Автоматизированная система компаундирования нефтепродуктов в производстве товарных бензинов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Дрогов, Сергей Викторович

• Дрогов, Сергей Викторович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дрогов, Сергей Викторович

Список обозначений.

Введение.

ГЛАВА 1. Производство товарных бензинов и анализ существующих систем управления процессом компаундирования.

1.1 Процессы производства товарных бензинов.

1.2 Анализ методов и способов управления процессами производства товарных бензинов.

1.3 Особенности математического моделирования процессов компаундирования бензинов.

1.4 Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. Разработка математической модели компаундирования товарных бензинов.

2.1 Модель приготовления бензинов на станции смешения.

2.2 Модель приготовления бензинов в потоке.

2.3 Анализ результатов моделирования.

2.4 Выводы.

ГЛАВА 3. Разработка структуры системы управления процессом компаундирования.

3.1 Процесс компаундирования бензинов как объект управления.

3.2 Структура системы управления процессом компаундирования.

3.3 Алгоритм функционирования системы управления.

3.4 Выводы.

ГЛАВА 4. Анализ и компенсация основных возмущающих воздействий.

4.1 Исследование влияния возмущающих воздействий на процесс компаундирования.

4.2 Метод компенсация возмущений.

4.3 Выводы.

ГЛАВА 5. Оптимизация процесса компаундирования товарных бензинов.

5.1 Определение критерия оптимизации процесса компаундирования.

5.2 Задача оптимизации процесса компаундирования.

5.3 Результаты решение задачи оптимизации.

5.4 Выводы.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизированная система компаундирования нефтепродуктов в производстве товарных бензинов»

Одной из основных задач, стоящих перед отечественной нефтеперерабатывающей промышленностью на современном этапе ее развития является повышение эффективности переработки нефти и качества выпускаемых нефтепродуктов. В решении этой задачи большая роль отводится управлению и автоматизации процессов компаундирования.

Процесс компаундирования является завершающим и наиболее ответственным в формировании, качественных и количественных показателей товарной продукции нефтепереработки. Это связано, с тем, что на смешение поступают различные объемы компонентов, представляющие собой полупродукты результатов работы процессов первичной и вторичной переработки нефти, имеющие разные показатели качества, и соответственно свою стоимость. Необходимость соблюдения требований к качеству товарных бензинов и для избежания получения некондиционных партий, нефтепродукты выпускаются с показателями качества, превышающими необходимые требования ГОСТа (запас качества), что ведет к перерасходу дорогостоящих компонентов и влечет за собой потери. Производство нефтепродуктов с показателями качества, удовлетворяющими требования стандарта имеет важное значение для оценки работы всего предприятия, так как основное количество продуктов вырабатываемых на различных установках нефтеперерабатывающего завода (НПЗ) вовлекается в процесс компаундирования.

Одним из недостатков существующих систем управления процессом компаундирования бензинов является отсутствие эффективных автоматизированных систем оперативного управления, позволяющих осуществлять процесс компаундирования в оптимальном режиме при приготовлении бензинов различных марок, что обусловлено трудностями создания математических моделей адекватных процессу в заданном широком диапазоне изменения параметров, ошибками в определении соотношений компонентов и присадок, в измерении количественных и качественных показателей компонентов поступающих на смешение, а так же наличием неучтенных потерь производства.

Определение оптимальных заданий на приготовление бензинов невозможно без достоверных данных по расходам вовлекаемых в смешение компонентов. Поэтому важной проблемой является расчет материальных балансов отдельных процессов производства нефтеперерабатывающих предприятий для компенсации возмущений и повышения достоверности информации о количественных и качественных характеристиках материальных потоков, поступающих на смешение. Расчет материальных балансов связан с обработкой больших объемов информации, которые необходимо хранить в удобном для использования систематизированном виде, с эффективной организацией структуры таблиц баз данных. Одним из факторов, ограничивающих внедрение автоматизированных систем расчета материальных балансов, является отсутствие компьютерных сетей сбора информации для баз данных всего производства.

Таким образом, решение проблемы автоматизации и повышения качества управления процессом компаундирования товарных бензинов является актуальной научной задачей.

Целью диссертации является разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом компаундирования товарных бензинов, позволяющей определять и поддерживать на оптимальном уровне значения расходов вовлекаемых в смешение компонентов при компаундировании нескольких марок бензинов в соответствии с требованиями ГОСТа.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать структуру и алгоритм функционирования системы управления процессом компаундирования, на основании которой выполнить реализацию автоматизированной системы оптимального управления технологическим процессом компаундирования товарных бензинов;

- разработать математическую модель процесса компаундирования товарных бензинов, адекватную реальному процессу в заданном диапазоне изменения значений расходов компонентов, вовлекаемых в смешение при приготовлении высокооктановых и низкооктановых марок бензинов;

- разработать алгоритм определения оптимальных расходов компонентов на приготовление низкооктановых и высокооктановых марок бензинов в соответствии с требованиями к качеству товарной продукции;

- разработать программное обеспечение и структуру базы данных для сбора и хранения информации о технологических режимах и параметрах работы установок и резервуарных парков, количественных и качественных характеристик готовых продуктов и компонентов, участвующих в смешении;

- разработать алгоритм определения оптимальных значений расходов материальных потоков на основании показателей качества для компенсации возмущений связанных с изменениями параметров технологических потоков, поступающих на смешение;

- разработать программное обеспечение для расчета материального баланса НПЗ.

В результате выполнения работы получены следующие результаты:

- на основе анализа существующих систем управления процессом компаундирования и требований соблюдения качества к товарным бензинам разработаны структура и алгоритм функционирования системы управления процессом компаундирования высокооктановых и низкооктановых марок товарных бензинов;

- разработана математическая модель процесса компаундирования товарных бензинов для получении низкооктановых и высокооктановых марок товарных бензинов и определения оптимальных заданий на смешение компонентов;

- с целью уменьшения влияния возмущений на процесс компаундирования по количественным характеристикам потоков вовлекаемых в смешение, разработан метод компенсации возмущений, алгоритм и программное обеспечение для расчета материального баланса нефтеперерабатывающего предприятия, учитывающие структуру предприятия и технологические связи отдельных установок, количественные и качественные характеристики материальных потоков;

- разработана структура таблиц базы данных параметров технологических потоков, физико-химических свойств компонентов и рецептур смешения, используемых для расчета материального баланса НПЗ и управления процессом компаундирования;

- разработано математическое и программное обеспечение системы управления процессом компаундирования, позволяющей повысить эффективность процесса компаундирования низкооктановых и высокооктановых бензинов за счет снижения перерасхода высококачественных компонентов и выпуска некондиционного товарного продукта.

Полученная в результате диссертационного исследования система управления процессом компаундирования принята к внедрению на ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез». Внедрены алгоритмы расчета материальных балансов технологических установок и производства в целом, алгоритмы коррекции количественных и качественных характеристик материальных потоков на основании показателей качества, алгоритмы моделирования и оптимизации процессов смешения при получении низкооктановых (А-76) и высокооктановых (Аи-92, Аи-96 и Аи-98) марок бензинов. Применение разработанных алгоритмов позволяет учесть и сократить потери производства, повысить эффективность процесса компаундирования и уменьшить себестоимость получаемой продукции в среднем на 1-1,5 %.

В первой главе диссертации приведен обзор отечественной и зарубежной литературы по рассматриваемой проблеме и обоснована необходимость решения поставленной задачи исследования и разработки автоматизированной системы управления процессом компаундирования бензинов. Рассмотрены основные требования, предъявляемые к управлению процессом производства бензинов.

Во второй главе представлены результаты построения математической модели компаундирования бензинов, выполнены проверка адекватности модели и исследование чувствительности параметров модели к изменению управляющих и возмущающих воздействий. Показано, что отличительной особенностью модели, позволяющей использовать её в широком диапазоне изменения параметров, является предоставляемая ею возможность описание процесса компаундирования в резервуаре, потоке и комбинированным способом.

В третьей главе дан анализ исследования процесса компаундирования как объекта управления, разработаны структура системы управления процессом компаундирования и алгоритм её функционирования. Для организации процедур сбора, обработки, хранения и использования информации о характеристиках материальных потоков и технологических режимах работы производства предложена структура базы данных измерений.

В четвертой главе приведены результаты исследования возмущений, действующих на процесс компаундирования и предложен метод их компенсации. Для отработки возмущений, связанных с изменением количественных и качественных характеристик сырья выполнен расчет материального баланса НПЗ как решение двухуровневой декомпозиционной задачи. Результаты расчета позволили установить источники потерь предприятия и тем самым повысить эффективность управления производством.

В пятой главе рассмотрены критерии качества и сформулирована задача оптимизации процессов компаундирования при получении нескольких марок товарных бензинов, приведены результаты разработки алгоритма решения этой задачи. Практическое использование алгоритма показано на примере действующего промышленного производства ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез». и

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Дрогов, Сергей Викторович

ВЫВОДЫ

1. На основании исследования технологического процесса приготовлении бензинов как объекта управления НПЗ, топологии нефтеперерабатывающего производства и анализа существующих систем управления компаундированием, разработана структура системы оперативного управления процессом компаундирования бензинов для приготовления разных марок бензинов.

2. Для исследования и управления технологическим процессом приготовления бензинов разработана математическая модель компаундирования высокооктановых и низкооктановых товарных бензинов.

3. В соответствии с требованиями к качеству товарной продукции, разработан алгоритм определения оптимальных расходов компонентов для приготовления низкооктановых и высокооктановых марок бензинов.

4. Разработана структура базы данных технологических параметров, количественных и качественных характеристик готовых продуктов и компонентов.

5. Разработан и внедрен комплекс автоматизированных рабочих мест операторов установок и резервуарных парков для сбора информации о количественных и качественных характеристиках материальных потоков, данных о планах выпуска и отгрузки готовой продукции.

6. Для отработки возмущений связанных с изменениями состава и расходов потоков, поступающих на смешение, разработан метод их компенсации путем корректировки данных материальных потоков на основании показателей их качества.

7. Разработана автоматизированная система управления технологическим процессом компаундирования товарных бензинов, позволяющая определять и поддерживать на оптимальном уровне значения расходов вовлекаемых в смешение компонентов при компаундировании нескольких марок бензинов в соответствии с требованиями ГОСТ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дрогов, Сергей Викторович, 2004 год

1. Сомов В.Е., Садчиков И.А., Шершун В.Г., Кореляков J1.B. Стратегические приоритеты российских нефтеперерабатывающих предприятий. М.: ЦНИИТЭнефтехим. 2002. 292 с.

2. Астапов В.Н., Бакан Г.М., Воробьев Г.Г., Одинцова Е.А., Техническая реализация адаптивной оптимизации процесса компаундирования нефтепродуктов. Киев: Институт кибернетики. 1991. 22 с.

3. Егорова A.C., Порошина Г.А., Современные устройства управления распределенных АСУ ТП. //Приборы, средства автоматизации и системы управления. Экспресс-информация. М.: ВНИТИ. 1988, №1, С.2-7.

4. Фридман Г.Я., Динамическая модель оперативного управления производством. //Экономика и математические методы. 1966. Т.Н. С.60-69

5. Дудников Е.Е., Детализация оптимального текущего плана работы промышленного комплекса. //Автоматика и телемеханика. 1973. №5. С.133-141.

6. Буяновский Л.А., Вахутинский И.Я. Согласование оперативного планирования смешения бензинов с текущим планированием производственной программы НПЗ //Химия и технология топлив и масел. 1972. № 1. С.34-37

7. Данциг Дж., Линейное программирование, его обобщения и применения. М.: Прогресс. 1960. 600 С.

8. Рыбак Б.М., Анализ нефти и нефтепродуктов. М.: Гостоптехиздат. 1962. 888 с.

9. Auslander G.J., Linear approximation of nonlinear constraints //Ind. Eng. Chem., 1970. v. 62. № 4. p. 333.

10. Чинакал B.O., Оптимизация рецептуры светлых нефтепродуктов. В кн.: Оптимизация, исследование операций, бионика. М.:Наука. 1973. С.198-205.

11. Под редакцией Рвахманкулова Д.Л., Новейшие достижения в области нефтеперарботки и нефтехимии //Тезисы докладов республиканской науч,-техн. конф. Уфа:УНИ. 1981.182 с.

12. Чинакал В.О., Оптимальное компаундирование котельных топлив с использованием АВМ. В кн.: Современные проблемы кибернетики. М.: Наука. 1970. С.321-330.

13. Morris W.E., Smith W.E., Snee R.D., Interaction blending equations enhance reformulated gasoline profitability// Oil gas j. 1994. Vol.92. №3. p.54-58.

14. Zhao Senlin., Shihua jushu yu yimgyong //Petrochem. Technol. and Appl. 2000. 18. №4. p. 221-222.

15. Ефитов Г.Л., Журавлева Т.Ю., Математическое моделирование операций смешения //Математические методы в химии и химической технологии. Сборник. 1995.110 с.

16. Метт М.С., Арзангулян В.В., Оценка точности реализации рецептов компаундирования при оперативном управлении технологическими процессами на НПП //Известия вузов. Нефть и газ. 1988. № 7. С. 79-83.

17. Бояринов А.И., Кафаров В.В., Методы оптимизации в химической технологии. М.: Химия. 1969. 564 с.

18. Островский Г.М., Волин Ю.М., Методы оптимизации сложных химико-технологических схем. М.: Химия. 1970. 328 с.

19. Розенброк X., Сторн С., Вычислительные методы для инженеров-химиков. М.: Мир. 1986. 443 с.

20. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир. 1975. 536 с.

21. Кафаров В.В., Ветохин В.Н., Основы автоматизированного проектирования химических производств. М.: Наука. 1987. 623 с.

22. Розенброк X., Стори С., Вычислительные методы для инженеров-химиков. М: Мир. 1968.444 с.

23. Островский Г.М., Бережинский Т. А., Оптимизация химико-технологических процессов. Теория и практика. М.: Химия. 1984. 240 с.

24. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М., Практическая оптимизация. М.: Мир. 1985.509 с.

25. Викторов В.К., Кузичкин Н.В., Вениаминова Г.Н., Крылов В.М. Методы оптимизации химико-технологических систем. Учебное пособие. СПб: СПбГГТИ. 1999. 166 с.

26. Беллман Р., Дрейфус С., Прикладные задачи динамического программирования. М.: Наука. 1965.457 с.

27. Лэсдон JI.C., Оптимизация больших систем. М.: Наука. 1975. 431 с.

28. Van Winkle М., //Hydrocarbon Proc. and Petroleum Refiner, vol. 43. № 4. 1964. p.139- 142.

29. Рабинович, Г.Г., Рябых П.М., и др. Под ред. Судакова E.H., Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки. Справочник. М.: Химия. 1979. 178 с.

30. Схейвер А., Теория линейного целочисленного программирования. Под ред. Хачияна Л.Г. М.: Мир. 1991. 361 с.

31. Компаундирование моторных топлив. М.: ЦНИИНефтехим. 2000. 36 с.

32. ГОСТ Р51105-97 Топливо для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия. //Нефтяные продукты. Топлива. Технические условия. Издание официальное. М.: ИПК Издательство стандартов. 2000.

33. ГОСТ 8226-82. Топливо моторное. Исследовательский метод определения октанового числа. //Нефтепродукты. Методы испытаний. М.: Изд-во стандартов. 1967. ч.1 746с. ч.2 395 с.

34. Нейлор Т. Машинные имитационные эксперименты с моделями экономических систем. М.: Мир. 1975. 500 с.

35. Белянин Б.В., Эрих В.Н., Корсаков В.Г. Технический анализ нефтепродуктов и газа. Л.: Химия, Ленингр. отделение. 1986. 183 с.

36. Проскуряков В.А., Драбкин А.Е., Богомолов А.И. Химия нефти и газа. СПб.: Химия. Санкт-Петербургское отдление. 1989. 445 с.

37. Кафаров В.В., Ветохин В.Н. Основы автоматизированного проектирования химических производств. М.: Наука. 1987. 623 с.

38. Под ред. Лосикова Б.В. Нефтепродукты. Свойства, качество, применение. М.: Химия. 1966. 776 с.

39. Гольдберг В. Контроль производства топлив и масел. М.Химия. 1964.165 с.

40. Климова В.А. Основные методы анализа органических соединений. М.: Химия. 1967. 208 с.

41. Никольский Б.П. Справочник химика. Л. Химия, Ленинградское отделение 1971. т. 1 1071 с.

42. Огородников С.К. Справочник нефтехимика. Л.: Химия, Ленинградское отделение. 1978. т.1 495 с. Т.2 591 с.

43. Стандартные методы испытаний нефтепродуктов. Сб. научных трудов. Вып.65, М., ЦНИИТЭнефтехим, 1991.

44. Вирабян P.A. Химический состав нефтей и нефтяных продуктов. М.-Л.: ОНТИ. 1935.448 с

45. Саблина З.А., Широкова Г.Б., Ермакова Т.И. Лабораторные методы оценки свойств моторных и реактивных топлив. М.: Химия. 1978. 238 с.

46. Соснин Н.П. Методы анализа, исследований и испытаний нефтей и нефтепродуктов (нестандартные методики). М.: ВНИИНП. 1984. ч.1 289 с. ч.2 299 с. ч.З 222 с.

47. Викторов В.К. Разделение смесей на многокомпонентные части как задача о смешении. //Тезисы докладов международной конференции

48. Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-14). г. Владимир. 1998. т. 1 С. 50.

49. В.И. Белкин и др. Опыт эксплуатации систем компаундирования бензинов на нефтеперерабатывающих предприятиях, М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1982. 74 с.

50. Бакан Г.М., Коцюба А.Т., Одинцова Е.А. Математическое моделирование технологического процесса смешивания бензиновых фракций //Автоматика и телемеханика. 1992. № 5. С. 121-124.

51. Шумский В.М., Кузьмин С.Т., Шумский А.В. Моделирование алгоритма управления технологическим процессом смешения бензинов //Нефтепереработка и нефтехимия. 1989. № 2. С.34-37.

52. Unzelman G.H. Reformulated gasoline will challenge product quality maintenance. //Oil and gas journal. Apr. 9. 1990. p. 43-48.

53. Symonds G.H. Linear programming solves gasoline refining and blending problems. //Ind.Eng.Chem. №3, 1956 p. 48

54. Щупов Jl.П. Математические модели усреднения. М.: Недра. 1978. 287 с.

55. Аншина М.Л., Казанцева Е.В., Красильников B.C. О выборе целевой функции в задачах оптимального управления //Нефтепереработка и нефтехимия. 1991. № 5. С.17-22.

56. Дрогов С.В., Чалей И.В., Лисицын Н.В., Кашмет В.В. Математическое моделирование процессов компаундирования нефтепродуктов в процессе производства товарных бензинов //Химическая промышленность. 1998. №9. С.35-37.

57. Гошкин В.П., Поздяев В.В., Дрогов C.B., Кузичкин Н.В. Моделирование смешения нефтепродуктов //Химическая промышленность. 2001. №7. С.46-52.

58. Лисицын Н.В., Дрогов С.В, Кузичкин Н.В. Расчет материального баланса нефтеперерабатывающего предприятия //Известия вузов. Химия и хим. технология. 2003. Т.46, Вып.2. С.63-66.

59. Нагиев А.Г., Юсифов Р.Ф. Моделирование смесительных характеристик компонентов товарных бензинов с учетом нелинейныхэффектов смешения //Азербайджанское нефтяное хозяйство. 1991. N 1. С.46-48.

60. Ресурсосбережение, энергосбережение и компьютеризация в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности //Труды МНПК РЭК Нефтехим. Новополоцк. ПГУ. 1997. 252 с.

61. Мановян А.К., Хачатурян Д.А., Лозин В.В. Лабораторная перегонка и ректификация нефтяных смесей. М.: Химия. 1984. 240 с.

62. Моисеев В.М., Шапиро Ю.З. Шелоумова Т.М. и др. Автоматизированный контроль качества сырья и продукции //Химия и технология топлив и масел, 2000. №3. С. 14-16.

63. Каплан Г. Некоторые задачи разработки систем управления компаундирования товарных бензинов. 1970. 236 с.

64. Вольфрам Д., Франц Ф., Квилич Б., Автоматизированная система управления производством нефтепродуктов. //Хеймитс техник. №10. 1977. р. 35-39.

65. Воробьев Г.Г. Анализ технологического процесса смешения как объекта автоматизации с помощью информационной модели. В сб.: Автоматизация процессов нефтепереработки и нефтехимии: Труды СКБ НПО НХА. Куйбышев. 1981, вып.4., С. 109-120.

66. Нартов Е.П., В.И. Середненко, Автоматизированные системы управления технологическим процессом приготовления товарных продуктов. М.: ЦНИИТЭНефтехим. 1986. 22 с.

67. Кравцов A.B., Моделирование комплексных технологий производства экологически чистых бензинов. Томск. 1994. 127 с.

68. Левинтер М.Е. Производство моторных топлив. Куйбышев: Авиац. Инст. 1982. 100 с.

69. Усольцев Л.А. Пути совершенствования технологической системы компаундирования топлив. М: ЦНИИТЭНефтехим. 1980. 67 с.

70. Кисляров П.И. Разработка и исследование системы оперативного управления приготовлением товарных бензинов, Киев, 1975. 20с.

71. Каминер Н.Б., Альтштуллер C.B., Каткова A.A. АСУТП нефтепереработки и нефтехимии. М.: ЦНИИТЭНефтехим. 1991. 42 с.

72. Кравцов A.B. Компьютерное прогнозирование и оптимизация производства бензинов. Томск. 2000. 52 с.

73. Белкин В.И., Кусовский Б.И., Волков В.В., Системы смешения нефтепродуктов на нефтеперерабатывающих предприятиях. М.: ЦНИИТЭНефтехим. 1997. 65 с.

74. Назаров. В.И. Оптимизация рецептурно-технологических факторов в области нефтехимии. М.Химия. 1995. 136 с.

75. Липаев В.В., Системное проектирование сложных программных средств для информационных систем. М.:СИНТЕГ. 2002. 268 с.

76. Соболев О.С. Развитие функций контроля и управления в АСУ непрерывными технологическими процессами. М.: Информприбор.1991. 35 с