Оптимальное управление технологическим процессом и энергоэффективность производства

Аннотация. В статье рассматривается возможные пути оптимизации технологического процесса нефтеперерабатывающего предприятия и экономии энергоресурсов с использованием систем усовершенствованного управления технологическим процессом.

Ключевые слова: оптимизация, СУУТП, APC, нефтепереработка, АСУТП, энергоэффективность.

Основной задачей нефтеперерабатывающих предприятий является обеспечение рынка высококачественными бензинами, дизельными топливами и другими нефтепродуктами при снижении издержек на производство. Рациональное потребление ресурсов и внедрение информационных технологий в процессы нефтепереработки определяют перспективы развития нефтеперерабатывающей отрасли промышленности в целом.

Самыми широко используемыми процессами на предприятиях нефтехимической отрасли являются процессы разделения смесей — ректификация, абсорбция и экстракция. Причем, по энергозатратам процесс ректификации значительно превосходит все остальные процессы.

Так, например, на ректификацию расходуется до 30 % всех энергозатрат нефтеперерабатывающего предприятия [1].

Для нормальной работы ректификационной колонны необходим нисходящий поток жидкой фазы и восходящий поток паровой фазы разделяемой смеси. Это достигается подачей орошения на верх концентрационной секции колонны и ввод тепла (острого водяного пара) в отгонную секцию. Тепломассообмен между паровой и жидкой фазами происходит на контактных устройствах (тарелках) колонны. Если эффективность контактных устройств низкая, то потребуется больший расход флегмы и, как следствие, повысится расход греющего агента в подогревателе колонны и охлаждающего в дефлегматоре. Таким образом, снизить энергозатраты можно, заменив устаревшие контактные устройства ректификационной колонны на более эффективные или оптимизировав режим её работы. Изменение конструкции ректификационной колонны сопровождается простоем технологической установки и большими материальными затратами на реконструкцию. Оптимизация режимов работы ректификационных колонн может дать снижение энергозатрат до 10–30 %, при этом нет необходимости останавливать технологический процесс

Мероприятия по оптимизации режимов работы колонны:

1) оптимизация флегмового числа в зависимости от расхода и состава питания;

2) оптимизация давления, при котором проводится процесс разделения;

3) оптимизация точности разделения компонентов.

Для оптимизации режимов работы колонны можно использовать систему усовершенствованного управления технологическим процессом(СУУТП). СУУТП является дополнением к существующей автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУТП).

СУУТП – это подход к управлению, в центре которого находится информационная система, выводящая и поддерживающая такой режим работы объекта, который является оптимальным с технико-экономической точки зрения.

На основе данных о технологическом процессе строится прогнозирующая модель управляемого процесса с ограничениями по технологическим параметрам и качеству получаемой продукции.

Эта математическая модель включается в контур управления в режиме реального времени. Точность модели определяет полноту описания процесса, а также гибкость настройки модели по исходным данным, возможность модели самообучаться и отслеживать изменение характеристик процесса.

На основании прогнозной модели может быть рассчитан практически любой не измеряемый напрямую производственный показатель.

Используя регрессионный анализ, по модели можно спрогнозировать момент превышения порога отклонения показаний датчиков и рассчитать корректирующие воздействия, которые передаются ПИД-регуляторам.

Таким образом исключается выход реальных значений процесса за рамки заданных допустимых отклонений, т.к. система, в отличие от человека, может вести технологический процесс максимально близко к заданным технологическим ограничениям. СУУТП выступает в роли ведущего регулятора, автоматически рассчитывая управляющие воздействия для оптимального режима работы, а ПИД-регуляторы – в роли ведомых.

Рассчитанные значения управляющих воздействий стабилизируют процесс в технологически допустимом, и при этом наиболее экономически эффективном состоянии равновесия.

Таким образом, основная цель внедрения СУУТП – снижение эксплуатационных затрат и увеличение прибыли производства путем вывода всей цепочки технологических процессов на оптимальный режим работы. Также оптимизацию процесса можно произвести не по снижению затрат, а по повышению производительности технологической установки (повышение загрузки, выход светлых нефтепродуктов).

Внедрении СУУТП на всех установках, где используются ректификационные колонны (АВТ, ГФУ, риформинг, каталитический крекинг, висбрекинг), позволит повысить эффективность работы нефтеперерабатывающего предприятия в целом и увеличению прибыли за счет поддержания оптимального технологического режима, снижения потребления энергоресурсов или увеличения выхода наиболее ценных продуктов, а также сокращение времени переходных процессов и потери качества продукции при изменениях производственных заданий.