Устройство для оптимального управления блоком ректификационных колонн

) 4 В 01 Р 3/42 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОПТИМАЛЬНОГОКТИФИ КАЦИОН НЫХ 3809195/23-263108.8415.11.86; Бюл, В 42филиал Научно-производственногинения "Леннефтехим"С,Г.Мазина, Т,Р,Сидоренко,ыбцов и О.Р.Семченкова66.012-52 (088.8)Авторское свидетельство СССР3867, кл. В 01 Р 3/42, 1981,торское свидетельство СССР058, кл. В 01 Р 3/42, 1980,21) 22) ИСТВО ДЛ БЛОКОМ(54) УСТРО ЯУПРАВЛЕНИЯ РЕКОЛОНН(57) Изобретение отству для управления бонных колонн, можетв нефтеперерабатываюческой промьппленносувеличить отбор и чипродуктов за счет поности работы устройсодержит контур регу тва. Устройство лирования расхо(56)У ОАвУ 89 осится к устройлоком ректификациыть использованощей и нефтехимии и позволяетстоту целевыхвьппения надеж126980да орошения датчик (Д) 4, регулятор (Р) 20, клапан (К) 31, с .коррекцией по температуре .на контрольных тарелках (Д 9, Р 23, связанный сР 20), контур регулирования уровня в рефлюксных емкостях изменением выхода дистиллята (Д 15, Р 18, К 29), контур регулирования уровня в кубах колонн изменением выхода кубового продукта (Д 16, Р 19, К 30), Устройство содержит также контур регулирования расхода теплоносителя в кубы колонн (Д 5, Р 21, К 32) и контур регулирования расхода сырья в головную 1колонну (Д 1, Р 17 К 28). Датчики3,4,5,6,7,8,9,10,11,12, 13 расходовсырья дистиллята, кубового продуктаорошения и теплоносителя, температурсырья, дистиллятов, кубовых продуктов, на "контрольных" тарелках колонн, давления верха колонн, анализаторы состава сырья, дистиллята икубового продукта и блок 24 памятисоединены со входами вычислительногоблока 25. Выходы последнего и выходыблока 27 предварения связаны со входами оптимизатора 26, выходы которого подключены к Р 17,21,22,23.2 ил.1Изобретение относится к устройствам для автоматического управленияблоком ректификационных колонн и может быть использовано в нефтеперерабатывающей нефтехимической и др.отраслях промышленности.Целью изобретения является увеличение отбора и чистоты целевых продуктов эа счет повышения надежностиустройства,Нв фиг,1 представлена схема устройства для оптимального управленияблоком ректификационных колонн, нафиг.2 - блок-схема оптимизатора.15Устройство для оптимального управления содержит датчики расходов сырья 1 в головную колонну, дистиллятов 2, кубовых продуктов 3, орошения4 и теплоносителя в кубы колонн 5,температур сырья 6, дистиллятов 7,кубовых продуктов 8, на "контрольных"тарелках 9, давления верха колонн1 О, анализаторы состава сырья 11,дистиллята 12, кубового продукта 13,блок колонн 14, датчики уровня в рефлюксных емкостях 15, в кубах колонн16, регуляторы расхода сырья 17, дистиллятов 18, кубовых продуктов 19,Орошения 20, теплоносителя 21 температуры сырья 22, на контрольных1 и 30тарелках 23, блок 24 памяти, вычислительный блок 25, оптимизатор 26,блок 27 предварения и клапаны на линиях подачи сырья 28, дистиллята 29,кубового продукта 30, орошения 31, 35теплоносителя в куб каждой колонны 232, теплоносителя в подогреватель сырья 33. Датчики 1-13 и блок 24 памяти соединены своими выходами с входами вычислительного блока 25, выходы которого и выходы блока 27 предварения соединены с входами оптимизатора 26, выходы которого соединены с входами регуляторов 17, 21 22 и 23, а регуляторы 17 и 21 соединены с клапанами 28 и 32 соответственно, выходы регуляторов 23 соединены с входами регуляторов 20, выходы которых соединены с клапанами 31, выход регулятора 22 соединен с выходом клапана 33 на линии подачи теплоносителя в подогреватель сырья. Блок 24 памяти соединен своими выходами с входом вычислительного блока 25 и оптимизатора 26. При этом оптимизатор содержит блоки 34-44 расчета состава потоков по текущей информации от анализаторов качества, расчета материальных балансов, рассчета текущих отборов дистиллятов по данным состава сырья, расчета температуры сырья в головной колонне, проверки гидравлической нагрузки в головной колонне, проверки степени адекватности математической модели, коррекции коэффициентов модели, расчета оптимальных управляющих воздействий, проверки величины отбора дистиллята, перевода управляющих воздействий в пневмоимпульсы, вывода управляющих воздействий на задания регуляторам.щ е Г . - рас головнуюоль/ч,од сырьянну, кг.од дистиллнне, кг. л й- ра ята в каж оль/ч,кол з 1269Устройство работает следующим образом.В вычислительнчй блок 25 поступает текущая информация с заданными времеными интервалами о расходе, температуре, составе сырья в головной колонне, расходах и температурах дистиллятов, кубовых продуктов, составах дистиллята и кубового продукта головной колонны, давления в каждой 1 О колонне с датчиков 1, 6, 11, 2, 7, 3, 8, 12, 13 и 10 соответственно, Затем в вычислительном блоке происходит усреднение текущей информации, рассчитываются материальные потоки, 15 производятся расчеты, связанные с переводом размерности снимаемой информации из размерности технологических приборов в размерность, используемую в модели. 20В блок 24 памяти вносятся данные о требуемой чистоте продуктов разделения каждой колонны (у, - чистотаР(дистиллята, хр, - чистота кубового продукта моль/моль), средние моле кулярные веса (М, ) и плотности (Яр) материальных потоков, заданные значения температур на "контрольных" тарелках (Т, С) для режима, когдар,:"ЗО=1где Р . - величина отбора дистиллятных компонентов;х - концентрация -го компонента в сырье 1-й колонк - номер самого тяжелого издистиллятных компонентов,Оптимизатор 26, используя информацию от вычислительного блока 25 о текущем составе сырья, дистиллята, кубового продукта головной колонны, рассчитывает состав указанных продуктов в блоке 34 по алгоритму обработки хроматограмм.45Блок 35 оптимизатора, используя преобразованную информацию от вычислительного блока 25 и блока 34 оптимизатора, производит расчет материальных балансов по каждой колонне и по общему контуру блока колонн:во 1И.,Блок 31 оптимизатора, используя данные вычислительного блока 25 о текущем значении температуры сырья, блока 24 памяти о заданной величине доли отгона в головной колонне и блока 34 оптимизатора о составе сырья, производит расчет температуры подогрева сырья. Подбор температуры производится иттерационным методом, Рассчитанные значения температуры подогрева сырья через блок 44 оптимизатора подаются в виде задания на регулятор 22.Блок 38 оптимизатора, используя информацию вычислительного блока 25 о давлении, температуре дистиллятного и кубового продуктов, орошения, блока 24 памяти о предельных значе-. ниях нагрузки колонны по парам и жидкости, блока 35 оптимизатора о величине материальных потоков, производит проверку гидравлической нагрузки. В том случае, если она превьппает предельное значение, блок 38 оптимизатора через блок 44 оптимизатора выдает задание регулятору 17 расхода сырья с той целью, чтобы блок колонн работал в оптимальных гидравлических условиях.В блоке 39 оптимизатора по данта вычислительного блока 25 о расходах орошения, теплоносителя и о текущем значении температуры на "контрольной" тарелке, блока 24 памяти о заданном допустимом значении степени адекватности и данным блоков 35 и 36 оптимизатора о составе потоков и их 4 - расход кубового продукта в каждой колоннекг. моль/ч; 1,2,3, и число колонн О, еслипоток является О, если 1 поток является ЮД,1 сырьем для последующей колонны, 1, в противном случае. Алгоритм сведения материального баланса заключается в отыскании минимальных поправок к экспериментальным значениям расходов с использова-. нием метода множителей Лагранжа.Блок 36 оптимизатора, используя информацию и текущем составе сырья, поступающую из блока 34 оптимизатора, рассчитывает текущие значения отборов дистиллятных компонентов:кР; -ле Т (ксч ) (2 ц.т где Р - число измерений температуры на "контрольнойтарелке, принято равным 24 с временным интервалом 6 ч,10 ксп.Тк.т. ,Т, - экспериментальное и расчетное значения температуры на1 контрольной 11 тарелке,"6- среднеквадратичная ошибка,Для этого в оптимизаторе накапливает)цспся информация о 24 значениях ТТ расходов орошения Е, теплок.т.носителя С, сырья Г) критическогоотбора дистиллята ФрасчФормула для расчета Т,вид:и представляет собой полином второгопорядка, состоящий из 16-ти слагаемых,В блоке 40 оптимизатора. производится корректировка коэффициентов моде"ли Тц = (Р) срь, ) Е) С ) длякаждой колонны на основании данных, З 0накапливаемых в блоке 39 оптимизатора. При этом определяется безуслов- .ный минимум функции для каждой математической модели; 20имеет и%Х)=Т,-т,"с" (Е) в(И,к=ггде Е - вектор коэффициентов мате"матической модели.В том случае, если степень аде 40 кватности математической модели не ниже заданной, то корректировка коэффициентов не производится, Рассчитанные значения коэффициентов заносятся в блок 24 памяти.45В блоке 41 оптимизатора производится оптимизация целевой функции каждого технологического канала с целью отыскания оптимальных управляющих воздействий, при этом математическая модель установки представляет собой совокупность математических моделей технологических каналов, которые определяются в соответствии со схемой выделения целевых процуктов промежуточные потоки между колонна" ми описываются режимными параметрами соответствующих колонн, Для опреде 1269величинах соответственно проверяетсястепень адекватности математическихмоделей для каждой колонны по форму 801 Ьления оптимальных управляющих воздействий С Т и Е каждого технологического канала оптимизатор 26 минимизирует функционал н Б= 1 с т 5 С Е- Т,(Р, С, Е,1,.)+ф" з.н1Чу убей ) ) хц,; и у- заданные значения примесей в кубовом продукте и дистилляте,каждои кОлОнны)- множители Лагранжа,С - расход паров в каждойколонне, кг,моль/ч,Е, - расход орошения,кгмоль/чР, - расход сырья в 1 колон"НУБлок 41 производит операции вычисления, используя данные блока 24 памяти и блоков 35, 36 и 40 оптимизатора, если производится корректировка коэффициентов модели, или данныеблоков 35, 36 и 39 оптимизатора, если корректировка не производилась.В результате расчета оптимальныхуправляющих воздействий по температуре на "контрольной" тарелке и расходу теплоносителя блок 44 оптимизатора выдает задание регуляторам расхода теплоносителя 21 и температуры на"контрольной" тарелке 23 для каждойколонны,После расчета управляющих воздействий в блоке 42 оптимизатора производят проверку величин отбора дистилляткъх компонентов в каждой колонне1-, - ф 1где Р - расход дистиллята,РВ том случае, если разность 1 --фр;), в работу включается блок 27 предварения, Блок предварения отрабатывает поправку расчетному значению температуры на контрольной тарелке с целью предотвращения расшз.п )где к; - весовые коэффициенты, Т,(Г )С)Е)Р) - функция, выражающая зависимость температурына контрольной тарелке1-й колонны от расходовтеплоносителя, орошенияи отбора дистиллятныхкомпонентов каждой колонию;7 1269пространения переходного процесса впоследующих колоннах. В этом случаеинформация от блока 27 поступает аблок 41 для пересчета оптимальныхуправляющих воздействий,Все рассчитанные управляющие воздействия от блоков 37 и 41 оптимизатора поступают в блок 43 оптимизатора, который переводит величиныуправляющих воздействий в величины 10пневмоимпульсов с учетом стыковкипрограмм оптимизатора, Затем черезблок 44 оптимизатора производится,вывод управляющих воздействий на регуляторы. 15 Формула из обретения Устройство для оптимального управления блоком ректификационных колонн, 2 О содержащее датчики температуры сырья на "контрольных" тарелках, дистиллятов, кубовых продуктов, давления верха колонн, датчики расходов сырья, дистиллятов, орошения, теплоносите ля в кубы колонн, кубовых продуктов, регуляторы расхода орошения, регуляторы температуры на "контрольных" тарелках, датчики уровня в рефпюксных емкостях и кубах колонн, выходы которых соединены с регуляторами уровня, вычислительный блок, входы которого соединены с указанными датчиками, блоком памяти и оптимизатором, а выходы - с входами оптимизатора, который содержит блоки расчета материальных балансов, расчета текущих отборов дистиллятов, проверки степени адекватности математической модели перевода управляющих воздей О ствий в пневмоимпульсы, расчета оптимальных управляющих воздействий, расчета температуры сырья в головной колонне, вывода управляющих воздействий на задания регуляторам, кла паны, о т л и ч а ю щ е е с я тем; что, с целью увеличения отбора и чистоты целевых продуктов за счет повьппения надежности устройства, оно дополнительно содержит регулятор расхода сырья в головную колонну и блок предварения, соединенные с оптимизатором, анализаторы состава сырья, дистиллята и кубового продукта, блоки расчета состава потоков, проверки гидравлической нагрузки 801 8головной колонны, коррекции коэффициентов математической модели, приэтом анализаторы соединены с входами вычислительного блока, блок расчета состава потоков соединен своимвходом с выходом вычислительного блока, а выходами - с вычислительнымблоком, блоками расчета материальныхбалансов, расчета текущих отборовдистиллятов, расчета температуры сырья головной колонны, вход блокарасчета материальных балансов. соединен с выходами вычислительного блока, а выходы - с входами блоков проверки степени адекватности математической модели, проверки гидравлической нагрузки в головной колонне,выход блока расчета текущих отборовдистиллятов соединен с входом блокапроверки степени адекватности математической модели, вход блока расчета температуры сырья соединен с вычислительным блоком и блоком памяти,блок проверки гидравлической нагрузки головной колонны соединен своимивходами с вычислительным блоком, блоком памяти, расчета материальныхбалансов, блок проверки степени адекватности математической модели соединен входами с вычислительным блоком и блоком памяти, а выходамис входами блока коррекции коэффициентов модели, соединененного своим входом и выходом с блоком памяти,блок расчета оптимальных управляющихвоздействий соединен входами с блоком предварения, блоком памяти, блоком коррекции коэффициентов модели,а выходом - с блоком проверки величины отбора дистиллята, выходы, которого соединены с входами блока предварения и блока перевода управляющих воздействий в пневмоимпульсы,соединенного входом с выходом блокапроверки гидравлической нагрузки,а выходом - с входом блока выводауправляющих воздействий, соединенно.го выходами с регуляторами расходасырья, температуры сырья головнойколонны и регуляторами температур"контрольных" тарелок и расходов теплоносителя всех колонн, а выходы регуляторов температуры на "контрольных" тарелках соединены с входамирегуляторов орошения".1269801 Составитель Т, Чулковедактор Л.Повхан Техред Н,Глущенко ктор С Че аказ 6062/3 Тираж 663 П ВНИИПИ осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набдписноер Де ор одул, Проект н роизводственно-полиграфическое предприятие, г