Разработка автоматизированной системы управления колонны в установки по переработке мазута

     В процессах вакуумной перегонки  мазута по топливному варианту преимущественно  используют схему однократного испарения, применяя одну сложную ректификационную колонну с выводом дистиллятных фракций через отпарные колонны или без них. При использовании отпарных колонн по высоте основной вакуумной колонны организуют несколько циркуляционных орошений.

     Мазут, отбираемый с низа атмосферной колонны  блока AT прокачивается параллельными потоками через печь в вакуумную колонну 1. Смесь нефтяных и водяных паров, газы разложения (и воздух, засасываемый через неплотности) с верха вакуумной колонны поступают в вакуумсоздающую систему. После кон и охлаждения в конденсаторе-холодильнике она разделяется в газосепараторе на газовую и жидкую фазы. Газы отсасываются трехступенчатым пароэжекторным вакуумным насосом, а конденсаты поступают в отстойник для отделения нефтепродукта от водного конденсата. Верхним боковым погоном вакуумной колонны отбирают фракцию легкого вакуумного газойля (соляр). Часть его после охлаждения в теплообменниках воз­вращается наверх колонны в качестве верхнего циркуляционного орошения.

     Вторым  боковым погоном отбирают широкую  газойлевую (масляную) фракцию. Часть  ее после охлаждения используется как  среднее циркуляционное орошение вакуумной  колонны. Балансовое количество целевого продукта вакуумного газойля после  теплообменников и холодильников  выводится с установки и направляется на дальнейшую переработку.

     С нижней тарелки концентрационной части  колонны выводиться затемненная  фракция, часть которой используется как нижнее циркуляционное орошение, часть - может выводиться с установки  или использоваться как рецикл вместе с загрузкой вакуумной печи.

     С низа вакуумной колонны отбирается гудрон и после охлаждения в возвращается в низ колонны. В низ вакуумной колонны подается водяной пар. 

     Материальный  баланс блока вакуумной  перегонки

     Поступило, % на нефть 

     Мазут                                                -52

     Получено. % на нефть

     Легкий  вакуумный газойль              -1,2

     Вакуумный газойль                          - 22,0

     Гудрон                                              - 28,8 

     Технологический режим в вакуумной колонне:

     Температура,°С

     питания                                             - 395

     верха                                                 - 125

     низа                                                   - 352

     вывода:

     легкого вакуумного газойля   -195

     широкого  вакуумного газойля - 260

     затемненной фракции  - 300

     Давление  наверху (абс), кПа   - 8,0

     Характеристика  вакуумной колонны

     Диаметр, м Число тарелок

     Верхняя часть  6,4   4

     Средняя часть  9,0  10

     Нижняя  часть  4,5   4 

2. Принцип работы установки.

 

1,2 – датчик расхода; 3,4 – датчик  уровня; 5,6 – датчик давления; 7-10 – датчик температуры; 11 – вакуумная  колонна; 12 – эжектор; 13 – холодильник; 14 – электрическая задвижка.

Рисунок 1 – Технологическая установка

     Мазут для установки, поступает с установки  атмосферной перегонки. Шестью потоками он прокачивается через  печь и  с температурой 380-400^оС направляется в эвапарационное пространство колонны К-10.

     В целях уменьшения разложения мазута в змеевик печи П-3 предусмотрена  подача перегретого водяного пара. В зависимости  от режима колонны К-10  непосредственно в колонну также имеется возможность подачи перегретого пара через клапан регулятора расхода

     В верху колонны поддерживается остаточное давление 25-40 мм. рт. ст.

     Парогазовая  смесь  с  верха  колонны  К-10  по шламовым  трубопроводам  поступает   в межтрубное  пространство  предварительного  поверхностного конденсатора расположенного параллельно по рабочему потоку. В трубное пространство холодильника подается  охлаждающая вода.

     Давление  на  верху колонны К-10 контролируется, регулируется и регистрируется на  мониторе  компьютера.  В вакуумсоздающие  устройство, эжектор, подаётся  рабочая жидкость – атмосферное дизельное топливо.

     Колонна К-10 состоит из 17 секций насадки фирмы  «ПЕТОН».

     Из  сборника ВЦО с 15-ой секции насадки К-10 выводится верхнее циркуляционное орошение и подается через холодильник.

     Избыток вакуумного дизельного топлива через  клапан выводится с установки.

     Из  сборника, установленного в средней  части колонны, предусмотрен отбор  масляных фракций. 

1.3 Технологическое оборудование

     В технологическую схему данного  проекта входит четыре основных аппарата: вакуумная колонна, трубчатая печь, эжектор и холодильник.

     Ректификационная  колонна — аппарат, предназначенный  для разделения жидких смесей, составляющие которых имеют различную температуру кипения. Классическая колонна представляет собой вертикальный цилиндр с контактными устройствами внутри.

     В ректификационную колонну подаются пары перегоняемой жидкости. Они поднимаются  снизу, а в режиме противотока  навстречу парам идёт жидкость, сконденсировавшаяся  наверху в холодильнике. В случае если разгоняемый продукт состоит  из двух компонентов, конечными продуктами являются дистиллят, выходящий из верхней  части колонны и кубовый остаток (менее летучий компонент в  жидком виде, вытекающий из нижней части  колонны). У колонны есть несколько узлов, к ним относятся: узел ввода сырья в колонну, каплеуловители, узлы ввода и распределения орошения, узлы вывода жидких боковых потоков из колонны и низ колонны.

     Узел  ввода сырья предназначен для  безударного ввода  парожидкостного  потока в колонну, отделения паровой фазы от жидкой. Важное значение имеет узел ввода сырья в вакуумные колонны АВТ так как скорость парожидкостного потока на выходе из патрубка доходит до 100м/с.

     Каплеуловитель  предназначен для улавливания из паров механически унесённых  мелких капель жидкости – в зоне ввода сырья и на выходе паров  – с верха колонны. Над верхней  тарелкой колонн каплеуловители устанавливают  там, где предьявляется повышенное требование к чистоте верхнего продукта.

     Узел  ввода жидких потоков в колонны АВТ предназначены для подачи холодного орошения.

     Узел  вывода жидкости, в нём, частично задействован сливной карман из которого жидкость через обычный патрубок выводится наружу. В зависимости от конструктивных особенностей, могут использоваться выводные трубы.

     Низ отгонной части колонны выполняет  две функции – эвапорационного  пространства для горячей  струи и аккумулятора жидкости для стабильной работы откачивающего остаток насоса. Над патрубком для вывода остатка устанавливается предохранительная решётка, чтобы избежать попадания в насос кусочков кокса или случайно упавших в низ колонны предметов (болтов, клапанов с тарелок, окалины). Колебание уровня и возможное вспенивание жидкости при подаче водяного пара могло бы привести к сбросу насоса и нарушить работу колонны, но, колонна разделена на две самостоятельные камеры гидрозатвором. Водяной пар подаётся во внутреннюю верхнюю камеру, в которой гидрозатвором поддерживается стабильный уровень жидкости, а откачка остатка ведётся из внешней нижней камеры, где колебание уровня не влияет на работу тарелок; из внутренней  камеры предусмотрен дренаж жидкости при опорожнении колонны.

     Трубчатые печи являются основными нагревателями  большинства технологических установок  НПЗ. Нагрев сырья в трубчатых  печах осуществляется на установках АВТ без заметного его термического разложения. Это обеспечивается малым  временем пребывания нагреваемого потока в зоне повышенных температур. В  данной установке, использование данного  элемента имеет один минус – закоксовывание змеевиков, с необходимостью их периодической чистки. Происходит это из-за того, что в них нагревается тяжёлое сырьё – остатки атмосферной перегонки. Современные трубчатые печи имеют две камеры – камеру сгорания, где сжигается топливо, и камеру конвекции, в которой обогрев осуществляется дымовыми газами, выходящими из камеры сгорания. Основными характеристиками трубчатых печей являются производительность, полезная тепловая нагрузка, коэффициент полезного действия.

     

     Рисунок 2 – Внешний вид вертикальной цилиндрической печи с настильным сжиганием топлива.

Конденсаторы  – холодильники воздушного охлаждения практически повсеместно заменили используемые ранее конденсаторы и холодильники, которые имеют существенные недостатки – требуют значительного количества воды, а так же очистки труб от накипи. В аппаратах воздушного охлаждения поток воздуха нагнетается вентилятором и направляется перпендикулярно пучкам труб, по которым проходит охлаждённый нефтепродукт. Несмотря на низкий коэффициент теплопередачи, за счёт оребрения труб алюминиевыми пластинами достигается хороший теплосъём.

     

     I – теплоноситель, II – нагреваемый поток

     Рисунок 3 – теплообменный аппарат «труба в трубе» жёсткого типа.

     Эжектор (вакуумный инжектор (струйный насос) – устройство, в котором для  всасывания газа или жидкости используется кинетическаэнергия другого газа или жидкости.        

     

     Рисунок 4 – внешний вид эжектора. 

4.   Недостатки установки

     Недостатками  установки является отсутствие регулирования температурного режима верха и низа колонны, что приводит к загрязнению светлых фракций тёмными.

     Так же, некачественное контролирование  подачи перегретого пара, может привести к снижению КПД тарелок, увеличению выноса углеводородной фракции с  верха колонны.

     Неточное  регулирование давления верха колонны, приводит к увеличению расхода подогретого  пара, и загрязнению окружающей среды  в целом.

5. Требования к АСУТП

     Исходя  из вышеперечисленных недостатков, цель моего курсового проекта  состоит в том, чтобы разработать  АСУ вакуумного блока с применением микропроцессорной техники на базе  

6.   Задачи АСУТП

     Исходя  из недостатков системы, перед нами стоит задача, автоматизировать установку, приняв во внимание необходимость точного  контроля температурного режима верха  и низа колонны. Осуществить это  можно путём регулирования подачи верхнего циркуляционного орошения в верхней части колонны и путём более точного регулирования подачи перегретого пара в нижнюю отпарную секцию колонны.

     Так же благодаря дополнительной установки  датчика давления в верхней части  колонны, нам удаётся более точно  регулировать давление, снизить  вынос  углеводородной фракции с верха  колонны.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСУТП

2.1 Требование к системе

     Прежде  чем начать проектирование системы  управления, нужно определить функции, которые будет выполнять проектируемая  система.