Разработка автоматизированной системы управления колонны в установки по переработке мазута

РЕФЕРАТ

     Курсовой  проект состоит из графической части  объемом 2 листа формата A1 и пояснительной записки объемом 68 листов, содержащей 7 таблиц, 22 рисунка.

      Ключевые  слова: первичная переработка, ректификационная колонна, холодильник, датчик, моделирование, диаграммы.

      Рассматриваемый объект – вакуумная установка по переработке мазута.

      Цель  работы: проектирование автоматизированной системы управления колонны в установки по переработке мазута.

      Рассмотрена система переработки мазута. Определены основные технические характеристики объекта.

      Смоделирован  технологический процесс в программном  пакете StarUML.

      Определен состав аппаратной части проектируемой  системы..

      Выполнены технико-экономические расчеты. 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

      Первичной переработкой (прямой перегонкой) называют процесс получения нефтяных фракций, различающихся по температуре кипения, без термического распада компонентов, составляющих дистиллят. В промышленности этот процесс осуществляется на трубчатых  установках при атмосферном, повышенном давлениях или в вакууме.

      Поступающее на нефтетехнологические установки  нефтяное сырье значительно различается по физико-химическим константам: углеводородному составу, плотности, вязкости, содержанию растворимых в нефтях минеральных солей, газа, серы, парафина, механических примесей и др. Кроме углерода и водорода, которые обычно составляют 95—97 вес. % (в том числе С —84—85 вес. %_г Н—12—14 вес. %), в нефти находится не менее 3—4 вес. % побочных элементов и соединений — кислорода, фосфора, серы, газа, воды и др.

      Присутствие этих побочных элементов и соединений в нефти вызывает затруднения в процессе ее переработки.

       Фракционный состав нефтей играет важную роль при составлении и разработке технологической схемы процесса, расчете ректификационной системы и отдельных аппаратов установки. Температуры выкипания отдельных фракций зависят от физико-химических свойств нефти. Последние учитываются при разработке и выборе схем первичной переработки, аппаратурном и материальном оформлении установки. Так, при переработке нефтей, содержащих серу, требуются дополнительные процессы гидроочистки        для обессеривания нефтепродуктов, а для парафинистых нефтей — депарафинизационные установки по обеспарафиниванию фракций, особенно керосиногазойлевых. Для проектирования новых установок необходимо разработать соответствующий регламент и получить нужные рекомендации.

     Процесс ректификации предназначен для разделения жидких неоднородных смесей на практически  чистые компоненты или фракции, к различаются по температуре кипения. Физическая сущность в процессе перегонки нефти, заключается в двухстороннем массо- и теплообмене между потоками пара и жидкости при высокой турбулизации контактирующих фаз. В результате массообмена отделяющиеся от горячей жидкости пары обогащаются низкокипящими, а жидкость — высококипящими компонентами. При определенном числе контактов между парами и жидкостью можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих, и жидкость — из высококипящих компонентов. Ректификация, как и всякий диффузионный процесс, осуществляется в противотоке пара и жидкости. При ректификации паров жидкое орошение создается путем конденсации части парового потока вверху колонны, а паровое орошение при ректификации жидкости - путем испарения части ее внизу колонны.

       Конструкция аппаратов, предназначенных для ректификации, зависит от способа организации процесса в целом и способа контакта фаз. Наиболее простая конструкция ректификационных аппаратов при движении жидкости от одной ступени контакта к другой  под действием  силы  тяжести.

       На  установках первичной перегонки  нефти основным аппаратом процесса ректификации является ректификационная колонна - вертикальный аппарат цилиндрической формы. Внутри колонны расположены тарелки - одна над другой.  На поверхности тарелок происходит контакт жидкой и паровой фаз. При этом наиболее   легкие   компоненты жидкого орошения    испаряются и вместе с парами устремляются вверх, а наиболее тяжелые компоненты паровой   фазы,   конденсируясь,   остаются   в жидкости.   В результате в ректификационной колонне непрерывно идут процессы конденсации  и  испарения.

       При ступенчатом осуществлении  процесса  ректификации  контакт пара и жидкости может происходить в  противотоке,  в перекрестном токе и в прямотоке. Если ректификация идет непрерывно bo всем объеме колонны, то контакт пара и жидкости при движении обеих фаз может происходить только в противотоке.

       Получаемые  компоненты светлых и масляных дистиллятов не соответствуют требуемому фракционному составу, наблюдается налегание фракций, часть наиболее тяжелых фракций светлых нефтепродуктов — дизельного топлива — проваливается в низ колонны, в мазут. Поэтому исследованию и анализу работы ректификационных колонн, разработке и испытанию новых типов барботажных тарелок, совершенствованию методов их расчета уделяется большое внимание.

       Современные ректификационные аппараты классифицируются в     зависимости от их технологического назначения, давления, способа осуществления контакта между паром и жидкостью и внутреннего устройства,    обеспечивающего этот контакт. По технологическому назначению на современных комбинированных установках АВТ (атмосферно вакуумная трубчатка) ректификационные аппараты делятся на колонны атмосферной перегонки нефти, вакуумной перегонки мазута, стабилизации легких фракций, абсорбции жирных газов переработки нефти, вторичной перегонки широкой бензиновой фракции и др. По проводимому процессу различают следующие ректификационные колонны: атмосферные, вакуумные, стабилизаторы и др. В зависимости от давления колонны делятся на вакуумные, атмосферные и работающие под давлением. В качестве контактного устройства в колоннах применяют тарелки. Часто эти колонны именуются тарельчатыми. По способу контакта между паром (газом) и жидкостью все ректификационные аппараты на установках первичной перегонки нефти характеризуются непрерывной подачей обеих фаз.

       На  конструкцию ректификационной колонны  оказывают влияние технологические  особенности: система подачи сырья, отвод боковых жидких погонов, подача орошений, пара и др.

         Нагретое сырье (в основном  в парожидкостном состоянии) поступает  в среднюю часть колонны. Сверху отбирается парогазовая смесь - продукт, обогащенный низкокипящими компонентами и содержащий водяной пар. В средней части с соответствующих тарелок отбирают боковые флегмы.

       Для  ректификации  многокомпонентных  смесей на  установках AT и АВТ   применяется   ректификационная   колонна, состоящая фактически из нескольких отдельно работающих колонн (по числу отбираемых фракций). Сырьем для каждой последующей колонны может служить дистиллят или остаток предыдущей  колонны. Такие колонны весьма сложны, так как кроме верхнего и нижнего продуктов (бензин и мазут)  в них получают  несколько боковых погонов: лигроин,  керосин, дизельное топливо. Каждый  боковой погон, отводимый из колонны,  отправляется в свою отпарную колонну, где отпариваются легкие фракции, направляемые  затем обратно в основную колонну.

       Отпарные  колонны  конструктивно  выполнены  в одном корпусе,  но отдельны друг от  друга глухой   перегородкой. В отпарных колоннах создается орошение водяным паром, который снижает  парциальное давление нефтяных паров  и способствует  их испарению.

       Недостаток  сложной  колонны – наличие  при  одном  верхнем  орошении  различных   паровых и  жидкостных  нагрузок  в  разных  сечениях.         В  связи с этим  в каждой   секции   весьма  целесообразно   создание    самостоятельного  циркулирующего орошения.  Атмосферные  и вакуумные колонны с  промежуточным  циркуляционным  орошением   широко  применяются.

     На  современном этапе нефтепереработки трубчатые установки входят в состав всех нефтеперерабатывающих заводов и служат поставщиками как товарных нефтепродуктов, так и сырья для вторичных процессов (каталитического крекинга, риформинга, гидрокрекинга, коксования, изомеризации ).

     С повышением  мощности установок по первичной    переработке нефти стали  объединять этот процесс с другими,  прежде всего с обезвоживанием и обессоливанием, стабилизацией и вторичной перегонкой бензина ( с целью получения узких фракций ), с каталитическим крекингом, коксованием.

     В зависимости от давления в ректификационных колоннах трубчатые установки разделяются на атмосферные (AT), вакуумные (ВТ) и атмосферно-вакуумные (АВТ).

     Вакуумные трубчатые установки обычно сооружают  в едином комплексе с атмосферной  ступенью перегонки нефти. Комбинирование процессов атмосферной и вакуумной  перегонки на одной установке  имеет следующие преимущества: сокращение коммуникационных линий, меньшее число  промежуточных емкостей, компактность, удобство обслуживания, возможность  более полного использования  тепла дистиллятов и остатков, сокращение расхода металла и  эксплуатационных затрат, большая производительность труда.

     В промышленных установках нефть перед  переработкой очищают от примесей воды и солей, которые обычно растворены в воде. Для этой цели, как правило, применяют электрообезвоживающие  установки - ЭЛОУ. 
 
 

1. УСТАНОВККА  ВАКУУМНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ  МАЗУТА ЭЛОУ АВТ-6

       1.1 Описание объекта  автоматизации блока вакуумной перегонки мазута установки ЭЛОУ – АВТ – 6

     Основное  назначение установки (блока) вакуумной  перегонки мазута топливного профиля - получение вакуумного газойля широкого фракционного состава (350 - 500 °С), используемого  как сырье установок каталитического  крекинга, гидрокрекинга или пиролиза и в некоторых случаях - термического крекинга с получением дистиллятного  крекинг - остатка, направляемого далее  на коксование с целью получения  высококачественных нефтяных коксов.

     О четкости разделения мазута обычно судят  по фракционному составу и цвету  вакуумного газойля. Последний показатель косвенно характеризует содержание смолисто-асфальтеновых веществ, то есть коксуемость и содержание металлов. Металлы, особенно никель и ванадий, оказывают отрицательное влияние  на активность, селективность и срок службы катализаторов процессов  гидрооблагораживания и каталитической переработки газойлей. Поэтому при  эксплуатации промышленных установок  ВТ исключительно важно уменьшить  унос жидкости (гудрона) в концентрационную секцию вакуумной колонны в виде брызг, пены, тумана и т.д. В этой связи  вакуумные колонны по топливному варианту имеют при небольшом  числе тарелок (или невысоком  слое насадки) развитую питательную  секцию: отбойники из сеток и промывные  тарелки, где организуется рециркуляция затемненного продукта. Для предотвращения попадания металлоорганических  соединений в вакуумный газойль  иногда вводят в сырье в небольших количествах антипенную присадку типа силоксан. 

     В процессах вакуумной перегонки, помимо проблемы уноса жидкости усиленное  внимание уделяется обеспечению  благоприятных условий для максимального  отбора целевого продукта без заметного  его разложения. Многолетним опытом эксплуатации промышленных установок  ВТ установлено, что нагрев мазута в  печи выше 420-425°С вызывает интенсивное  образование газов разложения, закоксовывание и прогар труб печи, осмоление вакуумного газойля. При этом, чем тяжелее  нефть, тем более интенсивно идет газообразование и термодеструкция  высокомолекулярных соединений сырья. Вследствие этого при нагреве  мазута до максимально допустимой температуры  уменьшают время его пребывания в печи, устраивая многопоточные  змеевики (до четырех), применяют печи двустороннего облучения, в змеевик  печи подают водяной пар и уменьшают  длину трансферного трубопровода (между  печью и вакуумной колонной). Для  снижения температуры низа колонны  организуют рецикл (квенчинг) частично охлажденного гудрона. С целью снижения давления на участке испарения печи концевые змеевики выполняют из труб большего диаметра и уменьшают перепад  высоты между вводом мазута в колонну  и выходом его из печи. В вакуумной  колонне применяют ограниченное количество тарелок с низким гидравлическим сопротивлением или насадку; используют вакуумсоздающие системы, обеспечивающие достаточно глубокий вакуум. Количество тарелок в отгонной секции также  должно быть ограничено, чтобы обеспечить малое время пребывания нагретого  гудрона. С этой целью одновременно уменьшают диаметр куба колонн.