К решению задачи оперативного управления процессами подготовки нефти Текст научной статьи по специальности «Математика»

АВТОМАТИЗАЦИЯ

А.п. веревкин, и.д. Ельцов, о.в. Кирюшин,

Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа

к решению задачи оперативного управления процессами подготовки нефти

В настоящее время наблюдается изменение экономических условий разработки месторождений нефти, что связано с такими явлениями, как истощение месторождений и повышение обводненности нефтяной продукции, повышение себестоимости добычи из-за транспортных издержек и повышения стоимости электроэнергии, затратами на экологию.

Анализ литературы показывает [1, 2], что большие резервы повышения экономической эффективности производств добычи, транспорта и переработки нефти и газа связаны с решением «продвинутых» задач (задач усовершенствованного управления), в первую очередь задач оперативного управления по технико-экономическим показателям (ТЭП). Спецификой задач оперативного управления по ТЭП является принципиальная необходимость широкого использования динамических моделей процессов различного назначения и вида как для повышения качества процессов управления, так и для расчета показателей качества продуктов (ПК) и ТЭП.

Постановка задачи оперативного управления по ТЭП имеет ряд особенностей: 1. Структура системы управления имеет иерархический вид [3]; уровни иерархии соответствуют трем задачам, решение которых различается методами получения информации, методами формирования управляющих устройств и временем принятия решений на управление.

2. Задача автоматического поддержания заданных значений технологических параметров является традиционной и для ее решения используются автоматические системы регулирования (АСР) с типовыми регуляторами; информация о параметрах собирается с измерительных преобразователей.

3. Задача расчета и поддержания показателей качества продуктов решается на основе использования обратных, в общем случае, динамических моделей (аппроксимато-ров). Информация о показателях качества должна быть получена в режиме "on line", т.е. за время, сопоставимое с постоянными времени объекта управления. Управляющее устройство, как правило, реализует один из вариантов ситуационного управления.

4. Специфика задачи расчета и оптимизации технологических режимов по ТЭП определяется тем, что такие показатели, например, как прибыль и рентабельность принято рассчитывать для уровня предприятия в целом и за достаточно большой пе-

риод времени. Поэтому возникает необходимость в введении в рассмотрение оперативных аналогов данных показателей, расчет которых проводится по моделям без учета некоторых условно-постоянных факторов. 5. Формирование оптимальных управлений U* осуществляется на основе решения задачи оптимизации

w: X х U ^ Y f: Y ^ Z

Y ^ G (1)

K(Z) ^ opt

U с идоп

при ограничениях Y с Y"^, G с G"^, где K — интегральный технико-экономический критерий, X — множество возмущений, U, Y, G, Z — подмножества управлений, технологических параметров, показателей качества, ТЭП, w, f, ^ — отображения (модели) связи входов с технологическими параметрами, технологических параметров (технологической ситуации или режима) в множества ПК и ТЭП соответственно; индекс «доп» означает «до-

Продукцию Реррег1+РисНБ на территории России, Казахстана, Украины и стран ближнего Зарубежья представляет Компания ГГС-Нес^ошсз. Статус официального дистрибьютора - залог выгодных условий для Клиентов ГГС-Е1есиоп1сз.

ONICS

ITC-Electronics

www.itc-electronics.com

РерреП+РисИБ -один из мировых лидеров в производстве электронных устройств для промышленной автоматизации.

PEPPERL+FUCHS

||||||||| ММ|ММ 1 И 11II М 1 ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ГАРАНТИРОВАНА!

0 1 2 МИКРОВОЛНОВЫЕ ДАТЧИКИ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ PEPPERL+FUCHS

Серия микроволновых датчиков РЫэсоп НС является универсальной и предназначена для измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов в контейнерах, обводных и расширительных трубах. Датчики взрывобезопасны, что позволяет устанавливать их во взрывоопасных зонах вплоть до зон класса 0.

PeoDerU-Fuchs

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

• Диапазон измерения уровня от 0,5 до 20 м.

• Рабочее давление от 0 до 16 бар.

• Допустимая температура измеряемого вещества - 40° до + 150 е С.

• Варианты выходного сигнала: токовый 4...20 мА / HART/ PROFIBUS / Foundation Fieldbus.

• Многочисленные варианты подключения к технологическому процессу.

• Пользовательский интерфейс оснащен простым управлением, процедура задания параметров поддерживается через персональный компьютер, что обеспечивает удобство и легкость обслуживания.

• Точность измерения ±5мм. Направленные излучения импульсов микроволн не рассеиваются в пространстве, что обеспечивает надежность и точность измерений. При этом точность измерения не зависит от вида измеряемого материала, от плотности и химической агрессивности среды, проводимости, а так же температуры и давления.

• Высокая помехоустойчивость обеспечивается распространением микроволн вдоль волнопровс

wk

Благодаря малой потребляемой и излучаемой мощности данные микроволновые датчики не требуют согласования с комитетами по радиочастотам.

ГАРАНТИИ КАЧЕСТВА ПОДТВЕРЖДЕНЫ СЕРТИФИКАТОМ IS09001

«жт*е

Бренд-менеджер Компании ITC-Electrorucs

Иванов Евгении Константинович

Казахстан, г. Алматы,

ул Райымбека. д. 221 а/4

тел.: (3272)79 71 17

факс.: (3272) 33 93 44

e-mail: [email protected]

АВТОМАТИЗАЦИЯ

пустимые множества». Очевидно, что задача управления достаточно сложна как с точки зрения размерности, так и в связи с необходимостью решать обратные задачи типа

Y* = (2)

где символ «*» означает соответствие оптимальному решению.

С учетом размерности, наличия многочисленных и разнообразных ограничений решение задачи управления можно обеспечить только на основе декомпозиции задачи, дискретизации состояний и подзадач, с обязательной координацией решений подзадач для выполнения системных ограничений. В частности, вместо задачи (1) предлагается итеративно решать последовательность задач (3), (4)

Ц

Ui = {u|G(u)EGflon, ucU"°n},

(3)

кая прибыль (ТП) за расчетный период (месяц) [4]. Технологическая выручка определяется исходя из рыночной цены на нефть:

ТВ = Qн*Цн,

где Цн — цена на нефть, которая является функцией обводненности нефти:

■ -——к

где пэт — обводненность эталонной нефти, %; Цнэт — цена эталонной нефти, руб/т; к — коэффициент, рассчитываемый по данным о рыночной стоимости нефтей разной обводненности.

Затраты на добычу нефти

З = С *п

-1 доб ^ж'

где Сж — стоимость добычи жидкости на месторождении.

Z*= arg{K(Z) ^ opt}, i = 1, 2,... (4) Затраты на деэмульгатор

Ui

с остановом процесса оптимизации по заданной точности управлений. Рассмотренный подход был реализован для оптимизации процесса подготовки нефти на блочных аппаратах подготовки нефти типа «Малони» [3]. Были получены модели для расчета обводненности нефти:

Пн = Ко + КЛПж + К2Па„ + КзПа„2 + ^

+ К5*дДэ2 + К6*дДэПа„ + К^ж,

З = С *Q

■V дэ дэ'

где Сдэ — стоимость деэмульгатора; Qдэ — расход деэмульгатора:

Qдэ - gдэ*Qн.

Затраты на топливо зависят, кроме стоимости топлива, также от расхода жидкости в аппарат «Малони» (АМ) и поддерживаемой в АМ температуры. Функция затрат принята в виде

где Пн — обводненность нефти, %; tan Зт = CT*(Ks*Qm + K9*tan + Kao*tan2), — температура в аппарате, 0С; ддэ —

расход деэмульгатора, т/т; Qж — расход жидкости (водо-нефтяной эмульсии) в АМ, т/месяц; К, (1 - 1,...,7) — коэффициенты.

В качестве интегральных показателей использовалась технологическая выручка (ТВ), затраты (З) и технологичес-

8 иж т |ч9 иап т |ч10 иап

где Ст — стоимость топлива; К8, К9, К10 — коэффициенты, определяемые по данным о расходах топлива и жидкости.

Затраты на электроэнергию, расходуемую на перекачку отсепарированной нефти и воды:

Qэл = СэЛК^в + К^),

где Сэл — стоимость электроэнергии; К11, К12 — коэффициенты, определяющие затраты электроэнергии на перекачку воды и товарной нефти соответственно.

Тогда суммарные затраты составляют:

З = Зпост + Здоб + Здэ + Зт + Зэл.

Расход товарной нефти из АМ может быть рассчитан по соотношению

100 - пж

Qн = Qm-—— (a - tап*ao-3),

н ж aoo - п„ ап

где пж — обводненность поступающей в АМ жидкости, %.

Здесь последний множитель учитывает потери нефти при нагреве. Исходя из кривой истинных температур кипения (ИТК) принято, что при увеличении температуры нефти на 100 оС потери нефти в виде летучих фракций составляют примерно 10%.

Выход воды из АМ может быть определен по формуле

QB = Qж*nж - Qн*nн.

Технологическая прибыль определяется как:

ТП = ТВ - З.

Результатом выполнения первых двух шагов алгоритма оптимизации является расчет коэффициентов Ki аппроксимаций обводненности и затрат. Полученные параметрические модели расчета ПК и ТЭП используются далее на третьем шаге для оптимизации процесса из условия максимума ТП (или ТВ)

\\ ТЕРРИТОРИЯ нефтегаз \\

№ 2 \\ февраль \ 2007

6ТП

"бТ"

62ТП

0, —--< 0,

' 62Y

(5)

где Y — вектор изменяемых технологических параметров, к которым относятся расход жидкости Qж, задание по температуре в АМ tаП.заД и др. Решение задачи (5), т. е. определение оптимального значения ТП (или ТВ), можно получить пошаговой оптимизацией в пространстве варьируемых параметров: температуры в АМ и норме деэмульгатора. Расход жидкости и ее обводненность относятся к возмущающим параметрам, так как определяются работой промыслов. Описанный выше алгоритм применен для оптимизации процесса подготовки нефти на одном из месторождений Западной Сибири.

Результаты машинных экспериментов по моделированию и оптимизации управления процессом позволили сделать ряд выводов:

1. Оптимальные режимы при выборе различных интегральных ТЭП не совпадают, а значения ТЭП для этих режимов могут различаться на значения до 10-15%.

2. Реализация оперативного управления по выбранным ТЭП должна проводиться в классе адаптивных систем, т. к. параметры моделей и оптимальные решения зависят от возмущений.

3. Построение и использование автоматических систем управления по оперативным (технологическим) ТЭП целесообразно, т. к. позволяют существенно улучшить значения ТЭП.

ЛИТЕРАТУРА

1. Справочник современных АСУТП // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. -1987. - №3. С.87-125.

2. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа: Учеб. пособие/С.А. Ахметов, М.Х. Ишмияров, А.П. Веревкин и др.; под ред. С.А. Ахметова. -М.: Химия, 2005. - 736 с.

3. Веревкин А.П., Ельцов И.Д., Зозуля Ю.И., Кирюшин О.В. Оперативное управление технологическими процессами подготовки нефти по технико-экономическим показателями/Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. № 3. 2006. - С. 48-53.

4. Веревкин И.А. Организационно-экономическое обеспечение разработки систем оперативного управления нефтеперерабатывающими производствами. Дисс.канд. эконом. наук. - Уфа: УГНТУ, 2000.

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ автоматизация \\ 15