Автоматизированная система управления процессом атмосферной перегонки нефти-Дипломная работа-Машины и аппараты нефтехимических производств

Автоматизированная система управления процессом атмосферной перегонки нефти-Дипломная работа-Машины и аппараты нефтехимических производств
В дипломном проекте разрабатывается автоматизированная система управления технологическим процессом атмосферной перегонки нефти.
В настоящее время системы подобного уровня широко распростране-ны в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.
Данная АСУ ТП осуществляет контроль, визуализацию, управление технологическим процессом и выполняет функции противоаварийной защи-ты. В системе управления используются аппаратные и программные сред-ства Simatic, предлагаемые фирмой Siemens.
Дипломный проект содержит пояснительную записку и графическую часть.
Графическая часть проекта состоит из девяти листов: функциональная схема автоматизации объекта управления (1 лист формата А1), структурная схема (1 лист формата А1), схема электрическая принципиальная (1 лист формата А1), схема соединений и подключений (2 листа формата А1), схема алгоритмов управления (1 лист формата А1), настройка системы регулиро-вания (1 лист формата А1), программно-математическое обеспечение (1 лист формата А1), графический интерфейс оператора (1 лист формата А1).
Объем пояснительной записки составляет 129 страниц, 33 рисунка, 14 таблиц, 24 библиографический источник, 4 приложения.
Установка предназначена для фракционирования нефти, с целью получе-ния светлых нефтепродуктов. Состав установки:
 колонна отбензиневания
 емкость орошения
 4 воздушных конденсатора холодильника
 теплообменник
 5 насосов
Рассмотрим технологический процесс атмосферной перегонки нефти:
Потоки нефти нагретой обессоленной и обезвоженной нефти поступаю в ректификационную колонну. Здесь происходит процесс ректификации – это тепло – и – массообменный процесс разделения жидкостей, различающихся по температуре кипения, за счет противоточного, многократного контакти-рования паров и жидкости. В колонне через каждую тарелку противотоком проходят 2 потока:
1. жидкость – флегма, стекающая с вышележащей на нижележащую тарелку;
2. пары, поступающие с нижележащей на вышележащую тарелку;
Пары и жидкость, поступающие на тарелку, не находятся в состоянии равновесия, однако, вступая в равновесие стремятся к этому. Жидкий поток с вышележащей тарелки поступает в зону более высокой температуры, и по-этому из него испаряется некоторое количество низкокипящего компонента, в результате чего концентрация последнего в жидкости уменьшается. С дру-гой стороны, паровой поток, поступающий с нижележащей тарелки, попадая в зону более низкой температуры, конденсируется, и часть высококипящего продукта из этого потока переходит в жидкость. Концентрация компонента в парах таким образом понижается, а низкокипящего – повышается. Фракци-онный состав паров и жидкости по высоте колонны непрерывно меняется. Часть ректификационной колонный, которая расположена выше ввода сы-рья, называется концентрационной, а расположенная ниже ввода – отгонной . В обеих частях колонны происходит один и тот же процесс ректификации.
С верха концентрационной части в паровой фазе выводится целевой продукт необходимой чистоты – ректификат, а с нижней тарелки – жидкость, все еще в достаточной степени обогащенная низкокипящим компонентом. В отгонной части происходит отпарка из этой жидкости легкокипящих фрак-ций, а из нижней части колонны выводится высококипящий продукт – кубо-вый остаток.
Таким образом, с верха колоны смесь углеводородных газов, паров бензина и водяного пара отводится в воздушные конденсаторы холодильни-ки ХВК1-ХВК4. Здесь происходит конденсация паров, за счет воздушного охлаждения до 35oС. Далее конденсат попадает в емкость орошения. Здесь конденсат отстаивается и разделяется на бензин и воду. Вода сбрасывается из емкости и выводится с установки.
Бензин из емкости орошения поступает на прием насосов Н3/1-Н3/2. Часть бензина из емкости этими же насосами подается на верх колонны в ка-честве острого орошения. Другая часть бензина с балансовой температурой , через клапан, выводится с установки, в качестве готового продукта.
Углеводородный газ с верха емкости направляется в сепаратор топ-ливного газа. В трубопровод на выходе из колонны, для предотвращения хлористоводородной и сероводородной коррозии оборудования, подаются растворы ингибитора коррозии типа «Геркулес 1017», в количестве 10г/т нефти и нейтрализатора.
Для исключения повышения давления в колонне и емкости выше мак-симально допустимого на них установлены клапаны ручного управления, для открытия сброса в факельный коллектор.
Отбензиненная нефть с низа колонны насосами H2/1-H2/2, после пред-варительного нагрева в теплообменнике, где смешивается с нефтью из ректи-фикационной колонны получения продукта с более высокой температурой кипения, направляется для дальнейшей переработки.
Предусмотрена возможность аварийной откачки избытка нефти из ко-лонны насосами H2/1-H2/2 обратно в сырьевой парк.

1.2 Примеры автоматизации процессов в нефтегазовой промышленно-сти

1.2.1 АСУ ТП установки переработки высокосернистой нефти (УПВСН) Акташского товарного парка.
Создание АСУ ТП УПВСН являлось ключевым этапом на пути дости-жения удвоенной производительности товарного парка нефти без увеличения численности обслуживающего персонала. Основные цели внедрения АСУ ТП на УПВСН Акташского товарного парка:
- получение в режиме реального времени информации о ходе техноло-гических процессов;
- внедрение автоматизированных средств диагностирования и преду-преждения возникновения аварийных ситуаций;
- контроль состояния исполнительных механизмов и вспомогательных агрегатов;
- замена ручного ведения документооборота автоматизированным;
- замена устаревших средств КИПиА на современные, повышающие надежность и точность измерений, обеспечивающие удобство в обслужива-нии, снижающие трудоемкость управления ТП.
При выборе технических средств для построения АСУ ТП, разработ-чиками учитывались следующие факторы: максимальное использование дат-чиков и приборов, функционирующих в составе аппаратуры установки; обеспечение простоты интеграции системы в ЛВС предприятия стандарта Ethernet. В результате, АСУ ТП УПВСН была построена на базе контролле-ров сбора данных и управления ADAM-5000/TSP фирмы Advantech с про-мышленной шиной Ethernet (рисунок 1.1). Контроллеры укомплектованы модулями ввода серии ADAM-5000 следующих типов:
- ADAM-5017 – 8-канальный модуль аналогового ввода (8 шт.);
- ADAM-5051 – 16-канальный модуль дискретного ввода (8 шт.);

Задачей исследуемой системы регулирования является поддержание постоянного давления в линии подачи строго орошения в верх колонны от-бензиневания с коррекцией по температуре верха колонны.
Необходимость регулирования объясняется тем, что давление бензина непосредственно определяет степень нагрева верха колонны, а последняя оказывает существенное влияние на процесс отбензиневания нефти. Этим же фактом определяются и основные требования, предъявляемые к быстродей-ствию и точности контура регулирования: пары бензина на выходе колонны должны быть нагреты до температуры 150 °С (температура выпаривания бензина).
Регулирование давления с коррекцией по температуре заключается в том, что заданное значение давления бензина вычисляется в каждом цикле работы программы управления по методике, учитывающей изменение тем-пературы поров (используется линейная зависимость). Поскольку при про-ведении исследований реальное управляющее воздействие заменяется еди-ничным ступенчатым сигналом, учета факта коррекции не требуется [11], и все результаты, полученные для принятой системы, будут справедливы и для исходной.
В ходе выполнения дипломного проекта была разработана автомати-зированная система управления процессом атмосферной перегонки нефти.
Аппаратная часть АСУ ТП реализована в виде двухуровневой системы с использованием аппаратных и программных средств управления Simatic фирмы Siemens. Нижний уровень – станция распределенного ввода/вывода ET200M, управляющая исполнительными механизмами блока (насосы, регу-лирующие и отсечные клапаны) на основе сигналов дискретных и аналого-вых датчиков, расположенных на технологическом оборудовании и трубо-проводах; команд, поступающих с АРМ. Верхний уровень – АРМ оператора блока атмосферной перегонки нефти, реализует взаимодействие оператора с системой управления и связь с нижним уровнем управления.
Были разработаны алгоритмы управления процессом атмосферной пе-регонки нефти, часть управляющей программы в среде программирования STEP7Lite, интерфейс оператора для АРМ во внешней ЛВС на базе InTouch 8.1.
В расчетной части дипломного проекта была произведена настройка контура регулирования температуры в верху колонны отбензиневания, с ре-зультатами: вид переходного процесса – апериодический; время переходного процесса 7,39 с; запас устойчивости по фазе 64,7°.
В дипломном проекте приведен расчет экономического эффекта от внедрения АСУ процессом атмосферной перегонки нефти – 4,77 млн. руб. в первый год эксплуатации, рассмотрены вопросы безопасности жизнедея-тельности.
Внедрение АСУ процессом атмосферной перегонки нефти позволило:
- расширить функции автоматического и автоматизированного кон-троля и управления;
- повысить надежность функционирования системы противоаварийной защиты;
- повысить качество управления технологическим процессом;
- сократить количество и время локализации аварийных ситуаций и от-казов оборудования.