<<
>>

1.2 Технологические цели и критерии их достижения. Постановка технологической задачи ректификации нефти

Ректификационная колонна является крайним случаем декомпозиции ректификационного производства на стадии, т.е. максимально простым блоком, все еще сохраняющим все основные особенности процесса как такового.

Главным концептуальным вопросом наблюдения и управления ректификационной колонной является выбор цели и критериев оценки степени ее достижения. Цель определяет назначение системы, смысл ее существования и функционирования во внешней производственной среде. С формальной точки зрения целью оптимального управления является сужение набора значений выходов системы Y* до некоторой области цели

21

т

Y*, которая в частном случае может быть точкой цели y*=(yl*,y2*,....yn*). Для

i

технологического процесса область цели К* должна быть задана с помощью критерия эффективности производства. Критерий эффективности управления (КЭУ) должен отражать качество управления. КЭУ делятся на два рода:

КЭУ первого рода - степень достижения цели, т.е. расстояние г от области цели Y* определенное в метрике пространства Y. Эти КЭУ можно отнести к КЭУ статики;

КЭУ второго рода - оценка эффективности (в некотором выбранном смысле) пути достижения цели. Он определяется как некоторая функция F(u, w,y)->extr при дополнительных ограничениях F'(W, Y)Критерии оптимизации делятся также на скалярные и векторные. Динамические критерии делятся на следующие виды:

критерии, которые параметрически зависят от времени;

критерии, которые интегрально зависят от времени.

Как указано выше, в данной работе вопросы оптимизации динамики рассматриваться не будут, поэтому рассмотрим применяемые оценки эффективности технологического управления .статикой процесса.

Для задач оптимизации технологического режима ректификационных колонн существует не менее 200 частных критериев оптимизации [52]. Однако в производственной практике, как правило, применяется лишь ограниченное число критериев.

Примерами статических технико-экономических критериев могут служить следующие критерии:

Критерий максимума отбора целевых продуктов

Е = ^йкСк, (1.7)

где Dk - отбор k-ого продукта, <и Ск- его цена.

Интегральный критерий эффективности в виде условного дохода на интервале планирования

22

*

Е= ]{?(СкОк) + С„\У-СгР)Л, (1.8)

где Ск - цена к-ого продукта;

Dk - отбор k-ого целевого продукта;

Cw- цена побочного продукта;

W- расход побочного продукта;

Cf- цена сырья;

F - расход сырья;

[tJ} t2] - отрезок планирования;

к = 1,..., п.

Критерий удельных показателей

?"=-*- - (19)

где при тех же обозначениях продуктов и их цен с помощью составляющих Зу, 30 и Зф (эксплутационные затраты, условно постоянные и зарплата) учитывают влияние себестоимости.

Критерий минимума отклонений от плана

Е = ^1к-Ьк(план), (1.10)

, Dk , , ч Эк(плай)

где 4 = -~> а Ьк{плаи)= -*- Л F F

%

Следующий критерий учитывает относительные к расходу сырья отборы продуктов, энергетические затраты на ведение процесса и отклонения от плановых заданий.

^Ак\Ок-Ок(план)Ск

?.gw-Ci)_*.._„+„__ (1.„)

Этот критерий имеет смысл отношения дохода от целевой продукции (за вычетом убытка от невыполнения плана) к общим затратам на процесс. Модифицированный вариант этого критерия выглядит как:

^ЬкСк-^Ак\1к-Ьк(плаи):Ск ?¦=*--' -*-¦!—п • - (1.12)

сг-(\-?ьк)С„ + зэ

Суть его в максимизации отборов целевых продуктов при выполнении плановых заданий. В этих критериях используется дискретная функция А^ равная 1, если имеется плановое задание на продукт, и равная 0, если такового нет.

В настоящее время сочетание в одном критерии чисто экономических (себестоимость и т.п.) и технологических составляющих вряд ли целесообразно с точки зрения оперативности. Необходимо найти рациональный способ декомпозировать глобальный критерий эффективности производства в целом (максимум прибыли) на согласованные с ним локальные критерии оценки эффективности работы отдельных стадий процесса, вплоть, до узлов и аппаратов.

В настоящее время задачу декомпозиции применительно к установкам ректификации нефти большинство исследователей пытается решить путем применения на локальном уровне критериев оптимизации на базе интегральных показателей качества продуктов в сочетании с объемами выпуска [77-82].

Управление по интегральным показателям качества (ПК). Наиболее широко распространенным и применяемым в разработках является представление локальной задачи управления процессом на АВТ в виде формулировки, приведенной в [77]: «задачей управления процессом на АВТ является выбор такого технологического режима, при котором в условиях технологических ограничений, действия различных возмущений (контролируемых и неконтролируемых), смены производственных заданий на выработку продуктов обеспечивался максимальный выход целевой продукции заданного качества при минимальных энергозатратах».

24

Показатели эффективности (ПЭ) в рассматриваемой группе подходов к *

управлению [77-82] разбиваются на четыре группы частных показателей:

• технико-экономические показатели производства в целом (себестоимость,

фондоотдача и т.п.);

технические показатели работы технологических установок. Эту группу составляют в основном показатели качества нефтепродуктов, а также качества регулирования динамических процессов с помощью автоматических систем;

показатели, оценивающие надежностные свойства систем управления, в том числе, такие как безопасность, отказоустойчивость, живучесть и т.п.

Приведенная классификация может оцениваться ранговой шкалой [79], при которой каждой группе показателей присваивают определенный ранг, определяемый сложностью обеспечения заданного показателя. Группу показателей низшего (первого) ранга образуют показатели качества работы локальных подсистем регулирования, к которым относятся показатели качества переходных процессов (динами-• ческие критерии). Группу показателей второго ранга составляют технические показатели работы установок (в основном интегральные показатели качества продуктов, кроме фракционного состава).

Обычно используются следующие:

вязкость, оцениваемая динамическим или кинематическим коэффициентом;

температура вспышки;

температура кристаллизации;

температура застывания;

цвет

и другие. Показатели эффективности данной группы напрямую определяют группу технико-экономических показателей образующих третий ранг ПЭ. Если ПЭ первого и второго рангов определяются отдельными технологическим циклами или операциями, то ПЭ третьего ранга зависят от комплекса решений (план на выпуск продук-^ ции, оптимизация нагрузки аппаратов и т.д.) по управлению производством в целом. Показатели надежности и безопасности имеют высший приоритет, т.к. без них все остальные теряют смысл.

25

Однако, по мнению автора, вопрос полноценного наблюдения процесса ректификации в колоннах установок первичной переработки отнюдь не может быть сведен только к анализу точности и оперативности информации об интегральных показателях качества продуктов. Из-за пересечения потенциалов продуктов управление по интегральным параметрам качества фракций не обеспечивает однозначности оценки состояния процесса, т.к. одни и те же показатели качества (тем более, интегральные) могут быть получены при существенно различающихся состояниях процесса (например, для Хилковской нефти фракция, отбираемая в пределах 150-350°С и фракция, отбираемая в пределах 200-350°С имеют близкую температуру застывания соответственно минус 18 и минус17°С (в пределах точности приборов измерения), а для Чеховской нефти очень близки показатели плотности, температуры застывания и вязкости для пары отбираемых в пределах 180-370 и 200-350°С, соответственно). Подобное положение означает наличие неоднозначности при использовании интегральных показателей качества в качестве доминирующих критериев.

Методологическая неопределенность в настоящее время присутствует в самой постановке технологической задачи установок ректификации нефти. Она является следствием отхода в практике технологического управления от использования проектной концепции «примеси», т.е.

перехода на практике от детерминированых (компонентных) моделей.нефти к использованию в качестве критериев интегральных показателей качества продуктов. Поэтому вынужденный переход от «примесных» моделей качества к критериям в виде интегральных показателей качества продуктов создает проблему в самом определении четкости разделения нефти. •

Четкость разделения нефти оценивают несколькими показателями. В качестве таких показателей обычно называют групповую чистоту фракций, отбор от потенциала или т.н. «налегание фракций». Групповой чистотой называют долю дис-тиллятных компонентов в дистилляте или долю остаточных компонентов в остатке, т.е. это доля компонентов выкипающих по кривой истинных температур кипения (ИТК) до температурной границы деления смеси [67]. Налегание фракций характеризует чистоту фракций косвенно. Для оценки налегания используют разность температур конца кипения и начала кипения, или температур выкипания 5 и 95% смеж-

26

ных фракций. В [67] приведены графические зависимости между налеганиями, вычисленными по ГОСТ 2177-99, и налеганиями, вычисленными по ИТК, показывающие высокую степень корреляции между ними. Согласно [67] при переработке различных нефтей высокие эксплутационные характеристики выделяемых топлив будут достигнуты при достаточно высоких отборах от потенциала в том случае, если наложения между фракциями будут лежать в пределах указанных в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Рекомендуемые пределы наложений между смежными фракциями

Смежные фракции Пределы наложения по ГОСТ 2177, °С

Отечественные рекомендации Зарубежные рекомендации Бензин-керосин 11-14 14-28 Дизельное топливо легкое-керосин 14-28 6 Дизтопливо тяжелое - дизтопливо легкое 6-8 - Газойль-дизтопливо тяжелое 6 6 Контроль и регулировка этих наложений очень важны для того, чтобы качество продуктов не достигалось за счет уменьшения отборов их от потенциала и (или) сдвигов влево по ИТК. Однако, на практике управление наложениями, как правило, не осуществляется, т.к. его величина в регламенте не нормируется.

Таким образом, важнейшая целевая характеристика процесса оказывается вне функций управления, а персонал лишен указаний на способы контроля этой величины. Поскольку от четкости разделения, в конечном счете, зависит степень достижения проектных значений отборов от потенциала неопределенности в нормировании и контроле этого показателя имеют отчетливый экономический смысл потерь. На рисунке 1.2 показана типовая картина разделения нефти на установке ректификации на примере одной из установок заводов компании ЮКОС. Как видно из данных рисунка 1.2 практически все фактические отборы смещены влево от своих потенциальных значений, определенных по лабораторным данным. Это означает что общая сумма фактических отборов значительно меньше потенциально возможной. Указанное смещение является ничем иным как динамическим запасом по качеству, который неизбежно требуется

27

операторам из-за неполной наблюдаемости и управляемости процесса, т.к. картину, показанную на рисунке 1.2, оператор в настоящее время не видит.

НИ

"НК-62 -62-105 105 С1 101-140

-140-180 -180-240 -240-290 ¦290-350 -НК-350

350-420

^ 420-500

Рисунок 1.2 - Общая картина разделения нефти на установке АВТ-6 ОАО «СНПЗ»

Резюме подраздела. Если рассматривать технологическую суть процесса первичного разделения нефти, то легко видеть, что на установке АВТ ничего другого не происходит, кроме разделения нефти с той или иной четкостью по тем или иным температурам раздела ИТК, т.е. «разрезания» ИТК. Поэтому степень достижения регламентных интегральных показателей качества продуктов и заданных значений отборов от потенциала (а также энергозатраты) может зависеть в конечном счете только от двух центральных факторов технологии АВТ, а именно от температур раздела нефти на ИТК и наложений (или четкости разделения). В сущности, постановка производственной задачи (задача оптимального оперативного производственного планирования) и должна заключаться в определении температур раздела ИТК по данным качества нефти и спецификациям фракций. Поэтому любой критерий оптимальности режима первичной перегонки должен тем или иным образом декомпозироваться в практические указания на требуемую четкость разделения (наложения) и температуры раздела (точки оптимального «разреза» ИТК). Эту взаимосвязь необходимо отразить в критериях, т.к. методологическая неопределенность постановки технологической задачи АВТ состоит в недооценке важности нормировании и

28

контроля в реальном времени как температур раздела, так и наложений (четкости деления), причем в тесной взаимосвязи. Для усовершенствования применяемого методического и алгоритмического обеспечения необходима разработка корректных критериев оперативной оценки состояния процесса. Эти критерии должны быть разработаны на базе компонентного подхода и тем или иным образом включать или декомпозироваться на температуры раздела ИТК и наложения смежных фракций.

<< | >>
Источник: Кузнецов Виктор Георгиевич. АЛГОРИТМИЗАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ НЕФТИ. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук. 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность). Самара-2005. 2005

Еще по теме 1.2 Технологические цели и критерии их достижения. Постановка технологической задачи ректификации нефти:

  1. 1.1 Общее описание проблемы. Идентификация состояния процесса
  2. 1.2 Технологические цели и критерии их достижения. Постановка технологической задачи ректификации нефти