Soy un estudiante de último año y quiero diseñar un sistema de control de destilación atmosférica y al vacío de destilación de petróleo crudo.
El DCS se ha utilizado en las refinerías chinas durante 15 años, y más de 20 refinerías han instalado y utilizado diferentes tipos de DCS.
El DCS se utiliza en unidades de destilación atmosférica y al vacío, unidades de craqueo catalítico, unidades de reformado catalítico, hidrorefinación, mezcla de aceites, etc.
Control de procesos y gestión de la producción. Se utilizan más de una docena de conjuntos de DCS para la destilación de petróleo crudo, y la mayoría de ellos se utilizan para reflujo único de unidades de destilación atmosférica y al vacío.
Control de bucle complejo como control de ruta y avance, cascada, selección y relación. Algunas refinerías han desarrollado e implementado controles avanzados.
Estrategia. A continuación se presenta el desarrollo y la aplicación del circuito de control principal y el software de control avanzado de DCS en el proceso de producción de destilación de petróleo crudo.
Situación.
1. Descripción general del proceso
Para la destilación de petróleo crudo, las grandes refinerías nacionales generalmente utilizan unidades de destilación atmosférica y al vacío, procesando entre 2,5 y 2,7 millones de toneladas de petróleo crudo al año.
Consta de desalación eléctrica, torre de destilación inicial, torre de presión atmosférica, torre de vacío, horno de calentamiento a presión atmosférica, horno de calentamiento al vacío, destilación del producto y vapor de producción propia.
Composición del sistema de vapor. El dispositivo no sólo produce gasolina calificada, queroseno de aviación, queroseno para lámparas y diesel, sino que también produce materias primas.
Producir materias primas de craqueo catalítico, materias primas de asfalto oxidado y aceite residual para refinerías de aceite lubricante, también es necesaria la producción de aceite lubricante.
Aceite base petróleo. Todas las refinerías utilizan diferentes tipos de petróleo crudo y, cuando el tipo de petróleo crudo cambia, también cambia el plan de producción.
El flujo del proceso de la unidad de destilación atmosférica y al vacío de aceite lubricante combustible es el siguiente: Cuando el petróleo crudo se transporta desde el área del tanque a la unidad de destilación atmosférica y al vacío, la temperatura generalmente es
alrededor de 30 °C. Se bombea al intercambiador de calor para el intercambio de calor. Después del intercambio de calor, la temperatura del petróleo crudo alcanza los 110°C y entra en electrodiálisis.
El tanque de sal se desaliniza por primera vez, se desaliniza por segunda vez y luego se calienta a aproximadamente 220 °C mediante intercambio de calor y luego ingresa a la torre de destilación primaria para la destilación.
. El petróleo crudo en el fondo de la torre de destilación primaria se bombea al intercambiador de calor de dos maneras para intercambiar calor a aproximadamente 290 °C y luego se envía al horno de calentamiento a presión atmosférica para calentarlo.
Alrededor de 370 ℃, ingresa a la torre de presión atmosférica. La gasolina se destila desde la parte superior de la columna de presión normal y el queroseno se produce desde la línea del lado de presión normal (conocida como línea del lado normal).
La segunda línea lateral (en adelante, segunda línea lateral) produce combustible diesel, la tercera línea lateral produce materiales de lubricación o propulsión y la cuarta línea lateral produce materiales de propulsión. Peso en el fondo de la torre de presión normal
El aceite se bombea al horno de calentamiento a presión normal, se calienta a 390 °C y se envía a la torre de vacío para su destilación al vacío. A la primera y segunda línea se les descontarán
materiales o recordatorios, y a la tercera línea se le descontará y a la cuarta línea se le descontará.
2. Lazo de control principal de la unidad de destilación atmosférica y al vacío
La destilación del petróleo crudo es un proceso de producción continuo. Un conjunto de unidades de destilación atmosférica y al vacío con una capacidad anual de procesamiento de petróleo crudo de 2,5 millones de toneladas es generalmente de 130.
~ 150 bucle de control. Una parte del software de la aplicación se implementa mediante bloques de funciones de control continuo y la otra parte es de alto nivel.
Programación en lenguajes. A continuación se presentan varios circuitos de control típicos.
1. Control de rango dividido de vapor de 0,7 MPa en un horno de vacío
La presión de vapor de 0,7 MPa en un horno de vacío se logra suplementando 1,1 MPa de vapor o agotando a 0,4 MPa.
Ajuste de la red de tuberías de escape. Utilice DCS para controlar la presión de vapor de 0,7 MPa y utilice la función de calculadora para calcular y juzgar.
Apagado para lograr un control de rango dividido de la presión del vapor. La señal de detección de presión de vapor de 0,7 MPa se envía al regulador del bloque de funciones para su ajuste.
La sección de salida de 4~12~20mA regula el vapor de 1,1 mpa que ingresa a la válvula reguladora de la red de tuberías y emite la sección de 12~20mA.
Ajustar la válvula reguladora de la red de tubos de escape de 0,4MPa. En realidad, esto es para lograr un ajuste de rango imitando el esquema de rango duro de los instrumentos convencionales.
Mantiene estable la presión de vapor de 0,7MPa.
2. Control de la carga térmica de reflujo en la sección media de la torre atmosférica y de vacío.
La función principal del reflujo intermedio es retirar parte de la carga térmica en la torre. torre. La carga de calor del flujo de retorno intermedio es el flujo de retorno intermedio a través del intercambiador de calor.
Producto de la diferencia de temperatura antes y después del enfriamiento, reflujo intermedio y calor específico. El reflujo está determinado por la carga térmica del reflujo intermedio.
Flujo. El flujo de retorno intermedio es una vía de flujo de retorno secundario y el flujo de retorno intermedio está conectado con una carga de calor intermedia para formar un circuito de regulación en cascada. El bloque de funciones de calculadora d
CS calcula la diferencia de temperatura antes y después del enfriamiento y calcula la carga de calor. El valor dado de la carga térmica del circuito principal lo da el trabajador.
Ambientación o cedida por el anfitrión.
3. Mejorar el control de la eficiencia térmica del horno de calentamiento
Para mejorar la eficiencia térmica del horno de calentamiento y ahorrar energía, el aire que ingresa al horno se precalienta. la temperatura de los gases de combustión se reduce y se controla la temperatura.
Coeficiente de aire residual y otros métodos. El control general del horno de calefacción utiliza gases de combustión como portador de calor para precalentar el aire que ingresa al horno. Al controlar la presión del horno para que sea normal, se garantiza la eficiencia térmica y el funcionamiento seguro del horno de calentamiento.
(1) Control de presión del horno
Instale un transmisor de presión microdiferencial en la cámara de convección de radiación del horno de presión normal y del horno de vacío para medir la presión negativa en el horno, utilizando un cable largo.
El actuador de proceso ajusta la apertura del deflector de gases de combustión a través de la biela para mantener la presión normal en el horno.
(2) Control del contenido de oxígeno en los gases de combustión
Generalmente, se utiliza un analizador de circonio para medir el contenido de oxígeno en los gases de combustión, y el contenido de oxígeno controla el deflector de entrada del soplador.
Temperatura, controla la cantidad de aire que ingresa al horno para lograr el coeficiente de exceso de aire óptimo y mejorar la eficiencia térmica del horno de calentamiento.
4. Control de la temperatura de salida del horno de calentamiento
Existen dos soluciones técnicas para el control de la temperatura de salida del horno de calentamiento, que se controlan mediante el interruptor (o interruptor suave) en la pantalla de proceso del horno de calentamiento.
) interruptor. Una solución es que la temperatura total de salida esté conectada al flujo de fueloil y gas combustible, y la otra solución es que el horno de calentamiento absorba calor para proporcionar calor.
Control de saldo de valores. El control del equilibrio del poder calorífico requiere el uso de muchos bloques de funciones de calculadora para calcular el poder calorífico mientras se utiliza el control del poder calorífico.
Bloque de funciones PID. El valor dado es la diferencia entre el caudal de alimentación, el calor específico, la temperatura de salida de la alimentación y la temperatura de entrada del horno.
es el valor endotérmico. El valor medido es el poder calorífico del combustible y el gas, es decir, el poder calorífico. El control del equilibrio del poder calorífico puede reducir el consumo de energía, funcionar sin problemas y controlar la temperatura de salida del horno de calefacción de manera más efectiva. El sistema fue desarrollado e implementado aprovechando al máximo d.
El papel de la instrumentación interna en informática.
5. Control de desacoplamiento de la torre atmosférica.
La torre atmosférica tiene cuatro líneas laterales. Los cambios en el volumen de extracción de cualquier línea lateral cambiarán el reflujo interno debajo de la bandeja de extracción.
Afectando así la calidad del producto de cada línea lateral por debajo de la línea lateral. Normalmente, se pueden utilizar el punto de destilación inicial de la primera línea y el punto de secado de la segunda línea (secado a 90°).
punto), viscosidad lineal constante como indicador de calidad en operación. Con el fin de incrementar el rendimiento del petróleo ligero y asegurar la calidad de los subproductos.
Para superar la influencia mutua de cada línea lateral, las líneas laterales de la torre atmosférica adoptan un control de desacoplamiento. Tomando la segunda línea constante como ejemplo, la salida de la segunda línea constante puede controlarse mediante un flujo de bombeo de dos líneas, o puede controlarse mediante desacoplamiento y conmutarse mediante un interruptor de diagrama de flujo. Solución
En el método de acoplamiento, la salida del bloque de función de control de punto seco de la segunda línea se multiplica por el retraso de la tasa de alimentación de petróleo crudo como el trabajo de flujo de bombeo de la segunda línea.
El valor dado del bloque de energía. El valor medido es la suma del valor de retardo del caudal del lado local, el caudal del lado normal y el valor de retardo del petróleo crudo de salida normal de la torre.
Utilice un bloque de función de retardo en la configuración y la constante de tiempo de retardo se determina experimentalmente. Este control de desacoplamiento de punto seco de arriba hacia abajo
Este método de producción no solo cambia el caudal de esta línea lateral, sino que también ajusta el caudal de la siguiente línea lateral, estabilizando así la calidad del producto de cada línea lateral. .
Cantidad. El control desacoplado también añade alimentación directa al flujo de petróleo crudo, lo que desempeña un papel importante en el buen funcionamiento, la superación de interferencias y la garantía de la calidad.
Uso.
En tercer lugar, el control avanzado de la destilación del petróleo crudo
1. La capa de estructura de control del DCS
El control avanzado no se ha definido claramente hasta ahora, lo que puede explicarse. de este modo. El llamado control avanzado se refiere a los instrumentos convencionales tradicionales en un sentido amplio.
El control inconstruible, en un sentido estricto, está relacionado con la poderosa función informática y la función de juicio lógico de las computadoras, y en DC
el control no se puede configurar simplemente en s. El control avanzado es una combinación de aplicaciones de software y plataformas de hardware, mientras que la plataforma de hardware no lo es
Incluye no solo DCS, sino también los principales mecanismos de adquisición y ejecución de información.
La capa de estructura de control de DCS se divide aproximadamente en tres niveles:
Módulo básico: es un algoritmo básico de control de bucle único, principalmente PID, que se utiliza para mantener la variable controlada. al valor establecido.
Punto.
Módulo programable: el módulo programable puede realizar algunas funciones complejas a través de ciertos cálculos (como cálculos de compensación, etc.). ).
Algoritmos diversos, incluidos feedforward, selección, relación, cascada y más. Estos algoritmos se obtienen en base a la configuración del módulo de operación en DCS
.
Capa de optimización informática: Se trata de la capa de control avanzado y control avanzado, que en realidad en ocasiones incluye varias capas.
Por ejemplo, controladores multivariables y optimizadores estáticos.
La capa de estructura de control de DCS está básicamente en forma de capas. En términos generales, los niveles superiores proporcionan puntos de ajuste más bajos, pero hay algunos ejemplos.
Afuera. En casos especiales, la capa de optimización controla directamente la posición de la válvula reguladora. La capa de estructura de control de DCS puede entenderse como
La capa de control básica es equivalente a un instrumento regulador de bucle único, y el módulo programable es similar al control de operaciones complejas de instrumentos hasta cierto punto.
Interconexión informática, la capa de optimización corresponde a las funciones informáticas de DCS. Para el desarrollo e implementación de estrategias de control avanzadas para la destilación de petróleo crudo, la capa de estructura de control de DCS combina el desarrollo y la investigación de modelos matemáticos de objetos y sistemas expertos.
2. Estrategia de control avanzada para la destilación de petróleo crudo
Existen dos estrategias de control avanzadas para la destilación de petróleo crudo nacional: software de aplicación de desarrollo propio y software de aplicación importado.
Operación en bucle cerrado en el dispositivo o operación por comando fuera de línea.
China lleva 10 años investigando y desarrollando un control avanzado de dispositivos de destilación atmosférica y al vacío, y cada solución técnica tiene características diferentes.
El control avanzado de la destilación del petróleo crudo, desarrollado originalmente en una planta, se divide en cuatro partes: cálculo de la masa del subproducto y vapor de la columna.
Cálculo preciso de la carga de líquido, control coordinado inteligente de la calidad y el rendimiento del producto en múltiples lados y control optimizado de la extracción de calor por reflujo. Debería
Con el desarrollo del software, se deberían aprovechar al máximo las poderosas funciones de DCS y se deberían desarrollar e implementar modelos matemáticos de alta calidad en base a esto.
Software de control de tipología y optimización. El funcionamiento exitoso a largo plazo de este sistema es un estímulo para la aplicación y el desarrollo de DCS en mi país. El desarrollo de varias empresas
Los sistemas de control avanzados utilizados incluyen: razonamiento de componentes, control multivariable, optimización del proceso de intercambio de calor y reflujo intermedio y control del horno de calentamiento.
Control de combustible y control de equilibrio de ramales, control de corte de fracciones, optimización del volumen de vapor de decapado, control de autocorrección, etc. , presentado a continuación.
Un ejemplo de control avanzado.
(1) Control multivariable de torre atmosférica
El control desacoplado se utilizó inicialmente en la torre atmosférica de una determinada fábrica, y el control multivariable se desarrolló sobre esta base. La torre atmosférica tiene dos entradas de alimentación, produciendo gasolina en la parte superior de la torre y cuatro productos secundarios, entre los cuales la calidad de los productos de primera y segunda línea es la más importante. Los principales indicadores de calidad se miden mediante el punto de ebullición inicial, el punto seco y la temperatura de 90 puntos de la primera y segunda línea normales, y se analizan continuamente mediante un instrumento de masa en línea.
. Los tres tipos de control de calidad anteriores generalmente se controlan mediante una temperatura constante de primera línea, un flujo constante de primera línea y un flujo constante de segunda línea. Aumento constante de la temperatura de la línea
Resultará en un aumento de temperatura en el punto de ebullición inicial, el punto seco y el punto 90 de la segunda línea. Flujo constante de primera línea o flujo constante de segunda línea
Este aumento aumentará la temperatura del punto seco de la primera fila o del punto 90 de la segunda fila.
En primer lugar, se debe establecer un modelo matemático de objetos generalizado que incluya tres reguladores PID, una torre atmosférica y tres instrumentos de calidad.
Tipo:
En la fórmula: p es el punto de destilación inicial del producto de primera línea; d es el punto seco del producto regular de primera línea T [, 2; ] es el producto de segunda línea 90.
Temperatura puntual; T [, 1] es una temperatura lineal constante; Q [, 1] es un flujo de línea constante;
Para obtener G(S), se utiliza el método de curva de elevación para realizar un ajuste de simulación cerca del punto de operación para obtener el par generalizado del objeto.
Matriz de funciones de transferencia de imágenes. En vista de las características de fuerte correlación multivariable y gran retraso temporal de los objetos generalizados, se diseñó un sistema de control multivariable para torres atmosféricas.
Sistema de control.
Todos los programas están escritos en lenguaje C. El volumen de control se calcula en función de los datos recopilados en tiempo real y finalmente se envía a los tres controles.
Este bucle cambia el valor dado para realizar un control multivariable de la torre atmosférica.
Se obtiene el punto de fraccionamiento (punto de destilación inicial, punto seco, temperatura de 90 puntos). Algunas empresas utilizan torres de destilación inicial importadas a presión normal.
Modelo de cálculo de puntos de fraccionamiento de torres y torres de vacío. El cálculo del punto de fraccionamiento se basa en la curva conocida del punto de ebullición real (TBT) del petróleo crudo y de la columna.
Recoja la curva del punto de ebullición real de cada subproducto, la temperatura y presión de cada parte de la torre, y el caudal de cada material dentro y fuera de la torre en tiempo real, y divida la torre en
secciones y clasifique cada sección. Lleve a cabo el cálculo del balance de material y el cálculo del balance de calor para obtener el caudal de la fase líquida y el caudal de la fase gaseosa en la torre, y luego realice los cálculos.
>Calcular el punto de fraccionamiento de los subproductos.
El cálculo del modelo es más rápido que el analizador en línea. Generalmente, el programa del sistema se ejecuta cada 10 segundos, superando las deficiencias del analizador en línea.
Histéresis para mejorar la calidad del ajuste. Con base en el cálculo del punto de fraccionamiento, el sistema DCS se modifica mediante comunicación entre computadoras
Establezca los valores de los módulos de control de flujo lateral relevantes en el sistema para lograr un control avanzado.
En otras empresas, el operador utiliza el proceso de producción estable de la torre atmosférica para cortar la parte de control SPC según el punto de fraccionamiento calculado en base a
parámetros en tiempo real. la computadora ajusta manualmente el equipo auxiliar relevante y el valor dado del sistema de control de flujo del producto.
De hecho, algunos software de optimización solo sirven como guía fuera de línea.
(2) Control de autocorrección LQG
Cierta fábrica utiliza lenguaje FORTRAN en el ordenador host HP1000A700 del sistema PROVOX.
El programa de control de autocorrección LQG fue desarrollado para realizar el control de autocorrección LQG de múltiples bucles de control del dispositivo de destilación atmosférica y al vacío.
Control de temperatura superior de torre a presión normal. Inicialmente, el circuito está controlado por PID, pero cambia debido a factores como el volumen de producción y la temperatura ambiente.
El efecto de control no se puede obtener satisfactoriamente. Después de reemplazar el control PID con el control de autocorrección LQG, el sistema de control de temperatura superior de la torre
El sistema logró resultados ideales. Existe una cierta relación entre la temperatura superior de la torre y el punto seco de la torre. Según los técnicos,
por cada aumento en la temperatura superior de la torre de 65438±0 ℃, el punto seco puede aumentar entre 3 y 5 ℃. Cuando la temperatura en la parte superior de la torre es relativamente estable, los técnicos pueden aumentar adecuadamente la temperatura en la parte superior de la torre y aumentar el punto seco, lo que puede aumentar el rendimiento. Basado en un procesamiento anual promedio de 2,5 millones de toneladas de petróleo crudo, si el punto seco aumenta en 2°C, la producción superior de la torre puede aumentar en miles de toneladas. El control adaptativo aporta considerables beneficios económicos.
Simulación de control de optimización de torre de presión atmosférica. Con la premisa de cumplir con los requisitos de calidad de diversos productos destilados, mejorar la tasa de distribución y optimizar la extracción de calor por reflujo en cada sección. La calidad de los productos de destilación de exportación aún adopta un control avanzado, y el objetivo requerido es: destilación atmosférica en la parte superior de la torre.
Durante el control de calidad del producto en circuito cerrado, el valor del punto seco en un punto dado es de 2°C, y cada línea lateral de la torre atmosférica alcanza 3.
A 0 ~ 5 ℃, la temperatura en 95 puntos es superior a 350 ℃ y la fracción de 350 ℃ en la tercera línea atmosférica es menor.
A las 15, y muestra el indicador de línea lateral de arriba en el CRT de la consola.
Bajo la premisa de asegurar la tasa de distribución en la parte superior de la torre y la calidad de cada producto de línea lateral.
Bajo la premisa de cantidad, la extracción de calor por reflujo de toda la torre se optimiza para lograr la tasa de recuperación. de toda la torre alcanzan más del 90%.
Simulación de control de optimización de torre reductora de presión. Con la premisa de garantizar la calidad del aceite de cera mezclado al vacío, extraiga la fracción de aceite de cera al máximo.
La temperatura de destilación de 90°C de la segunda línea de vacío no es inferior a 510°C, la viscosidad cinemática del aceite residual al vacío es inferior a 810 poises (923
aceite). , y la optimización proviene de la primera tubería y la distribución de extracción de calor de la segunda tubería.
(3) Cálculo del reflujo intermedio
El reflujo intermedio de la torre de fraccionamiento se utiliza principalmente para quitar parte del calor de la torre para reducir la carga superior y recuperar parte del el calor.
Cantidad. Sin embargo, demasiado reflujo en la sección media es perjudicial para la destilación y afectará la precisión del fraccionamiento. Debe ser moderado si las cargas aéreas lo permiten.
Reduzca el flujo de reflujo en la sección media y garantice los requisitos de producto vacío de una línea lateral y dos líneas laterales. Debido a la capacidad de la unidad de destilación atmosférica y al vacío, la variedad de petróleo crudo y el plan de producción a menudo cambian, y el reflujo de mitad de etapa también debe ajustarse en consecuencia. El reflujo en la sección media es diferente del reflujo en la torre atmosférica.
carga, carga superior del refrigerador de gasolina, calidad del producto, potencial de recuperación y otras condiciones. Modelo matemático para el cálculo del reflujo de la sección media
Cálculo basado en el reflujo superior de la torre, la purga inferior de la torre, la temperatura superior de la torre, la temperatura de entrada de reflujo superior de la torre, la temperatura de entrada de reflujo de circulación superior de la torre y la temperatura del medio
Las temperaturas de entrada y salida de la sección de reflujo se utilizan para guiar la operación.
(4) Modo de elevación automática
El modo de elevación automática se utiliza para cambiar el control de secuencia de la capacidad de procesamiento. De acuerdo con las instrucciones de programación de producción, basadas en la experiencia operativa, el equilibrio del nivel de material y el esquema de control automático para ajustar el flujo principal del dispositivo. En orden cronológico, el caudal a cada lado del horno de presión normal y la torre de presión normal
El caudal de línea y el caudal lineal a cada lado de la torre de reducción de presión disminuyen. El modelo puede controlarse secuencialmente mediante varios módulos funcionales de DCS.
Para conseguirlo, también puedes programar en lenguaje C. Cuando el modelo es un circuito cerrado, no solo cambia el valor dado del circuito de control, sino que también permanece igual
Al mismo tiempo, el tiempo de ajuste y la cantidad de ajuste de cada circuito se imprimen en la impresora. .
Cuatro. Discusión
1. El control avanzado de la destilación del petróleo crudo casi implica el modelado de la calidad del subproducto, ya sea estático o dinámico.
Estado, que se basa en la temperatura, presión, flujo y otra información en la torre recopilada por DCS, así como los materiales/energía en la torre.
El balance de la situación. El establecimiento de un modelo de proceso debería explorar más a fondo el mecanismo del proceso y llevar a cabo un análisis e identificación del mecanismo.
Al mismo tiempo, el camino del modelado debería combinarse con el desarrollo de la inteligencia artificial. Por ejemplo, los modelos de redes neuronales artificiales están atrayendo cada vez más la atención de la gente. Cuando no se puede obtener el modelo global, se puede considerar la combinación de modelos locales y sistemas expertos, lo que también es una perspectiva y una dirección.
2. La experiencia del personal operativo es crucial para el desarrollo y mantenimiento de software de control avanzado, y existen muchas ideas. ¿Cómo absorberlos?
Es muy significativo aprender de sus experiencias en la práctica y ayudarlos a expresar y perfeccionar esta experiencia.
Esto es particularmente importante cuando se desarrollan sistemas expertos.
Excelentes capacidades gráficas de 3.3. DCS siempre ha sido elogiado por la gente. El control avanzado generalmente se ejecuta en la computadora host y, durante el proceso de implementación, se debe proporcionar información de control avanzado en el CRT de la estación de operación para que el operador se sienta amigable.
Lo que ves no es tanto un misterio aburrido, sino más bien que el desarrollo y la investigación en esta área han logrado resultados preliminares y requieren un mayor desarrollo.
Desarrollar y mejorar.
4. La estandarización y comercialización del software de control avanzado nacional aún no ha comenzado y aún no se ha reflejado en el diseño del software de control.
La notación estándar para su contenido es un obstáculo importante. El trabajo de investigación y desarrollo en esta área mejorará el nivel de aplicación y la promoción de DCS.
Los resultados de la aplicación son de gran importancia.