Применение автоматизации в низкотемпературных процессах

Актуальность работы. От проведения процессов сепарации зависят потери лёгких фракций нефти при последующем транспорте и её хранении. Установлено, что при моментальной сепарации нефти (с резким снижением давления) существенно увеличивается уносимое количество тяжелых углеводородов быстро движущейся струёй свободного газа. При ступенчатой сепарации подбором давлений на ступенях можно достигнуть выделения в основном только свободного газа. Поэтому, если на промыслах нет стабилизационных установок, необходимо проводить сепарацию по возможности методами с минимальными потерями бензиновых фракций. Один из них - ступенчатая сепарация.

---

Поможем сделать курсовой проект на заказ , оформите заявку на сайте.

---

Однако многоступенчатая сепарация нефти должна не только сократить унос лёгких фракций с газами, а также резко снизить и унос нефтью лёгких свободных газов, с выделением которых в резервуарах увеличивается потери нефти при «дыхании». В настоящее время, когда активно развиваются цифровые технологии, растет степень использования компьютерных разработок на существующих промышленных предприятиях и производствах. В результате, растет актуальность исследований, в области создания «Цифровых двойников промышленных производственных процессов» (DigitalTwin), которые начались ещё в первом десятилетие 21 века. Системы динамического моделирования процессов, такие как Honeywell UniSim Design, Invensys DYNSYM и Aspentech Aspen HYSYS Dynamics, используют методы, основанные на базовых физических принципах, которые обеспечивают реалистичное воспроизведение переходных процессов, типичных для нефтегазовой и химической промышленности. Чтобы создать модель процесса, пользователь выбирает готовые компоненты и термодинамические пакеты для определения физических свойств и фазовых равновесий системы, после чего создает технологическую схему, добавляя и связывая друг с другом модели работы типовых блоков (трубопроводов, резервуаров, насосов, дистилляционных колонн и т. д.) и оборудования управления (клапаны, ПИД-регуляторы и т. д.). Полученную модель можно инициализировать, задав определенные начальные условия, и протестировать с помощью разных заранее подготовленных сценариев в рамках исследования динамической модели. Исследование динамической модели является стандартным инструментом, используемым в перерабатывающих отраслях промышленности, для анализа и оптимизации переходных процессов. В качестве примера применения этой методики для анализа работоспособности оборудования или исследования безопасности можно привести оценку динамической нагрузки на факельную установку на НПЗ или на континентальных газовых месторождениях, а также исследования компрессоров. Для проведения ИДМ на НПЗ MiRO авторы выбрали пакет UniSim Design благодаря высокой скорости и стабильности моделирования, а также широким возможностям моделирования сложных систем управления. Цель работы – исследовать применение автоматизации в низкотемпературных процессах. Задачи: - рассмотреть описание процессов низкотемпературной сепарации и ректификации; - проанализировать применение методов автоматизации в низкотемпературных процессах, программы Honeywell Unisim Design и Aspen HYSYS. Объект исследования – низкотемпературные процессы. Предмет исследования – применение автоматизации. Методы исследования – анализ, обобщение полученной информации. Структура работы состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы.  

В результате проделанной работы решены следующие задачи: рассмотрено описание процессов низкотемпературной сепарации и ректификации; проанализировано применение методов автоматизации в низкотемпературных процессах, программы Honeywell Unisim Design и Aspen HYSYS. При больших объемах перерабатываемого конденсата применяют стабилизацию с использованием ректификационных колонн. Преимущества стабилизации газовых конденсатов ректификацией: 1. Предварительное разделение и деэтанизация нестабильных конденсатов при высоких давлениях способствуют извлечению газовых потоков; 2. Возможность производить сжиженные газы, соответствующие стандартным требованиям, без необходимости искусственного охлаждения; 3. Рациональное использование энергии нестабильных конденсатов; 4. Полученные коммерческие конденсаты характеризуются низким давлением насыщенного пара, что снижает его потери при транспортировке и хранении. Недостатки стабилизации газовых конденсатов ректификацией: 1. Сложность моделей; 2. Высокое потребление металла и энергии. На современных установках, как правило, применяют комбинирование процессов сепарации и ректификации, что позволяет обеспечить гибкость процесса. После сероочистки, предриформинга и первичного риформинга наступает этап вторичного риформинга. После выхода из печи первичного риформинга газ идет на печь вторичного риформинга. В реакторе R 204 вторичного риформинга происходит паровоздушная конверсия метана на никелевом катализаторе при давлении и температуре 957 °C (на выходе из реактора). Далее конвертированный газ поступает в подогреватель питательной котловой воды E 212 1/2/3 где охлаждается до 156 °С. Затем тепло конвертированного газа используется в кипятильнике стабилизационной колонны E 224, где охлаждается до 129 °С. Сконденсировавшаяся из газа в результате охлаждения влага, отделяется в сепараторе V 224 кипятильника стабилизационной колонны. Дальнейшее охлаждение конвертированного газа до температуры 80 °C, происходит в подогревателе деминерализованной воды E 225. В Программа — это целый проект, расположенный в одной папке «virtual plant». В данной директории содержатся папки со следующими объектами: модели аппаратов, трубопровода и иных конструкцией, скрипты для работы в динамическом запуске, библиотеки для работы и запуска программы, а также необходимые данные для связи с виртуальной реальностью (VR). Скрипты программы разрабатывалась на объектно-ориентированном кроссплатформенном языке программирования C#. Тестирование и работа осуществлялись в версии Unity 2019.3.0f6 (64-bit). Для функционирования программы, необходимо, чтобы помимо расположения объектов в пространстве была расположена камера, задано место для источника света и разработано с помощью программных модулей возможность перемещения и взаимодействия пользователя с объектами. Назначением данной программы является имитация производства метанола с помощью разработки виртуального пространства цифрового двойника. Программа позволяет перемещаться по виртуальному заводу, узнавать динамические параметры разных аппаратов и взаимодействовать с самими объектами. В данной программе для вывода данных используются предоставленные скрипты InteractableExample и APIController. Скрипт InteractableExample – программа которая позволяет непосредственно взаимодействовать с аппаратом, делая его доступным для выбора, а APIController позволяет подгружать и выводить с сервера данные об аппарате. Стоит отметить, что данная программа представляет собой самостоятельный модуль, в которые с помощью сервера поступают данные от программы Unisim Design. Предполагается, что данная программа будет запускаться параллельно с Unisim Design, что позволит отобразить постоянно изменяющиеся параметры объектов в динамическом режиме работы. Данная программа может быть запущена на любой машине с операционной системой Windows и имеющей программы Unity и UnityHub. Для вызова программы необходимо зайти в программу UnityHub и оттуда выбрав проект «virtual plant» запустить его. Как таковых выходных данных данная программа не имеет, однако выдается информация об аппаратах и значениях их параметров. Итак, пакет для моделирования Unisim Design включает в себя обширное количество моделей различных аппаратов. Благодаря этому можно в достаточно краткие сроки и со сравнительно небольшим количеством усилий создать технологическую схему любого химического производства. Из недостатков стоит выделить тот факт, что все же не все аппараты реального производства есть в Unisim Design, однако их можно заменить рядом других аппаратов и тем самым выстроить технологически верную линию производства, в том числе и получения синтез-газа и метанола. В пакете Unisim Design созданы статическая и динамическая модели технологической схемы получения синтез-газа в производстве метанола, разработана автоматизированная система управления этим технологическим процессом (АСУТП)

1. Кокорев Д. С., Юрин А. А. / Цифровые двойники: понятие, типы и преимущества для бизнеса // COLLOQUIUM-JOURNAL. – 2019. - №10 (34). – С. 2-32. 2. Курганова Н. В. Внедрение цифровых двойников как одно из ключевых направлений цифровизации производства // International Journal of Open Information Technologies ISSN: 2307-8162. 2019. №5. - С.105-106. 3. Мельников В. Б. Промысловый сбор и переработка газа и газового конденсата: учебник / В. Б. Мельников. - Москва : Изд. центр РГУ нефти и газа (НИУ) им. И. М. Губкина, 2017. - 463 с. 4. Пономарев К. С. Цифровой двойник производства как инструмент цифровизации технологических процессов предприятия //Актуальные тренды и перспективы развития науки, техники, технологий. – 2019. – С. 141-145. 5. Скобло А.И. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии: Учебник для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: ООО "Недра- Бизнесцентр", 2000. — 677 с. 6. Смирнов, Ю.С. Современное состояние и перспективы развития де-эмульгаторов для подготовки нефти за рубежом/ Ю.С.Смирнов, Н.П. Мелошенко // сер. Нефтепромысловое дело: - Обзорная информация. - 2017. - №17. - C. 29-99. 7. Тронов, В.П. Промысловая подготовка нефти / В.П. Тронов. - Казань: Фэн, 2017. - 416 c. 8. Gruber D. Are there alternatives to an expensive overhaul of a bottlenecked flare system? PTQ, Q1. 2021. №2. Р.12-102. 9. Nugues, J.M. How can dynamic process simulation be used for centrifugal compressor systems. Hydrocarbon Engineering, August. 2019. №5. Р.22-99. 10. Robert D. Buzzell. The PIMS program of strategy research a retrospective appraisal. Journal of Business Research 57 2020. 412 р.