Автоматизированное диспетчерское управление ректификационной колонны переработки нефти

Процесс переработки нефти в колонне К-102 относится к числу сложных технологических процессов, характеризующихся непрерывностью протекания массообменных процессов, большим числом связанных между собой технологических параметров и управление которым для диспетчера-технолога представляет сложную трудоемкую задачу.

Для повышения эффективности процесса (выхода светлых нефтепродуктов),строят управление по оптимальному алгоритму на основе математической модели процесса и вычислительной техники.

Ставятся требованиями к стабилизации качества получаемых фракций, а также необходимостью оперативного решения задач по управлению колонной при изменении плановых заданий по выпускаемой продукции.

Алгоритм оптимизации статических режимов работы колонны К-102 управляет работой колонны в двух режимах:– при максимизации выхода одной из фракций (180-230.) при ограничении на выходы остальных фракций и на показатели качества всех фракций;– при заданных плановых значениях выходов всех фракций при ограничении на их показатели качества. Существует два варианта оптимизации:

1 вариант:

(1)

где: W ₁, W ₂ , W ₃ расходы фракций соответственно 140°-180°, 180°-230°С, 230°-360°С;

T ₁, T ₂, T ₃ - температуры выкипания 98% соответственно фракций 140°-180°, 180°-230°С и 50% фракции 230-360°С; U_j (F_n,F_o,S₁,S₂,S₃,t₁,t₂,t₃,t_н) - вектор управляющих параметров, где F - расход пара; F₀ - расход острого орошения; S₁,- расход верхнего циркуляционного орошения (ЦО); S₂- расход 1-го ЦО; S₃- расход 2-го ЦО; P - давление в колонне; t₁- температура верха колонны; t₂- температура 1-го ЦО в колонну; t₃- температура 2-го ЦО в колонну; t_н- температура низа колонны.X (F,t_f) – вектор входных параметров (F – расход отбензиненной нефти, t_f – температура нефти).Черта внизу параметра (например, W ₁) означает его нижнее (минимальное) значение, черта сверху параметра – верхнее (максимальное) значение в диапазоне изменения данного параметра.При этом величины ограничений на выходные переменные (Ti) и управляющие воздействия могут изменяться в соответствии с технологическими требованиями ведения процесса.

Задача оптимизации статических режимов колонны в постановке сводится к следующему: при заданном значении вектора входных параметров X (F,t_f)– определить максимум выхода фракции 180°-230°С (W ₂) при выполнении заданных ограничений на расходы фракций 140-180° (W ₁) 230-360°(W ₃) и температуры выкипания 98% фракций 140-180° (Т ₁) 180°-230° (T ₂), выкипания 50% (96%) фракции 230°-360° (T ₃).

Решение задачи оптимизации в этом случае получается в виде зависимости управляющих параметров процесса U от входных параметров Х

(2)

2-й вариант. Математическая постановка задачи оптимизации формулируется следующим образом:

(3)

данном варианте задача оптимизации статических режимов работы колонны К-102 сводится при заданном значении вектора Х (F, f) к реализации заданных значений расходов всех фракций W ₁, W ₂, W ₃ при выполнении заданных ограничений на заданные показатели: температуры выкипания 98% фракций Т ₁=140-180 ^оС, и Т ₂=180-230 ^оС, и 50%(96%) фракции при 230-300 ^оС. Кроме того, накладываются позиционные ограничения на все управляющие воздействия U _j(j =1, 2, …,10).Решение задачи оптимизации в данном случае получается в виде зависимости:

(2)

Режим советчика оператору реализован в виде программы «Оптимизация», представляющей собой средство для проведения расчетов оптимальных режимов работы колонны с использованием 2-х вариантов алгоритмов оптимизации для всех режимов работы по видам сырья и номенклатуре получаемой продукции в указанных интервалах расхода и температуры отбензиненной нефти.

При проведении расчетов по программе вначале рассчитывается и отображается в редактируемых полях величины ограничений (минимальные и максимальные значения) управляющих Uj и выходных параметров Y _k,

Результатом работы программы является расчет и отображение численных значений в соответствующем поле оптимальных значений всех управляющих параметров и соответствующих им величин расходов фракций и их качественных показателей. Эти данные являются рекомендацией оператору для управления процессом в колонне при соответствующем варианте работы при заданной нагрузке по сырью.

Для расчета оптимальных режимов колонны К-102 по первому варианту алгоритма оптимизации запускается программа и на экране появляется окно (с заголовком «Оптимизация») В левой половине окна находятся наименования параметров, правее каждого из них расположено два поля ввода численных значений их интервалов ограничений. Слева от каждого наименования параметра находится переключатель для выбора режима ввода интервалов ограничений в ручном режиме. По умолчанию численные значения всех параметров равны 0. Против наименований «Расход отбензиненной нефти» и «Температура отбензиненной нефти» находится соответствующее поле ввода конкретных значений этих параметров.

Выбор варианта работы колонны по виду нефти и номенклатуре получаемых продуктов производится путем переключения соответствующего указателя с помощью курсора мыши.После выбора данного варианта против параметров «Расход от бензиненной нефти» и «Температура отбензиненной нефти» отображаются диапазоны изменения данных параметров, в рамках которых может выполняться оптимизация процесса в колонне.

Задание в соответствующих редактируемых полях «Расход отбензиненной нефти» и «Температура отбензиненной нефти» и нажатие кнопки «Вычислить» повторяет вышеприведенную процедуру расчетов и отображений вначале интервалов ограничений, а затем, и оптимального режима работы колонны. Если при вводе в ручном режиме значение минимума меньше минимального значения либо больше.

Затем в соответствующих редактируемых полях задаются величины расхода отбензиненой нефти и ее температуры. В результате происходит расчет всех диапазонов ограничений всех параметров, которые отображаются в соответствующих редактируемых полях, а для выходов фракций – в скобках против (правее) наименований этих выходов.

В соответствии с технологической целью ведения процесса из области ограничений на выходы фракций задаются их конкретные значения для каждой фракции, которые отображаются в соответствующих редактируемых полях.

Нажатием кнопки «Вычислить» запускается программа вычислений и их результаты отображаются на расчетном поле против каждого параметра процесса. Кнопкой «Закрыть» закрывается окно программы.