Технические науки/ 12. Автоматизированные системы управления на производстве

Попова Т.Ю., Лапшина А.Ю., доцент Сизова Н.А., Ширяева Т.А.

Самарский государственный технический университет, Россия

Проблемы разработки автоматизированной системы управления установки каталитического крекинга.

Одно из ведущих мест среди вторичных процессов нефтепереработки принадлежит процессу каталитического крекинга. В процессе работы установки образуется значительное количество газа, богатого бутан-бутиленовой фракцией. Эта фракция является хорошим сырьем для получения высокооктановых компонентов бензина. Установки каталитического крекинга являются поставщиком сырья для нефтехимической промышленности. Так из газойлей каталитического крекинга получают сажевое сырье и нафталин; тяжелый газойль является сырьем для производства высококачественного игольчатого кокса.

Необходимо модернизировать данный процесс с помощью доступных средств автоматизации, с целью повышения качества получаемого сырья, а также облегчения работы сотрудников нефтехимических предприятий, но на пути модернизации возникает ряд проблем, которые необходимо решать.

Протекание технологического процесса установки КК (каталитического крекинга) характеризуется большим числом непрерывно изменяющихся параметров. Основными параметрами процесса являются температура, давление, объемная скорость подачи сырья и кратность циркуляции катализатора (при работе с движущимся катализатором). Количество выхода продуктов напрямую зависит от температуры процесса. Таким образом, одной из главных задач автоматики является регулирование данных параметров посредством выбора соответствующих органов управления.

В данной статье с помощью анализа работы центральной части установки выявляются проблемы, возникающие на пути разработки автоматизированной системы управления, а также предоставляются возможные варианты их решения.

Основным звеном установки КК является реакторно-регенераторный блок. В установку входит система автоматической стабилизации переменных параметров, характеризующих работу трех важнейших агрегатов блока – нагревательной печи, реактора и регенератора.

Система регулирования состоит из ряда взаимосвязанных контуров, обеспечивающих стабилизацию следующих переменных процесса: температуры подогрева сырья в нагревательной печи, уровня кипящего слоя в ректоре, расхода закоксованного катализатора, выходящего из реактора, расхода регенерированного катализатора, выходящего из регенератора, температуры кипящего слоя в реакторе и в регенераторе, закоксованности катализатора, выходящего из регенератора.

В основе расчета любого процесса лежат математические уравнения. Далее приведена математическая модель реактора, используемого на установке, на основе материальных балансов.

Материальный баланс по сырью:

=-R*t*[COR]*Ф*y*exp*exp(-

Материальный баланс по выходному продукту:

=-R*t*[COR]*Ф*y*exp*exp(--R*t *[COR]* Ф* *y*exp*exp(-

Где y- массовая доля газойля в парах в реакторе; Z    - безразмерная переменная длины; R - постоянная скорости реакции образования газойля; R - постоянная скорости реакции образования газолина; R - постоянная скорости реакции получения углерода; COR – массовое соотношение катализатора к нефти; Ф - активность катализатора во входе в реактор; Е - энергия активации для крекинг газойля; T - температура сырья при поступлении в реактор;- безразмерная переменная температуры; t - время нахождения катализатора в реакторе;- коэффициент старения катализатора; y- массовая доля газолина в парах в реакторе; E - энергия активации для крекинг газолина.

Регенератор можно представить в виде реактора идеального смешения.

Материальный баланс по коксу:

=(W*C)*F*(C-C)-k*y* C*W

Материальный баланс по кислороду:

(W* y)=R(y-y)-*k*y* C*W

Где W- масса катализатора в регенераторе; W- масса воздуха в регенераторе; C -массовая доля кокса в восстановленном катализаторе; R- подача воздуха в регенератор;

k- коэффициент выжига кокса; C- массовая доля кокса в использованном катализаторе; y- мольная доля кислорода в регенераторе; - соотношение CO₂/CO в дымовых газах; M- молярная масса кокса.

Управление процессом с использованием математических моделей является одним из основных формализованных подходов к анализу и синтезу управления. Поэтому построение этих моделей также является основной задачей автоматики.

Реактор и регенератор, рассматриваемые с позиции автоматического регулирования, представляют собой многосвязанный объект с положительной обратной связью. Это вызвано тем, что увеличение содержания кокса на катализаторе на выходе из реактора при избытке воздуха в регенераторе вызывает увеличение температуры кипящего слоя регенератора и, следовательно, возрастание температуры кипящего слоя в реакторе. При этом увеличивается глубина разложения сырья и происходит дальнейшее коксование катализатора. Таким образом, система реактор – регенератор имеет тенденцию к неустойчивости. Что является еще одной проблемой.

Таким образом, управление процессом каталитического крекинга является сложной задачей. Сложность задачи обусловлена следующими проблемами:

-сложность в выборе подходящих регулирующих органов;

-неустойчивость системы и нелинейный характер протекания процесса;

-объект управления представляет собой многосвязный объект с существенными перекрестными связями;

-существует большое количество возмущений, которые невозможно измерить.

Поэтому для решения задач управления процессом КК необходимо:

-построение математических моделей, основных технологических и материальных балансов;

- построение алгоритма многосвязанного управления процессом;

-выбор программно-технических средств контоля и управления процессом;

-выбор соответствующих регулирубщих органов.

Литература:

1. Сepeбpянский A.Я. Упpaвлeниe yстaнoвкaми кaтaлитичeскoгo кpeкингa. - М.: Химия,1983.

2. Методическое пособие по изучению темы: «Каталитический крекинг». Сызрань, 2014 год.