Решение задачи оптимизации для атмосферного блока технологического комплекса первичной переработки нефти

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ДЛЯ АТМОСФЕРНОГО БЛОКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ Сафарова А.А. Email: Safarova672@scientifictext.ru

Сафарова Айгюн Агамирза - доцент, кандидат технических наук, кафедра управления и инженерии систем, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика

Аннотация: разработка научных основ АСУ, способной повысить экономическую эффективность режимов эксплуатации нефтеперерабатывающих установок атмосферного блока, считающихся одним из основных топливно-энергетического комплексов республики, является важной актуальной задачей народного хозяйства. Основной целью атмосферного блока нефтеперерабатывающей установки масляного профиля ЭЛОУ-АВТ-2 является производство максимального количества различных типов качественных нефтепродуктов при минимальных затратах. Учитывая это, в статье рассматривается задача оптимизации производства выходных продуктов атмосферного блока первичной переработки нефти масляного профиля. С этой целью, на начальном этапе исследуется атмосферный блок установки ЭЛОУ-АВТ-6 как объект управления. На основе системы детерминированных математических моделей, правильно отражающих реальные режимы функционирования основных аппаратов рассматриваемой установки, разработан алгоритм оптимального управления и градиентным методом решена поставленная задача.

Ключевые слова: установка первичной переработки нефти, задача оптимизации, нефтяные фракции, математические модели.

SOLUTION OF THE PROBLEM OF OPTIMIZATION OF THE ATMOSPHERIC BLOCK OF INSTALLATION OF PRIMARY OIL REFINING Safarova А.А.

Safarova Aigun Agamirza - PhD in Technics, Associate Professor, DEPARTMENT MANAGEMENT AND ENGINEERING OF SYSTEMS, AZERBAIJAN STATE OIL AND INDUSTRIAL UNIVERSITY, BAKU, REPUBLIC OF AZERBAIJAN

Abstract: development of an automated management system capable of improving the economic efficiency of the atmospheric block of installation of primary oil refining, one of the major technological processes of the fuel and energy complex, is a matter of sufficient public interest The main purpose of the atmospheric block of installation of primary oil refining is to generate a wide range of different types of oil products that provide standard quality indicators within the minimum production resources. Given all this, the article considered the solving problem of optimization of the atmospheric block of installation of primary oil refining. For this purpose, in the initial phase of the article ELOU-AVT-2 installation was explored as a control object. Optimized algorithms based on the mathematical models of the object, which can accurately reflect the real modes of the main apparatuses of the installation, have been solved by the gradient method. Keywords: oil processing plant, optimization problem, oil fractions, mathematical models.

УДК 681.513.2

Одним из наиболее актуальных вопросов современной экономической ситуации в нашей стране является необходимость принятия мер при производстве нефти и нефтепродуктов, производимых в нефтеперерабатывающей промышленности, с тем, чтобы их качественные показатели могли удовлетворить соответствующие потребности. Однако, из-за широкого диапазона и заранее неизвестного закона изменения как количественных, так и качественных показателей подаваемого на переработку сырья, одни лишь локальные системы автоматизации не могут решить проблемы нахождения с экономически точки

зрения эффективных режимов функционирования и регулирования технологических установок. Это, в свою очередь, приводит к увеличению расходов на переработку производимых нефтепродуктов на технологических установках и производству продукции, не отвечающей соответствующим требованиям [1].

В то же время следует отметить, что на предприятиях, работающих в нефтеперерабатывающей промышленности, независимо от существующего уровня систем автоматизации и управления технологическими установками, имеются ресурсы для повышения своих экономических показателей.

В связи с этим, является актуальным задача разработки алгоритмов оптимизации функционирования рассматриваемого в данной статье атмосферного блока технологического комплекса первичной переработки нефти масляного профиля (ЭЛОУ АВТ-2) с целью повышения качественных показателей нефтепродуктов и повышения их экономической эффективности за счет снижения энергетических затрат на переработку.

Для математической формализации задачи оптимизации функционирования атмосферного блока технологической установки, приведем ниже его технологическую схему в качестве объекта исследования (рис. 1).

Рис. 1. Простейшая принципиальная схема технологического процесса Здесь I блок характеризует трубчатую печь. и - выходная температура трубчатой печи,

XQ - расход сырой нефти.

II блок характеризует ректификационную колонну К-2. Этот блок характеризуется выходной векторной функцией

¥Д , У? , У? },

вектором управляющих воздействий

ТИ )ТТИ тТи

и вектором возмущающих воздействий

-II

ющих воздействий

и" = и,", и", и, и, ич ¡,

я = , я}

Здесь, У^1 - выход нестабильной бензиновой фракции [2]:

У" = А11 и1 и11, },

У2 - выход отбензиненной нефти:

У211=/211 и1 и11, д11},

V11

у - показывает расход мазута:

Т т11 Т 7-II Т тП Т тП Т 7-II

и , и 2 - соответственно температура верха и низа колонны К-2; и 3 , и 4 , и 5 -

й-И £!!

температуры потоков, подающихся соответственно в колонны K-3A, K-3B и К-3; д , д -

характеризует соответственно расход и удельный вес отбензиненной нефти, подающейся в колонну К-2.

Качественные же показатели всех нефтяных фракций, полученных в ректификационной колонне К-2, характеризуются нижеследующими функциями:

^ и ,и", д11 )< 0,

.1 (т т1 т тП г 11

g!eB (и1 ,и", Г )< 0,

U' ,и", Г' )< 0,

gQs (u' ,U" , f )< 0,

i = 1,5,

i = 15,

i = 1,5,

i = 1,5.

III блок - отпарные колонны, характеризующиеся вектором выхода:

У111 ={Г/, У1, У3Ш}

Здесь У^, У2 , У^11 - соответственно выходы керосина, дизельного топлива и

трансформаторного масла. Каждый из этих выходных параметров характеризуется качественными показателями:

gf (х/\и/\ Z? )< 0, г = 1,3,l = 1,2

-5 Я

Комплекс математических моделей, описывающий координаты состояний основных аппаратов рассматриваемой технологической установки и обеспечивающий его производственно-экономические показатели эффективности, включает в себя также и следующие ограничивающие условия:

a) по отношению к выходу целевых продуктов:

у; > л^

Здесь, Л^ - минимальный план для производства ; -го продукта в , -м аппарате. Ь) на производство нецелевых продуктов:

у; < с \ ; и

Здесь, Cj - допустимый верхний предел производства J -го продукта в 1 -м аппарате. с)

' J

на расход сырья, подаваемого на установку:

х0 . < Х0 < Х0

0min 0 0max

d) на область изменения управляющих параметров технологического

процесса в каждом аппарате:

{uqЬ g

Здесь, G - закрытая область, характеризующая соответственно регламенту области

изменения управляющих параметров.

В качестве экономически обоснованного глобального критерия для системы управления технологической установкой принимаем максимизацию прибыли, полученную от выхода целевых продуктов:

Ф = ]Г £Z)  Yj

i=1 J*B

Zj - цена реализации J -го выходного продукта из 1 -го аппарата.

Таким образом, цель оптимизации функционирования технологического комплекса первичной переработки нефти на основе математических моделей (1)^(15) заключается в нахождении таких значений управляющих параметров, которые в каждом суперблоке процесса, при любых значениях количественных и качественных показателей подаваемого на

установку сырья xj, удовлетворяют условиям (14) и обеспечивают максимальное значение критерия (15), характеризующего выход получаемых целевых продуктов на установке при соблюдении ограничивающих условий (6)^(13) [3].

Вышепредставленное математическое описание (1)^(15) является математической постановкой задачи оптимизации функционирования технологической установки первичной переработки нефти типа ЭЛОУ-АВТ-2 на основе детерминированных математических моделей.

Для решения поставленной задачи оптимизации используется один из известных градиентных методов - метод наискорейшего спуска (с учетом ограничивающих условий [4].

Результаты решения задачи представлены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, если в реальном случае выход бензина, керосина, дизельного топлива и трансформаторного масла соответственно 31.7 м3/час, 36.0 м3/час, 38.0 м3/час и 12 м3/час, то в результате оптимизации рассматриваемого процесса эти значения с помощью линейных моделей становятся соответственно 32.689 м3/час, 37.435 м3/час, 38.990 м3/час, 12.343 м3/час и с помощью нелинейных моделей - 32.737 м3/час, 37.327 м3/час, 38.850 м3/час, 12.219 м3/час.

В целом, при выпуске продукции в реальном случае 117,7 м3/час, после процесса оптимизации составил 121,46 м3/час (с линейными моделями) и 121,14 м3/час (с нелинейными моделями).

Другими словами, выпуск целевых продуктов увеличился на 3% при линейных моделях и на 2,9% при нелинейных моделях.

Линейные модели Нелинейные модели

Название параметра Реальное Оптим. Реальное Оптим.

значение значение знаение значение

Качество сырья 855.00 855.00 855.00 855.00

Расход сырья 217.00 217.00 217.00 217.00

Температура на выходе печи №101 349.20 346.74 349.20 349.13

3 Температура верха колонны К-2 108.10 114.77 108.10 108.1

н v Уровень в колонне ^2 60.10 56.68 60.10 59.56

S я я Температура низа колонны К-2 336.80 341.53 336.80 336.99

Давление в колонне ^2 0.50 0.50 0.50 0.50

Температура на выходе E-101 139.80 125.00 139.80 141.54

а = Температура на линии (19) керосина 187.90 189.98 187.90 188.54

о £ Температура на выходе E-104 184.00 184.99 184.00 185.00

Температура на линии (9) дизельного топлива 266.20 255.00 266.20 255.20

Температура на линии трансформаторного масла 309.00 307.74 309.00 309.91

Выход бензина 31.7 32.68 31.7 32.73

Выход керосина 36.00 37.43 36.00 37.32

Выход дизельного топлива 38.00 38.99 38.00 38.85

Выход трансформаторного масла 12.00 12.34 12.00 12.21

Удельный вес бензина 717.80 719.00 717.80 717.95

Удельный вес керосина 790.08 781.46 790.08 791.51

Удельный вес дизельного топлива 838.30 829.93 838.30 830.00

а. н v Т Удельный вес трансформаторного масла 872.30 876.31 872.30 873.34

я я е Температура начала кипения бензина 50.00 56.98 50.00 53.87

v 3 = и Температура начала кипения керосина 150.00 146.15 150.00 146.00

о а а Температура начала кипения дизельного топлива 230.00 217.23 230.00 222.5

Температура конца кипения бензина 146.00 154.96 146.00 150.49

Температура конца кипения керосина 235.00 242.24 235.00 239.47

Температура конца кипения дизельного топлива 328.00 326.28 328.00 326.28

Температура вспышки трансформаторного масла 156.00 150.65 156.00 145.46

Список литературы / References

1. Островский Г.М. Методы оптимизации химико-технологических процессов: Учебное пособие. / Г.М. Островский. М.: КДУ, 2009. 424 с.

2. Аттетков А.В. Методы оптимизации: Учебное пособие. ИЦ РИОР, НИЦ ИНФРА-М, 2013. 270 с.

3. Урубков А.Р. Методы и модели оптимизации управленческих решений: Учебное пособие / А.Р. Урубков, И.В. Федотов. М.: ИД Дело РАНХиГС, 2012. 240 с.

4. КорнеенкоВ.П. Методы оптимизации. / В.П. Корнеенко. М.: Высшая школа, 2007. 664 с.