ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 681.5

IgorV. Zhukovl, Nikita G. Novozhilovl, Viktor G. Kharazov2

OPTIMIZATION OF THE PROCESS OF OBTAINING HYDROGEN FROM NATURAL GAS

1«KINEF» Ltd., Brovko pl., 1, Kirishi, Leningrad Oblast region, 187110, Russia. Zhukov_I_V@kinef.ru 2St Petersburg State Institute of Technology (Technical University), 26, Moskovsky Pr., St Petersburg, 190013, Russia. vikharazov@yandex.ru

The paper discusses a plant for the production of hydrogen from natural gas and ways to optimize the technological process. A schematic diagram of section 4100 of the installation for the production of hydrogen-containing gas (HCG) with hydrogen concentration of 99.9% is presented. The control tasks of the hydrogen production unit during deep oil refining using an advanced process control system (APCS) are defined. The results of simulation of the APCS controller functioning at external disturbance are presented. An algorithm for the automatic regulation of loading of section 4100 is proposed.

Key words: hydrogen production, improved technological process control system, system efficiency and control task.

001 10.36807/1998-9849-2021-56-82-89-95

Введение

Одной из современных тенденций развития нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) является строительство нефтеперерабатывающих комплексов, объединяющих в себе сразу несколько технологических установок. Так, на Киришском НПЗ введены в строй и эксплуатируются: комплекс глубокой переработки нефти (КГПН), комплекс высокооктановых бензинов (ЛК2Б), а в скором времени будет введен комплекс замедленного коксования (КЗК). Эффективность работы комплекса как объекта управления зависит от работы каждой установки в отдельности и от взаимодействия установок между собой.

Наиболее «узким местом» в процессе управления комплексом является переходной режим, когда требуется одновременное изменение режима работы сразу нескольких установок. Наибольшие потери приходятся именно на этот период работы комплекса и вызваны, как правило, несогласованными действиями оперативного персонала. Несогласованность действий является следствием того, что оперативный персонал в первую очередь обеспечивает безопасность и устойчивость технологического процесса своей установки, и только во вторую очередь занят обеспечением взаимодействия с другими установками. Особенно остро

Жуков И.В.1, Новожилов Н.Г.1, Харазов В.Г.2

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА

1ООО «КИНЕФ», пл. Бровко, 1, г. Кириши, Ленинградская обл., 187110, Россия Zhukov_I_V@kinef.ru

2Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Московский пр., 26, Санкт-Петербург, Россия .vikharazov@yandex.ru

В работе рассматривается установка производства водорода из природного газа и пути оптимизации технологического процесса. Приведена принципиальная схема секции 4100 установки для производства водородсодержащего газа (ВСГ) с концентрацией водорода 99,9%. Определены задачи управления установки производства водорода при глубокой переработке нефти с использованием системы усовершенствованного управления процессом (СУУТП). Представлены результаты имитационного моделирования работы контроллера СУУТП при возникновении внешних возмущений. Предложен алгоритм автоматического регулирования загрузки секции 4100.

Ключевые слова: производство водорода, система усовершенствованного управления технологическим процессом, эффективность системы и задачи управления.

Дата поступления - 23 ноября 2020 года

эта проблема проявляется в условиях, когда технологический процесс обладает большой скоростью, каковым является процесс на установке производства водорода (УПВ).

УПВ является важной составляющей КГПН. В свою очередь УПВ состоит из двух секций: секция 4100 и секция 4200. Секции различаются по способу получения водорода. Секция 4100 предназначена для получения водорода методом паровой конверсии из природного газа. Секция 4200 предназначена для получения водорода за счет очистки и концентрирования водородсодержащего газа (ВСГ) возвращаемого с установки гидрокрекинга (секция 2000) КГПН и установок основного НПЗ. Объединенный поток от обеих секций УПВ используется в качестве подпитки свежим водородом секции 2000.

Принципиальная схема секции 4100 установки производства водорода представлена на рис 1.

Природный газ, который является сырьем секции 4100, поступает в сепаратор и далее на прием центробежного компрессора. После компримирования сырье подогревается в конвекционных камерах печей Н-4101А/В и поступает на блок реакторов обессерива-ния. Обессеренный газ от блока реакторов поступает на смешение с перегретым водяным паром, затем про-

ходит дополнительный подогрев в конвекционных камерах. Полученная парогазовая смесь после подогрева поступает в катализатор парового риформинга, где происходит выделение водорода.

Рис. 1. Принципиальная схема секции 4100 установки производства водорода.

Потоки ВСГ с выхода печей Н-4101А/В объединяются и поступают в реактор СО-конверсии. После прохождения блока отпарки поток разделяется на два потока. ВСГ поступает в блоки коротко-цикловой адсорбции (КЦА), где отделяются примеси СО, СО2 и влага. Основное количество полученного на секции 4100 ВСГ с концентрацией водорода 99,9 % об. смешивается с очищенным водородом секции 4200. Частично ВСГ секции 4100 возвращается на вход секции для смешения с природным газом [2].

В нормальном режиме работы комплекса возникает необходимость в изменении количества вырабатываемого на секции 4100 водорода, что связано с изменением загрузки секции 2000 или изменением количества водорода, возвращаемого для очистки на секцию 4200. Регулирование количества вырабатываемого на секции 4100 водорода, производится путем изменения задания регуляторов расхода сырья, подаваемого в печи ^410^ и ^410^. При этом необходимо обеспечивать заданное качество вырабатываемого водорода, для чего требуется внесение своевременных корректировок в режимные параметры сразу нескольких технологических блоков секции. Ввиду особенностей выходного продукта установки, а также высоких температур и давления, при которых протекает технологический процесс, регулирование режимных параметров должно производиться плавно во избежание значительных отклонений и опасности возникновения аварийных ситуаций. Изменение загрузки секции 4100 в связи с изменением загрузки секции 2000 требует одновременных и слаженных действий персонала обеих секций. При этом для оператора УПВ приоритетным является обеспечение безопасности и надежности функционирования оборудования, что в результате приводит к перепроизводству водорода, избыточное количество которого сбрасывается в топливную сеть

завода и в факельную систему, тем самым снижается эффективность процесса.

Цель управления - разработка системы оптимального управления производства водорода на базе системы усовершенствованного управления технологическим процессом (СУУТП).

Реализовать оптимальное управление процессом, при котором одновременно будет достигаться безопасность, минимизация потерь и выполняться основная задача по производству водорода возможно за счет разработки и внедрения системы автоматического управления.

Идея такой системы управления УПВ заключается в автоматическом изменении загрузки секции 4100 в зависимости от расхода водорода, сбрасываемого в топливную сеть завода. При условии постоянства давления в линии питания компрессоров секции 2000, которое обеспечивается регулятором давления, любое изменение расхода водорода со стороны секции 2000 или секции 4200 будет приводить к изменению расхода, сбрасываемого в топливную сеть. Таким образом, реализация системы управления, обеспечивающей постоянство расхода сбрасываемого в топливную сеть завода водорода посредством изменения задания регуляторов обессеренного сырья в печи ри-форминга секции 4100, позволит автоматически менять загрузку УПВ в зависимости от изменения загрузки с.2000 или секции 4200. При этом появляется возможность минимизировать сброс водорода в топливную сеть в установившемся режиме работы установки.

Описание алгоритма автоматического управления загрузкой УПВ

Алгоритм работы предлагаемой системы состоит в следующем: при изменении расхода водорода на секцию 2000 или расхода водорода от секции 4200 регулятор давления 20PC013C на приеме компрессоров секции 2000, для поддержания значения давления, корректирует открытие клапана 20PY013C1, увеличивая или уменьшая расход водорода, сбрасываемого в топливную сеть, который контролируется расходомером 20FI330.PV. Возникающее при этом отклонение значения расхода 20FI330.PV от заданного используется системой для расчета и корректировки задания регуляторов обессеренного газа 41FC012.SP и 41FC112.SP в печи риформинга, тем самым уменьшая или увеличивая загрузку секции 4100.

Реализация предлагаемого алгоритма автоматического управления загрузкой УПВ за счет стандартных средств РСУ затруднительна и не позволяет одновременно реализовать решение задач автоматического регулирования загрузки и минимизации избыточного количества водорода. В связи с этим, для практической реализации предлагаемого алгоритма управления загрузкой УПВ наиболее перспективным является использование средств среды разработки систем усовершенствованного управления технологическим процессом (СУУТП). В условиях ООО «КИНЕФ» целесообразно использовать программный комплекс Profit Suite фирмы Honeywell, который полностью совместим с программным комплексом Experion PKS фирмы Honeywell существующей РСУ.

Достоинством реализации предлагаемого алгоритма управления загрузкой УПВ на базе СУУТП является возможность дополнения принципа диапазон-

ного регулирования элементами предиктивного управления, что достигается за счет использования расчётного значения контролируемой величины, помимо непосредственно измеренного значения. Это повышает быстродействие и надежность системы, т.к. еще до возникновения отклонений контролируемой величины система обладает расчетным значением этой величины в прогнозируемом будущем, которое используется для упреждающей корректировки. Для получения расчетного значения контролируемой величины используется математическая модель в виде матрицы, элементами

которой являются передаточные функции, определяющие зависимость контролируемой величины от переменных процесса непосредственно с ней связанных.

В 2019 году начались работы по внедрению системы усовершенствованного управления технологическим процессом (СУУТП), работающей с учетом потребления водорода гидрокрекингом секция 2000.

Фрагмент интерфейса контроллера СУУТП установки производства водорода представлен на рис. 2.

Рис. 2. Фрагмент интерфейса контроллера СУУТП установки производства водорода.

Контроллер установки производства водорода комплекса глубокой переработки нефти (C_S4100) использует информацию со следующих технологических узлов:

• печи Н-4101А/В;

• блоки КЦА К-4101А/В;

• система подачи свежего водорода к компрессорам С-2003 A,B,S.

Задачи управления СУУТП на Установке:

• поддержание основных показателей качества продуктов в заданных пределах;

• соблюдение технологических ограничений;

• снижение среднеквадратических отклонений ошибок регулирования технологических переменных.

Оптимизация системы управления предусматривает снижение энергозатрат на Установке благодаря оптимальной загрузке печей риформинга и минимизацию избыточного количества водорода, поступающего в топливную сеть завода и сбрасываемого на факел.

Имитационное моделирование работы контроллера

Проверка работоспособности контроллера по выполнению задачи регулирования загрузки УПВ и выполнению оптимизационной задачи проведена при помощи компьютерного симулятора, входящего в пакет программ Profit Design Studio.

Целью проведения имитационного моделирования является проверка способности разработанного контроллера выполнять поставленную задачу по регу-

лированию расхода сбрасываемого в топливную сеть водорода (CV4 - 20FI330.PV) и проведение анализа динамики изменения контролируемой величины при отработке контроллером внешних возмущений.

Внешними возмущениями являются изменение расхода водорода, подаваемого от секции 4200 (DV1 -42FI009.PV), и изменение расхода водорода, потребляемого секцией 2000 (DV2 - 20FI013_15.PV). Возмущение вносимые открытием клапана сброса водорода (DV3 - 20PY013C2) на факел не рассматривается. Каждый эксперимент состоит из трех этапов: этап I - установившийся режим работы до внесения возмущений, на этом этапе отсутствуют изменения возмущающих переменных, контролируемой переменной или управляющих переменных; этап II - переходной процесс, на этом этапе вносится возмущающее воздействие, для чего изменяется значение одной из возмущающих величин, значения управляющих переменных изменяется под действием алгоритма работы контроллера для компенсации отклонений контролируемой величины; этап III - установившийся режим работы после окончания действия возмущения, на этом этапе значение возмущающей величины постоянно, управляющая величина под действием контроллера меняет значение для установления заданного значения контролируемой величины.

В качестве исходных данных для проведения моделирования были взяты данные режима работы установки за 2019 год. Для приближения результатов моделирования к реальному процессу сигнал расхода 20FI330.PV дополнен случайными колебаниями амплитудой 100 кг/ч. В качестве оптимизационной задачи выбран критерий минимизации значений 20FI330.PV.

Для имитации возмущающих воздействий со стороны секции 4200 и секции 2000 проанализированы показания расходов 42Р1009.РУ и 20Р1013_15.РУ, с целью определения нормальной скорости изменения этих расходов.

На основе анализа исторических данных приняты следующие значения:

При проведении моделирования скорость изменения задания расхода регуляторов 41РС012.БР и 41РС112.БР принята равной максимальному значению, которое наблюдалось за 2019 год:

Ü41FC012.SP At

Ü41FC112.SP кг

- = 20-

At

Параметр скорость изменения управляющей переменной является настраиваемым в контроллере и может изменяться в процессе работы оператором с учетом ограничений технологического режима.

Оптимизация расхода при возмущениях от секции 4200

На рис. 3 и 4 представлены результаты работы контроллера, выполняющего задачу оптимизации расхода 20Р1330.РУ при возникновении возмущающего воздействия со стороны секции 4200.

В рассматриваемом случае значения пределов диапазона регулирования следующие: верхний У"^=350 кг/ч и нижний Уои=150 кг/ч. На этапе I контроллер работает в режиме оптимизации, поддерживая значение 20Р1330.РУ близким к нижнему пределу. Для чего постепенно уменьшает задания регуляторов сырья (кривая 2 -ИУ1-41РС012.БР).

10 30 60 100 140 180 240 280

Рис. 3. Отработка контроллером возмущения A42H009.PV = -1000 кг/ч в режиме оптимизации.

Рис. 4. Отработка контроллером возмущения A42FI009.PV = +1000 кг/ч в режиме оптимизации.

На этапе II контроллер, выполняя поставленную задачу при изменении расхода водорода от секции 4200, автоматически изменяет задание регуляторов 41FC012 и 41FC112, меняя тем самым загрузку секции 4100 пропорционально изменению производительности секции 4200. Изменение задания регуляторов секции 4100 начинается в момент достижения значения контролируемой переменной значений верхнего или нижнего пределов регулирования. Интенсивность изменения зависит от удаленности текущего значения контролируемой переменной от границы диапазона регулирования на момент начала переходного процесса. По окончании переходного процесса контроллер на этапе III возвращает контролируемую переменную в заданный диапазон, после чего приступает к решению оптимизационной задачи, результатом чего является равенство установившихся значений контролируемой величины на этапах I и III.

Необходимо отметить, что во время переходного процесса на этапе II контролируемая величина имеет устойчивое отклонение за границы установленных пределов. Существование данного отклонения объясняется различной динамикой изменения задания управляющих переменных и возмущающих переменных.

Численное значение отклонения зависит от разницы динамик возмущающей и управляющей переменных процесса. Таким образом, устанавливаемые пределы и скорость изменения управляющей переменной позволяют минимизировать отклонение значения контролируемой переменной, но не предотвратить возможность изменения значения контролируемой переменной сверх установленных границ.

Этот момент необходимо учитывать при выборе значений пределов диапазона регулирования контроллера. В процессе работы нельзя допустить прекращения отдува водорода в топливную сеть, т.к. наличие расхода водорода 20FI330.PV обеспечивает работоспособность контура регулирования давления на приеме компрессоров секции 2000.

Из данных, представленных на рис. 3, следует, что в условиях переходного процесса, вызванного изменением расхода 42FI009.PV, значение остаточного расхода водорода в топливную сеть завода составляет 50 кг/ч. Таким образом, в случае, если на этапе I установить значение нижнего предела равное 100 кг/ч, то может возникнуть ситуация, в которой значение 20FI330.PV достигнет значения 0 кг/ч.

Исходя из необходимости обеспечения работоспособности контура регулирования давления на приеме компрессоров секции 2000, при настройках

предлагаемого контура регулирования, необходимо принять значение 150 кг/ч, как минимально допустимого значения нижнего предела контролируемой переменной х,1™7.

Полученные результаты компьютерного моделирования позволяют сделать следующие выводы:

- работоспособность разработанного контура регулирования подтверждена, предлагаемый алгоритм автоматического регулирования загрузки секции 4100 может быть реализован на основе контроллера СУУТП

- автоматическое регулирование загрузки 4100 при изменении расхода водорода от секции 4200 или изменении расхода, потребляемого секцией 2000 достигается за счет поддержания значения расхода водорода 20Р1330^ в заданном диапазоне значений.

- минимально-допустимое значение нижнего предела диапазона регулирования расхода 20П330^ следует принять равным 150 кг/ч, исходя из необходимости обеспечения работоспособности

Ожидаемый экономический

эффект

Задачей оптимизации СУУТП на УПВ является минимизация расхода водорода, отдаваемого в топливную сеть и ограничение сброса водорода на факел при неизменной подаче водорода на секцию гидрокрекинга. Снижение количества избыточного водорода достигается, за счет уменьшения потребляемого природного газа, который является сырьем установки. Следовательно, показателем экономического эффекта будет являться снижение затрат на сырьё, потребляемого установкой.

Для оценки экономического эффекта из имеющихся в распоряжении исторических данных была составлена выборка показаний расхода 20Р1330^ за период с 28/11/2018 по 16/01/2020 год. В исходной выборке исключены временные участки, которые соответствуют периоду ремонта установки и периоду, когда данные не сохранялись на сервере. Также в выборке исключены недостоверные значения показаний расхода. Временной интервал, который соответствует полученной выборке составляет 365 дней, что позволяет считать эти данные характерными для нормального режима работы установки в течение годового цикла. Следовательно, полученные результаты могут рассматриваться в качестве годового эффекта.

Статистические методы оценки параметров

Для проведения оценки экономического эффекта работы СУУТП использованы статистические методы анализа параметров [5, 6]. В соответствии с этой методикой анализ данных производится при помощи представления множества значений выборки в виде кривой плотности вероятности и кривой вероятности нормального распределения Гаусса.

Графики плотности нормального распределения вероятностей и нормального распределения вероятности описываются следующими функциями:

_ (х-х) :

е 2 s3 dx

1) 2)

где, f(x) - функция плотности вероятности; Р(х) -функция вероятности, х - среднее значение данных выборки; s - стандартное отклонение данных от среднего значения п - число Пи, е - число Эйлера.

Для расчета среднего значения и стандартного отклонения, данных выборки используются следующие уравнения:

х =

£¡ = 1 Xi

3)

s =

п-1 4)

где, хе - значение элемента выборки, /' - номер элемента, п - размерность выборки.

На рис. 5 и 6 кривая 1 соответствует плотности вероятности и кривой вероятности значений расхода 20Р!330^ исходной выборки.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Значение расхода 20Р1330.РУ, кг/ч Рис. 5 Кривая плотности вероятности нормального распределения значений расхода водорода 20FI330.PV: 1 - кривая исходной выборки, 2 - кривая при оптимизации режима работы.

Значение расхода 20F1330.F Рис. 6. Кривая вероятности нормального распределения значений расхода водорода в топливную сеть 1 - кривая исходной выборки, 2 - кривая при оптимизации режима работы.

Кривая плотности нормального распределения вероятности рассчитанная по уравнению (1). Экстремуму данной кривой соответствует среднее значение выборки х, которое рассчитывается по уравнению (3) и составляет 563 кг/ч. Этому же значению на кривой нормального распределения вероятности, представленной на рис. 6 соответствует точка Р(х) = O.S. На рис. 5 отмечены границы диапазона х - s и х + s наиболее вероятных значений, которые принимает расход в рассматриваемый период. Значение стандартного отклонения и рассчитано по уравнению (4) и составляет 101,5 кг/ч.

Значение, при котором начинается сброс водорода на факел составляет 690 кг/ч, на рис. 6 это значение обозначается как хпр. Анализ кривой на рис.

6 позволяет заключить, что значение хпр незначительно удалено от границы стандартного отклонения зна- дела значение х

Тогда задав в качестве задания нижнего пре-

low _ low _

_ у"

те-

чений 20FI330.PV. Значение Axnp может быть найдено

как:

(5)

Таким образом, незначительное увеличение расхода водорода в топливную сеть будет сопровождаться дополнительно сбросом водорода на факел.

Используя кривую на рис. 6 определим вероятность возникновения расхода, при котором будет происходить сброс водорода на факел Рб6\

Рсб =1-Р(Хпр)=1-0,87=0,13 6)

Результат расчета уравнения (6) показывает, что в текущем режиме работы установки существует вероятность в 13 %, того что значение расхода водорода превысит предельное значение, при котором произойдет сброс водорода в факельную систему. Для того чтобы минимизировать вероятность сброса водорода в факельную систему необходимо сдвинуть кривые 1 на рис. 5 и 6 влево, т.е. уменьшить среднее значение контролируемого параметра. Таким образом, оптимизационная задача по снижению вероятности сброса водорода в факельную систему взаимосвязана с задачей минимизации сбрасываемого водорода в топливную сеть завода.

Для оценки экономического эффекта статистические параметры исходной выборки пересчитыва-ются в предположении, что контроллер в рассматриваемый период выполнял поставленную задачу. Влияние установленных пределов регулирования учитывается путем обработки исходной выборки за счет исключения из нее данных, которые не удовлетворяют наложенным ограничениям.

Так как контроллер осуществляет регулирование контролируемой переменной в заданном диапазоне значений, необходимо определить значения верхнего и нижнего пределов ; xi™1]. Для

устойчивой работы контроллера и контура регулирования давления верхний и нижний пределы диапазона регулирования должны охватывать 95 % процентов значений.

Для выполнения этого условия требуется выполнение следующего равенства:

' Xitm ] = ^S^cTi X — 2®^] 7)

Из анализа значений расхода 20FI330.PV в установившемся режиме работы, следует, что стандартное отклонение контролируемой переменной составляет syi:T = 48,3 кг/ч. Подставляя значение s^ в равенство (7) получим:

[Xgm; Xowm] = [Xm+96.6; Xn-96.6] 8)

Максимальный эффект по снижению расхода водорода может быть достигнут за счет работы контроллера СУУТП в режиме оптимизации. В этом режиме контроллер будет стремиться поддерживать значение расхода 20FI330.PV близким к нижнему пределу. Наибольшее снижение среднего значения расхода 20FI330.PV будет достигаться в таком режиме, если установить нижний предел минимально возможным с учетом сохранения работоспособности контура регулирования давления.

Как было показано в предыдущем разделе, работоспособность контура регулирования давления может сохраняться в условиях переходных режимов при значении нижнего предела не меньше = 150 кг/ч.

Y = V ''-

min lim hi ah у Y

lim mm

= 150 кг/ч, и используя pa-венство (8), можно рассчитать новое среднее значение и значение верхнего предела диапазона регулирования:

+ 96.6 = 150 + 96.6 = 246.6 (9) + 96.6 = 246.6 + 96.6 = 343.2 (10) Для новой выборки данных, обработанной с учетом ограничения диапазона значений, получена кривая плотности вероятности (кривая 2), которая представлена на рис. 5. Новое значение стандартного отклонения sonJ, при условии отработки контроллером заданных пределов регулирования составит 68 кг/ч, что на 30 % процентов меньше СКО исходной выборки.

Среднее значение расхода 20FI330.PV при этом уменьшилось на величину:

Ax=x-xm/>,=563-246.6 = 316.4 кг/ч. 11)

Таким образом, если предположить, что в рассматриваемом историческом периоде в структуре системы управления был реализован предлагаемый контроллер СУУТП, который в режиме оптимизации ограничивал расход водорода, сбрасываемого в топливную сеть завода, в пределах от 150 до 343.2 кг/ч, то среднее значение этого расхода составляло бы 246.6 кг/ч.

Из анализа кривых на рис. 5 и 6 следует, что кривая 2 удалена от значения xрр настолько далеко, что позволяет считать вероятность сброса водорода на факел отсутствующей. На рис. 7 для сравнения представлены исторические данные расхода 20FI330.PV и данные прогнозируемого расхода 20FI330.PV.

I .... I

' 16:52:14Ыоу18 16:52:Шап20

Рис. 7. Показания расхода водорода в топливную сеть с исторического сервера (кривая 1) и показания этого расхода при оптимизации (кривая 2).

Так как регулирование расхода водорода, сбрасываемого в топливную сеть завода, осуществляется за счет изменения задания регуляторов расхода сырья в печи риформинга, то для снижения расхода 20П330.РУ на 316,4 кг/ч средний расход сырья в печи риформинга за рассматриваемый период должен быть уменьшен на величину:

-= 772 кг/ч

12)

где, кс - коэффициент пропорциональности, равный числителю передаточной функции СУ1/МУ1 (данный параметр был определен аналитически при построении матричной передаточной функции контролируемой переменной).

Общее снижение расхода сырья, поступающего в печь риформинга, исходя из (12) в течение года

может составить:

кг

А(}от; = 111 — • 24 часов • 365 дней = 6762 т.

- количество сырья, потребляемого установкой,

т.

Или в денежном эквиваленте: AS0lrr = AQonr • Sc = 6762 т.- 7000 = 47 334 ООО руб где Sc - стоимость природного газа, руб/т.

Данный экономический эффект является ожидаемым. Так как для его выполнения требуется полное совпадение режима работы установки с тем режимом работы, которому соответствуют значения 20FI330.PV использованные для проведения оценки. Точное значение может быть получено только после внедрения предлагаемого контроллера на установку и проведения опытных испытаний.

Выводы

1. Рассмотрен способ получения водорода из природного газа методом паровой конверсии, очистке и концентрировании ВСГ, возвращаемого с установок гидрокрекинга и установок основного ВСГ НПЗ.

2. Автоматизация системы управления установкой получения водорода СУУТП включает минимизацию расхода водорода, сбрасываемого в топливную сеть завода.

3. Разработан алгоритм управления расходом водорода за счет применения программного комплекса СУУТП компании Honeywell - Profit Suite.

4. Определены задачи управления СУУТП установки, предусматривающие снижение энергозатрат,- благодаря оптимизации по загрузки печей ри-форминга и минимизации количества водорода, как сбрасываемого на факел, так и в топливную сеть завода.

5. Методом имитационного моделирования определена взаимосвязь переменных с использованием компьютерного симулятора, входящего в пакет Profit Design Studio.

6. Выполнен расчет ожидаемого экономического эффекта за счет снижения расхода сырья и избыточного водорода, поступающего в топливную сеть завода, что составит ориентировочно 47 млн. р/год без учета уменьшения расхода топливного газа, подаваемого в печь риформинга.

Литература

1. Письмен м.к.производство водорода в нефтеперерабатывающей промышленности. м.: химия, 1976. 208 с.

2. Ермоленко А.Д., Кашин О.Н., Лисицын Н.В., Макаров А. С., Фомин А. С., Харазов В.Г. Автоматизация

процессов нефтепереработки, уч.пособ. / под. общ. ред. д-ра техн. наук В.Г. Харазова. СПб.: Профессия, 2015. 304 с.

3. Жуков И.В., Харазов В.Г. (Пути повышения эффективности усовершенствованных систем управления (APC-систем) // Автоматизация и IT в нефтегазовой области. 2019. № 1(35). С. 11-13.

4. Жуков И.В., Харазов В.Г. Задачи и структура АРС-систем в процессах нефтепереработки // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-29: сб. трудов XXIX Международной научной конференции: Т. 2. Саратов: Саратов. гос. техн. ун-т, 2016. С.113-116.

5. Kraemer K, Kossack S., MarquardtW. Efficient optimization-based design of distillation processes for homogenous azeotropic mixtures // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2009. Vol. 48(14). P. 6749-6764.

6. Martin G.D., Turpin L.E, Cine, R.P. Estimating control function benefits, Hydrocarbon Processing. June. 1991. P. 68-73.

References

1. Pis'men M.K. Proizvodstvo vodoroda v neftepererabatyvayushchej promyshlennosti. M.: Himiya, 1976. 208 s.

2. Ermolenko A.D., Kashin O.N, Lisicyn N.V., Makarov A.S., Fomin A.S., Harazov V.G. Avtomatizaciya processov neftepererabotki, uch.posob. / pod. obshch. red. d-ra tekhn. nauk V.G. Harazova. SPb.: Professiya, 2015. 304 s.

3. Zhukov I.V., Harazov V.G. Puti povysheniya effektivnosti usovershenstvovannyh sistem upravleniya (APC-sistem) // Avtomatizaciya i IT v neftegazovoj oblasti. 2019. № 1(35). S. 11-13.

4. ZhukovI.V., Harazov V.G. Zadachi i struktura ARS-sistem v processah neftepererabotki // Matematich-eskie metody v tekhnike i tekhnologiyah - MMTT-29: sb. trudov XXIX Mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii: T. 2. Saratov: Saratov. gos. tekhn. un-t, 2016. S.113-116.

5. KraemerK, KossackS, MarquardtW. Efficient optimization-based design of distillation processes for homogenous azeotropic mixtures // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2009. Vol. 48(14). P. 6749-6764.

6. Martin G.D., Turpin L.E, Cine, R.P. Estimating control function benefits, Hydrocarbon Processing. June. 1991. P. 68-73.

Сведения об авторах

Жуков Игорь Викторович, канд. техн. наук, руководитель группы отдела АСУП; Igor V. Zhukov, Ph. D. (Eng.), Team leader. Zhukov_i_v@kinef.ru

Новожилов Никита Геннадьевич, канд. техн. наук, инженер-электроник отдела АСУТП; Nikita G. Novozhilov, Ph. D. (Eng), electronic engineer. Novozhilov_N_G@kinef.ru

Харазов Виктор Григорьевич, д-р техн. наук, профессор каф. автоматизации процессов химической промышленности,, Viktor G. Kharazov, Dr Sci. (Eng..), professor Department of Processes Automation in Chemical Industry, vikharazov@yandex.ru