Дипломная (вкр): Автоматизация процесса каталитического риформинга

Основными параметрами, характеризующими процесс риформинга, являются: температура, давление, объемная скорость подачи сырья, кратность циркуляции водородсодержащего газа и качество сырья.

Из всех параметров процесса наиболее важный - температура.

Температура является основным регулируемым параметром процесса каталитического риформинга.

Повышение температуры процесса приводит к увеличению скорости всех, протекающих в процессе риформинга, реакций превращения углеводородов.

Увеличение скорости реакций ароматизации нафтеновых и парафиновых углеводородов приводит к увеличению концентрации ароматических углеводородов в жидком продукте - катализате, и как следствие этого - к повышению октанового числа жидкого продукта.

Однако повышение температуры процесса ведет к ускорению побочных реакций, способствующих закоксовыванию катализатора и его дезактивации. Соответственно снижается межрегенерационный период работы катализатора.

Давление является вторым по значимости технологическим параметром процесса каталитического риформинга.

Снижение давления приводит к увеличению селективности процесса риформинга. Со снижением давления возрастает интенсивность реакций ароматизации, уменьшается скорость гидрокрекинга углеводородов. Как следствие этого - увеличивается выход жидкого продукта и водорода, уменьшается выход легких углеводородов С1-С4.

Вместе с тем, снижение давления приводит к увеличению скорости дезактивации катализатора, уменьшению межрегенерационного периода.

При повышении давления снижается содержание непредельных углеводородов в жидких продуктах реакции, возрастает газообразование и, следовательно, снижается выход катализата.

Объемная скорость подачи сырья характеризует загрузку системы сырьем. Увеличение объемной скорости подачи сырья приводит к увеличению выхода жидкого продукта при одновременном снижении выхода ароматических углеводородов, что снижает октановое число катализата.

При низкой объемной скорости может наблюдаться неравномерность распределения парогазовой смеси через слой катализатора и связанное с этим усиленное коксообразование. Поэтому работать при объемной скорости подачи сырья ниже 0,75 час-1 не рекомендуется.

Кратность циркуляции водородсодержащего газа практически не оказывает влияния на протекание реакций превращения углеводородов в процессе каталитического риформинга.

Вместе с тем, изменение соотношения водород: сырье существенно влияет на стабильность работы катализатора риформинга. Снижение кратности циркуляции увеличивает скорость дезактивации катализатора вследствие накопления кокса. Дальнейшее снижение этого соотношения приводит к резкому падению активности катализатора.

В зависимости от качества сырья, заданной производительности, активности катализатора и необходимой глубины превращения сырья устанавливают практическую кратность циркуляции в пределах 1200-1800нм3 на 1м3 сырья в час при содержании водорода в водородсодержащем газе не менее 65процентов.

В процессе каталитического риформинга фракционный состав сырья играет очень большую роль. Пределы выкипания сырья влияют как на показатель процесса (октановое число и выход риформата), так и на скорость накопления кокса на катализаторе.

Переработка фракции с температурой начала кипения ниже 85°С и фракции с температурой конца кипения выше 180°С нецелесообразна, т.к. в первом случае увеличивается газообразование, а второй случай ведет к закоксовыванию катализатора. Поэтому целесообразно подвергать риформингу фракции бензина, выкипающие в пределах 85-180°С.

Содержание серы в сырье должно быть минимальным (не более 1 ррm). Особенно чувствительны к сере полиметаллические катализаторы.

Ограничивается также содержание азота (до 0,5 ррm) и влаги (15-25ppm).

Катализаторы риформинга являются бифункциональными:

а) активный носитель (оксид алюминия, алюмосиликат) катализирует реакции изомеризации, гидрокрекинга, насыщения;

б) платина, диспергированная на поверхности носителя, обладающая гидрирующими-дегидрирующими свойствами.

Эксплуатация полиметаллических катализаторов требует высокого уровня технологии: необходима более глубокая гидроочистка сырья, более четкое регулирование содержания хлора на катализаторе.

Для получения бензина с более высоким октановым числом ведут процесс в более жестких условиях: при повышенной температуре, меньшей объемной скорости подачи сырья, пониженном давлении и большей кратности циркуляции водородсодержащего газа.

1.4 Постановка задачи управления блока каталитического риформинга

Процесс переработки нефти наиболее подготовлен к автоматизации производственных процессов, так как для этого имеются все необходимые предпосылки: высокий уровень механизации, относительно небольшая скорость протекания технологических процессов и их непрерывность.

Результатом автоматизации является сокращение численности обслуживающего персонала, увеличение срока службы оборудования, сокращение расхода топлива и электроэнергии, повышение качества выпускаемого продукта.

Каталитический риформинг - сложный химический процесс, включающий разнообразные реакции, предназначенный для получения высокооктанового компонента автомобильных бензинов.

Целью управления процесса является получение на выходе продукта с заданным качеством.

Для этого необходимо поддерживать соответствующий температурный режим в трубчатых печах, реакторах, стабилизационной колонне. Одновременно с поддержанием этих режимов необходимо учитывать внешние факторы, влияющие на работу аппаратов, и, следовательно, на качество выходного продукта.

Целью автоматизации процесса является решение следующих задач:

а)    Модернизация существующей системы управления с учетом технических требования, реализация автоматического управления на базе современного вычислительного комплекса;

б)          Описание подходов к решению задач сопряжения новой модернизированной системой управления с существующей общезаводской;

в)          Создание рационального человеко-машинного интерфейса, сокращающего время на анализ технологических ситуаций и диагностика нарушений.

Требования к функциям SCADA - системы:

-   Прием информации о контролируемых технологических параметрах от контроллеров нижних уровней и датчиков;

-           Сохранение принятой информации в архивах;

-           Вторичная обработка принятой информации, расчет сводных технологических и технико-экономических показателей (ТЭП) и оперативный контроль в минутных, часовых, сменных разрезах;

-           Графическое представление хода технологического процесса, а также принятой и архивной информации в удобной для восприятия форме (динамизированые мнемосхемы, таблицы, графики, тренды);

-           Прием команд оператора и передача их в адрес контроллеров нижних уровней и исполнительных механизмов;

-           Регистрация событий, связанных с контролируемым технологическим процессом и действиями персонала, ответственного за эксплуатацию и обслуживание системы; ведение истории их состояния;

-           Оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала об обнаруженных аварийных событиях, связанных с контролируемым технологическим процессом и функционированием программно-аппаратных средств АСУ ТП с регистрацией действий персонала в аварийных ситуациях;

-           Формирование сводок и других отчетных документов на основе архивной информации, печать отчетов и протоколов;

-           Обмен информацией с автоматизированной системой управления предприятием (информационной управляющей системой завода), с серверами и другими рабочими станциями сети.

Непосредственное автоматическое управление технологическим процессом в соответствии с заданными алгоритмами, выполнение прикладных программ пользователя во взаимосвязи с текущими измерениями и управленческими решениями.

На уровне реализации высокочастотных подсистем автоматического управления будут рассмотрены системы автоматического регулирования, решающие следующие задачи:

-   Стабилизация температуры продукта на выходе печи (5 подсистем локального регулирования);

-           Стабилизация давления после реактора Р-204 (1 подсистема локального регулирования);

-           Стабилизация давления на входе в сепаратор (1 подсистема локального регулирования);

-    Стабилизация расхода нестабильного катализата с коррекцией по уровню в сепараторе С-207 (1 подсистема каскадного регулирования);

-           Стабилизация температуры питания колонны К-202 (1 подсистема локального регулирования);

-           Стабилизация давления в колонне К-202 (1 подсистема локального регулирования);

-           Стабилизация расхода орошения К-202 с коррекцией по температуре верха колонны (1 подсистема каскадного регулирования);

-           Стабилизация нестабильной головки из емкости Е-202 с коррекцией по уровню (1 подсистема каскадного регулирования).

Возмущениями, оказывающими воздействие на системы автоматического управления, являются ниже перечисленные факторы:

·   неадекватная работа исполнительных механизмов;

·   шумы в каналах измерения и управления;

·   погрешности измерения датчиков;

·   несовершенные регулирующие органы с нелинейными пропускными характеристиками.

2. Выбор принципиальных технических решений

.1 Особенности современного рынка средств автоматизации

Общие сведения. Использование вычислительной техники для управления крупных промышленных предприятий в последние годы стало резко увеличиваться. Причиной этому стало бурное развитие и доступность, как техники, так и сетевых средств. Новые информационные технологии проникают практически во все службы управления предприятием от финансово-экономических задач, до сложных задач управления технологическим оборудованием. Все больше функций по обработке и принятию решений доверяют умным машинам. Однако принятие главных решений остается за человеком. А чтобы специалист мог принять правильное решение ему необходимо предоставить всю необходимую информацию в удобном и сжатом виде. Поэтому большую популярность получили информационные системы, способные донести до любого рабочего места всю нужную информацию об управляемом объекте.

Информационная система АСУТП предназначена для специалистов по управлению технологией глиноземного производства. Её основной целью является возможность быстро и удобно получать данные о состоянии и работе технологического оборудования.

К основным задачам информационной системы относятся:

-        сбор информации;

- передача информации;

- хранение информации;

- обработка;

- отображение.

В последнее время наблюдается тенденция к переходу от информационных систем к информационным управляющим системам (ИУС). Это позволит пользователям не только получать своевременно достоверную информацию о состоянии технологического узла или передела, но и управлять ходом процесса, не отходя от рабочего места. ИУС обрабатывает поступающую информацию, вырабатывает и реализует управляющие воздействия на технологические объекты управления и протекающие процессы. При этом ИУС берет на себя самостоятельное принятие большей части управленческих решений по отношению к объекту управления (для этого она и создается). Одной из главных функций информационной системы управления является информирование человека об управляемом технологическом процессе (о его состоянии, параметрах).

Информационные функции ИУС [4]:

-        представление показаний датчиков на приборных щитах и пультах в операторских (с освоением современных информационных систем число вторичных приборов в операторских уменьшается);

- мониторинг технологических установок, управляемых с помощью микропроцессорных систем с использованием контроллеров, Scada-программ);

- расчет, хранение и представление оперативных технологических показателей сменному персоналу (операторам участков, диспетчерам цехов) с помощью общезаводской информационно-управляющей системы);

- расчет, хранение и представление с помощью ИУС ТЭП цехов и участков для руководителей участков и производств, сотрудников технико-экономического бюро;

- использование математических моделей ТП и систем управления для анализа их работы и принятия технических решений в текущем ситуационном управлении производством, а также при выработке мероприятий по совершенствованию аппаратуры, процессов и систем управления.

Большинство современных систем автоматизации строятся по трехуровневой структуре рисунок 2.1:

–        уровень полевой автоматики;

–        уровень контроллеров;

–        уровень человеко-машинного интерфейса (ЧМИ).

Рисунок 2.1 - Трехуровневая структура системы автоматизации

Уровень полевой автоматики. В системе автоматизации любого производства или объекта начальным уровнем является уровень полевой автоматики. На этом уровне используются устройства, обеспечивающие автоматическую передачу информации о состоянии объекта управления, а также передачу воздействий на него. Обмен информацией осуществляется в виде унифицированных сигналов. В состав полевой автоматики включаются датчики и исполнительные механизмы [5].

Датчик - техническое устройство, непосредственно воспринимающее технический параметр объекта управления и формирующее на своем выходе пропорциональный сигнал.

Исполнительный механизм служит для изменения посредством регулирующего органа состояния транспортных линий и оборудования, с которыми непосредственно связан объект управления. Таким образом, осуществляется воздействие на объект управления.

В 1968 году была введена так называемая государственная система приборов (ГСП), целью которой являлось построение систем автоматизации на основе блочно-модульного типа и унификация стандартов на сигналы передачи информации между этими устройствами. В электрической ветви ГСП информация представляется в виде следующих (выборочно приведенных) сигналов:

–   напряжение постоянного тока (0-1 В; 0-10 В; ±10 В; ±24 В);

–   напряжение переменного тока (0-10 В; 0-100 В);

–   частота переменного тока (0-10 кГц; 5-25 кГц);

–   ток (0-5 мА; 0-20 мА; 4-20 мА);

–   взаимная индуктивность (-10-0-10 мГн).

В пневматической ветви ГСП сигнал представляется в виде давления 0.2-1 кгс/см2 (20-100 кПа).

Уровень контроллеров. Вторым вслед за уровнем полевой автоматики идет уровень автоматического управления (уровень регуляторов, контроллеров). Сюда с уровня полевой автоматики в унифицированном виде поступает вся собираемая об объекте управления информация, и отсюда же передаются управляющие воздействия на исполнительные механизмы.

Контроллер представляет собой микропроцессорное устройство, предназначенное для решения задач автоматического регулирования. Наилучшим образом задача построения ИУС практически любого объекта промышленности решается путем применения программируемых логических контроллеров (ПЛК) универсального назначения с отображением информации о состоянии технологического объекта управления на операторских панелях и персональных компьютерах. К контроллеру можно подключить определенное количество сигналов от датчиков (входы контроллера) и определенное число исполнительных механизмов (выходы контроллера). При этом ПЛК осуществляет сбор данных об объекте управления, выполнение алгоритмов расчетов, блокировок, противоаварийной защиты и регулирования, выдачу управляющих сигналов на исполнительные элементы. Все алгоритмы контроллера реализуются загружаемой в него программой. Контроллеры проектируются для применения в промышленности с учетом требований надежности, безотказности в работе и простоты в обслуживании. Вероятность отказа современного контроллера несравненно меньше вероятности отказа компьютера. Поэтому на современном производстве контроллеры и технологический объект составляют замкнутый контур, а компьютеры используются в режиме супервизора для визуализации хода процесса, отображения и протоколирования технологических параметров, ввода в систему команд оператора. Отказ компьютера не приводит к прекращению управления процессом, так как контроллер продолжает работать со старыми уставками и заданиями, хранящимися в его памяти.