси, разработка и внедрение программно-математического комплекса для построения интегрированной картины разделения на атмосферном блоке. Участие (разработка отдельных модулей) в разработке пакета детерминированного моделирования «POLIFUN». Постановка задачи, руководство, участие в разработке и выбор расчетных формул для пакета «PREDICT ASSAY».

Экономический эффект.

Применение разработанной автором методики оптимизационного анализа по-зволило выдать и реализовать рекомендации по оптимизации режима ректификации нефти на установке ГК-3 ОАО «АНХК», а именно снизить потери наиболее ценных продуктов с побочными (мазутом) на 41%. При этом затраты на оптимизацию (обследование, расчеты и т.п. составили около 700 тыс.рублей, в то время как альтернативный вариант - реконструкция оценивался руководством ОАО «АНХК» в 1,5-2 миллиона долларов). Для установки ГФУ ОАО «Ачинского НПЗ» даны рекомендации по усовершенствованию систем регулирования, позволяющие снизить энергозатраты на 35%.

Предложенная модель свойств нефти и разработанная на ее базе методика прогноза выходов продуктов при ректификации нефти с учетом требований ассортимента, а также реализующий ее программный модуль PREDICT ASSAY позволяют задавать оптимальные температуры раздела смежных фракций и оперативно оценивать потенциалы продуктов. Применение методики позволяет увеличить оперативность по сравнению с применяемой в настоящее время методикой ВНИИНП примерно в 400 раз.

Разработанный на базе идентификационной модели нефти аппаратно-программный комплекс «ИТК», внедренный на установке АВТ-11 ОАО «НК НПЗ», позволяет оценивать основной параметр качества нефти (фракционный состав).

Подобные работы
Семенова Елена Георгиевна
Методология алгоритмизации управления и моделирования процессов оптимизации конструкторско-технологических параметров бортовых комплексов
Поляков Андрей Александрович
Оптимизация процесса горения в паровом котле при сжигании нескольких видов топлива с применением экстремального регулятора
Лутков Сергей Алексеевич
Информационное обеспечение оптимизации процессов управления судном в условиях изменяющегося судового хода
Толстиков, Александр Степанович
Многоцелевая оптимизация процесса получения алюминия
Головской Алексей Львович
Оптимизация технологического процесса вакуумной цементации сталей для буровых долот
Копейкин Дмитрий Викторович
Моделирование и оптимизация технологического процесса отбелки целлюлозы для проектирования и совершенствования отбельных установок
Нырков Анатолий Павлович
Автоматизированное управление и оптимизация технологических процессов в транспортных узлах
Дианов Роман Сергеевич
Оптимизация технологического процесса разработки газоносного пласта с применением генетических алгоритмов и нейронных сетей
Петров Михаил Геннадьевич
Модели и методы оптимизации ресурсосберегающих процессов горно-обогатительных комбинатов
Бенгина Татьяна Алексеевна
Оптимизация технологического процесса газового азотирования

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net