УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА ТРУБКИ, А ТАКЖЕ ИЗМЕРЕНИЕ И КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА В УСТАНОВКЕ РИФОРМИНГА ИЛИ ДЛЯ НЕЕ
DEVICE FOR MONITORING OF THE TUBE, AS WELL AS MEASUREMENT AND CONTROL OF PRODUCTION PROCESS IN INSTALLATION OF REFORMING OR FOR IT THEREFORE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству мониторинга трубки в установке риформинга или для нее, например, помимо прочего, в установке парового риформинга, которая может быть использована в производстве метанола.
В частности, настоящее изобретение относится к устройству мониторинга трубки для мониторинга перегрева, и/или защиты, и/или прогноза эксплуатационного ресурса трубки в установке риформинга или для нее, например, помимо прочего, в установке парового риформинга, которая может быть использована в производстве метанола.
Уровень техники
В процессе производства метанола используется цикл установки риформинга. В цикле установки риформинга смесь природного газа и воды двигается по нагретым трубкам. При этом каждая трубка содержит катализатор оксида никеля (NiO). Это позволяет проводить эндотермическую реакцию риформинга.
Данный процесс известен также как паровой риформинг (SR), иногда называемый паровым риформингом метана (SMR).
2
2
2
Для нагрева трубок (трубок установки риформинга), в которых происходит каталитическая реакция, используется внешний источник нагретого газа. Данная реакция превращает пар и более легкие углеводороды, например метан, в водород и оксиды углерода (синтез газ). Типичный продукт данного процесса содержит смесь Н+СО+СО (+НO).
Трубки установки риформинга представляют собой полые трубки, обычно подвешенные вертикально в группе рядов внутри реактора (обвязка печи). При этом печь может быть высотой 15 м и площадью 25 м, например, вмещая около 700 трубок, каждая высотой примерно 12-14 м. Трубки установки риформинга подвешивают в печи, как правило, на пружинах (или на противовесах) подвесок, расположенных над данными трубками.
Температуры технологического процесса подвергают трубки воздействию температур в диапазоне от 900 до 950°С. Приблизительная оптимальная температура для эффективного протекания процесса составляет 930°С. Температура ниже указанного значения приводит к значительному количеству непревращенного метана (проскок метана), что может влиять на эффективность функционирования производственного объекта. И наоборот, температуры, превышающие 930°С, приводят к повышенной ползучести и к сниженной продолжительности эксплуатации трубки. При возрастании от 930°C до 950°C происходит снижение продолжительности эксплуатации трубки примерно наполовину.
Продолжительность эксплуатации трубки определяется медленным расширением данной трубки при высоких температурах (ползучестью). Трубки претерпевают ползучесть как в осевом направлении, так и в диаметральном. Именно диаметральная ползучесть оказывает основное влияние на продолжительность эксплуатации трубок. Эксплуатация слишком нагретой установки риформинга сокращает эксплуатационный ресурс трубок, а возникающие как следствие преждевременные и неожиданные поломки могут быть дорогостоящими. При этом утечка в одной трубке может нанести ущерб окружающим трубкам. В настоящее время стоимость каждой трубки может составлять примерно 20000 долларов США. Кроме этого, замена вышедших из строя трубок требует полного останова производственного объекта, что потенциально может стоить миллионы долларов потерянной продукции.
Обычный способ предотвращения перегревов при SMR состоит в измерении энергии на входе в печь и энергии на выходе из печи для гарантированного исключения возможности чрезмерных температур трубки. Как правило, полный температурный контроль в печи достигается регулированием давления топливного газа всех горелок. Температуры отдельной трубки контролируются клапанами-регуляторами расхода топливного газа на каждой горелке (путем регулировки). Соответственно, регулировка одной горелки может понизить температуру в соседних трубках, но затем это может привести к максимальному значению температуры в любом другом месте в печи.
Данный общий подход не всегда защищает отдельные или небольшие группы трубок, которые могут быть перегреты вследствие ошибки оператора или отказа оборудования. Таким образом, данный способ защиты от перегрева не является полностью эффективным и могут происходить, и иногда происходят, прогары установки риформинга. Существуют многочисленные отчеты об отказах при использовании указанного способа.
Измерение температуры отдельных трубок выполняют, как правило, через смотровые окна через стенку печи. Данные смотровые окна открываются или выполнены с возможностью открытия для обеспечения доступа инфракрасного прибора для определения и измерения температуры трубок. Однако открытие смотровых окон (без остекления) позволяет холодному воздуху поступать в печь и/или теплому воздуху выходить из печи и может вызывать температурное изменение в трубках возле данных смотровых окон. Кроме этого, точность подобных измерений является низкой, а приборы могут считывать колебания температуры до ±20°C. Более того, подобный ручной подход к измерению температуры является очень затратным по времени (например, чтобы обойти установку риформинга, выполняя измерения температуры, оператору может потребоваться от 40 минут до одного часа). В результате частота измерения является очень низкой и может составлять только несколько раз за период в 24 часа.
Кроме этого, смотровые окна не позволяют достичь видимости всех трубок, поскольку некоторые трубки скрыты толщиной огнеупорной футеровки печи. Как следствие, некоторые трубки (в частности, трубки, расположенные по периметру) могут не мониторироваться достоверно или могут не мониторироваться вообще. Было также обнаружено, что данный тип измерения температуры потенциально может достаточно значительно варьироваться между различными операторами, что дополнительно влияет на точность и надежность данных о температуре.
При детектировании инфракрасным прибором неблагоприятных температур трубки необходимо скорректировать температуру трубки. Температурный контроль всей печи достигается давлением топливного газа всех горелок. Температура отдельных трубок может быть проконтролирована (отрегулирована) специальными клапанами-регуляторами расхода газа для соответствующих соседних горелок. Специалист, обнаруживший, с использованием инфракрасного прибора, высокую температуру одной трубки, может, например, прикрыть специальный клапан-регулятор на соседней горелке для снижения температуры трубки. Данный процесс может быть многократным и выполняться на всех трубках в печи. Указанный характер процесса может быть частично обусловлен тем, что корректировка изменения температуры одной трубки может оказывать отрицательное воздействие на температуру другой трубки в печи.
Управление производственными процессами предпочтительно контролирует горелки с целью поддержания относительно ровной температуры по всей установке риформинга путем регулировки. Корректно отрегулированная установка риформинга в результате, как правило, обеспечивает наибольшую эффективность процесса риформинга.
На продолжительность эксплуатации трубки влияет ползучесть. Продолжительность эксплуатации трубки составляет, как правило, примерно 11 лет. В настоящее время ползучесть измеряется каждый раз при останове производственного объекта. Это может происходить примерно каждые четыре года. После останова производственного объекта устройство, например устройство, раскрытое в патентном документе US 2005/0237519, может измерить внутренний диаметр каждой трубки по длине данной трубки. Эти данные могут быть сравнены с данными, полученными, когда трубка была новой. Когда степень измеренной ползучести превышает определенный заранее установленный предел, то может быть принято решение о списании трубки и замене данной трубки на новую исходя из статистической информации, согласно которой есть вероятность, что старая трубка выйдет из строя в следующем четырехгодовом цикле.
Однако указанные данные становятся доступными, только когда производственный объект остановлен, причем в этот момент после останова слишком поздно заказывать новые трубки, если есть недостаток в запасных трубках. Данные о температуре, полученные из измерений роста отдельной трубки, могут быть использованы для расчета израсходованного эксплуатационного ресурса трубки и, таким образом, позволяют хранить достаточное количество трубок для запланированного останова производственного объекта.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить улучшенный способ мониторинга температуры трубки установки риформинга в режиме реального времени.
Задача настоящего изобретения состоит также в том, чтобы предложить устройство мониторинга для обеспечения индикации распределения температуры установки риформинга в режиме реального времени.
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить мониторинг перегрева/защиту от перегрева температуры трубки установки риформинга или трубок внутри печи установки риформинга в режиме реального времени.
Задача настоящего изобретения состоит также в том, чтобы предложить устройство мониторинга роста трубки, и/или измерение производственного процесса, и/или контроль в установке риформинга или для нее, и/или в том, чтобы предложить для потребителей полезный выбор.
Согласно первому аспекту изобретение, в общем смысле, относится к способу мониторинга температуры трубки установки риформинга в реакторе установки риформинга, содержащему этапы, на которых:
измеряют длину указанной трубки,
рассчитывают указанную температуру, используя указанную измеренную длину.
Согласно дополнительному аспекту этап измерения длины указанной трубки содержит этап, на котором измеряют смещение подвески, поддерживающей указанную трубку.
Согласно дополнительному аспекту указанная подвеска поддерживает группу трубок.
Согласно дополнительному аспекту указанный этап измерения длины реализуют в течение определенного периода времени и рассчитывают изменение длины в течение определенного периода времени.
Согласно дополнительному аспекту указанный этап измерения длины реализуют в течение определенного периода времени и рассчитывают изменение температуры в течение определенного периода времени из указанного изменения длины в течение определенного периода времени.
Согласно дополнительному аспекту изобретение, в общем смысле, относится к способу мониторинга распределения температуры в реакторе установки риформинга, содержащем группу распределенных трубок, содержащему этапы, на которых:
для измерения по меньшей мере нескольких из указанных трубок используют способ по любому одному или более пунктам из предыдущих параграфов.
Согласно дополнительному аспекту в указанной установке риформинга осуществляют мониторинг большинства из указанных трубок.
Согласно дополнительному аспекту измерение длины указанной трубки выполняют автономно датчиком смещения.
Согласно дополнительному аспекту указанный датчик смещения по беспроводной связи передает данные измерений в приемник.
Согласно дополнительному аспекту указанную измеренную длину и/или указанную рассчитанную температуру отображают так, чтобы отражать месторасположение трубок в реакторе.
Согласно дополнительному аспекту указанное отображение представляет собой карту изотерм.
Согласно дополнительному аспекту указанное отображение отображают на мобильном устройстве.
Согласно дополнительному аспекту указанное отображение используют для регулировки одной или нескольких горелок в указанном реакторе установки риформинга.
Согласно дополнительному аспекту указанные измерения длины и указанные рассчитанные температуры сохраняют.
Согласно дополнительному аспекту указанную измеренную длину и/или указанную рассчитанную температуру используют для регулировки одной или нескольких горелок в указанном реакторе установки риформинга.
Согласно дополнительному аспекту в данном способе предусмотрено срабатывание первой сигнализации, если указанная измеренная длина или указанная рассчитанная температура превышает первое заданное пороговое значение.
Согласно дополнительному аспекту в данном способе предусмотрено срабатывание второй сигнализации, если:
указанная измеренная длина или указанная рассчитанная температура заданного количества трубок превышает второе заданное пороговое значение.
Согласно дополнительному аспекту одну или несколько горелок в указанном реакторе регулируют в ответ на указанную сигнализацию.
Согласно дополнительному аспекту поток топливного газа в указанном реакторе установки риформинга уменьшают в ответ на указанную вторую сигнализацию.
Согласно дополнительному аспекту в течение определенного периода времени указанное первое заданное пороговое значение корректируют для компенсации ожидаемой ползучести указанной трубки.
Согласно дополнительному аспекту в течение определенного периода времени указанное второе заданное пороговое значение корректируют для компенсации ожидаемой ползучести указанной трубки.
Согласно дополнительному аспекту указанный способ дополнительно содержит этап, на котором периодически рассчитывают индикацию израсходованного за указанный период эксплуатационного ресурса трубки, используя указанную измеренную длину или указанные рассчитанные данные о температуре.
Согласно дополнительному аспекту указанный способ содержит этап, на котором рассчитывают суммарный израсходованный эксплуатационный ресурс исходя из указанного периодического расчета израсходованного эксплуатационного ресурса трубки.
Согласно дополнительному аспекту указанный способ содержит этап, на котором прогнозируют наработку до отказа, основываясь на указанном суммарном израсходованном эксплуатационном ресурсе.
Согласно дополнительному аспекту указанную спрогнозированную наработку до отказа используют для планирования планового останова указанного реактора установки риформинга.
Согласно дополнительному аспекту указанную спрогнозированную наработку до отказа используют для планирования замены указанной трубки до останова установки риформинга.
Согласно дополнительному аспекту указанные данные об измеренной длине и/или указанные данные о рассчитанной температуре принимаются контроллером, и указанный контроллер автономно вызывает регулировку клапана подачи топливного газа к горелке в соответствии с заданным алгоритмом.
Согласно дополнительному аспекту указанные данные об измеренной длине и/или указанные данные о рассчитанной температуре принимаются контроллером, и указанный контроллер автономно вызывает изменение потока топливного газа в указанный реактор в соответствии с заданным алгоритмом.
Согласно дополнительному аспекту указанное изменение потока топливного газа в указанный реактор представляет собой уменьшение.
Согласно дополнительному аспекту изобретение относится к реактору с использованием способа по любому из предыдущих пунктов.
Согласно дополнительному аспекту изобретение относится к способу, по существу соответствующему описанию, представленному в данном документе со ссылкой на один или несколько прилагаемых чертежей.
Согласно дополнительному аспекту изобретение относится к реактору, по существу соответствующему описанию, представленному в данном документе со ссылкой на один или несколько прилагаемых чертежей.
Соответственно, в дополнительном аспекте настоящим изобретением может считаться, в общем смысле, способ мониторинга и/или определения температуры трубки установки риформинга в реакторе установки риформинга, причем данный способ содержит этап, на котором измеряют изменение длины данной трубки.
Настоящим изобретением может также считаться, в общем смысле, способ мониторинга распределения температуры в реакторе установки риформинга, содержащем группу распределенных трубок, причем данный способ содержит этап, на котором измеряют изменение длины по меньшей мере нескольких из данных трубок.
Настоящим изобретением может также считаться, в общем смысле, способ мониторинга и/или определения изменения температуры трубки установки риформинга в реакторе установки риформинга, причем данный способ содержит этап, на котором измеряют изменение длины данной трубки.
Настоящим изобретением может также считаться, в общем смысле, способ мониторинга и/или определения изменения температуры трубки установки риформинга в реакторе установки риформинга, причем данный способ содержит этап, на котором измеряют термические расширения/сжатие длины данной трубки.
Настоящим изобретением может также считаться, в общем смысле, мониторинг и/или определение изменения длины трубки установки риформинга в реакторе установки риформинга как корреляция изменения температуры или изменений данной трубки.
Настоящим изобретением может также считаться, в общем смысле, мониторинг и/или определение распределения температуры в реакторе установки риформинга, имеющем группу распределенных трубок установки риформинга, путем измерения термического расширения/сжатия группы указанных трубок реактора риформинга.
Данное измерение выполняют предпочтительно посредством датчика.
Настоящим изобретением может также считаться, в общем смысле, устройство мониторинга для мониторинга и/или определения температуры трубки установки риформинга в реакторе установки риформинга, причем данное устройство мониторинга содержит датчик, выполненный с возможностью измерения изменения длины данной трубки.
Настоящим изобретением может также считаться, в общем смысле, устройство мониторинга для мониторинга и/или определения распределения температуры в реакторе установки риформинга, имеющем группу распределенных трубок установки риформинга, причем указанное устройство мониторинга содержит по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью измерения изменения длины группы данных трубок в данном реакторе.
Предпочтительно предусмотрен датчик для каждой трубки, подлежащей измерению.
Настоящим изобретением может также считаться, в общем смысле, устройство мониторинга для мониторинга перегрева трубки установки риформинга в реакторе установки риформинга путем измерения зависимого от температуры изменения длины указанной трубки установки риформинга.
Настоящим изобретением может также считаться, в общем смысле, устройство мониторинга для мониторинга перегрева трубки установки риформинга в реакторе установки риформинга путем измерения зависимого от температуры изменения длины указанной трубки установки риформинга, причем указанное устройство мониторинга содержит датчик, выполненный с возможностью измерения изменения длины трубки.
Настоящим изобретением может также считаться, в общем смысле, устройство мониторинга для мониторинга и/или измерения изменения температуры трубки установки риформинга в реакторе риформинга, причем данное устройство мониторинга содержит датчик, выполненный с возможностью измерения изменения длины трубки.
Указанный датчик предпочтительно выполнен с возможностью передачи информации об изменении длины.
Указанный датчик предпочтительно выполнен с возможностью передачи информации об изменении длины в приемник.
Данный приемник предпочтительно может вызывать отображение информации об изменении длины.
Данный приемник предпочтительно может вызывать сохранение информации об изменении длины.
Данный приемник предпочтительно может вызывать накопление информации об изменении длины.
Данное устройство мониторинга предпочтительно содержит группу датчиков, причем каждый датчик предназначен для трубки реактора и каждый датчик выполнен с возможностью передачи информации об изменении длины в приемник.
Данный приемник предпочтительно может вызывать отображение информации об изменении длины для каждой трубки.
Данный приемник предпочтительно может вызывать отображение информации об изменении длины для каждой трубки так, чтобы отражать месторасположение трубок, на виде сверху, в реакторе.
Указанное отображение предпочтительно основано на цвете для демонстрации информации об изменении длины каждой трубки.
Указанное отображение предпочтительно обеспечивает для специалиста возможность определения температуры каждой трубки в реакторе.
Установка риформинга, описанная выше, предпочтительно представляет собой установку парового риформинга.
Указанную установку парового риформинга предпочтительно используют в процессе производства метанола.
Термин "содержащий", используемый в данном описании, означает "состоящий, по меньшей мере, из". При интерпретации каждого утверждения в данном описании, включающего в себя термин "содержащий", может (могут) также присутствовать признак или признаки, начальные для данного термина. Связанные термины, например "содержат" и "содержит", также должны быть интерпретированы аналогичным образом.
Данное изобретение относится к приведенному выше описанию, а также предусматривает конструкции, для которых в последующем описании даны только примеры.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты осуществления данного изобретения описаны далее в качестве примера со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг. 1 изображен упрощенный вид реактора установки риформинга;
на фиг. 2 изображено представление теплограммы распределения температуры реактора установки риформинга на виде сверху.
Осуществление изобретения
Защита от перегрева и оптимизация производственного процесса
Предлагаемое изобретение относится к способу и устройству для мониторинга перегрева отдельных трубок и/или распределения температуры в реакторах установок риформинга, например в установке парового риформинга, предпочтительно, но не исключительно для процесса производства метанола. Альтернативные применения данного изобретения могут осуществляться в цикле установки риформинга для производства водорода или аммиака.
В качестве примера, на фиг.1 изображен реактор 1, содержащий оболочку 2, вмещающую группу трубок 3 установки риформинга. При производстве метанола смесь природного газа и воды двигается по нагретым трубкам. При этом каждая трубка содержит катализатор оксида никеля (NiO). Это позволяет проводить эндотермическую реакцию риформинга. Для печи установки риформинга наличие тепла обеспечивается, как правило, посредством группы горелок. Например, возле каждой трубки или группы трубок может быть расположена горелка таким образом, что в среднем на 4-6 трубок приходится примерно 1 горелка.
Данный реактор может содержать, как описано выше, смотровые окна 4 для осмотра установки риформинга и/или измерения температуры трубки установки риформинга.
Для измерения температуры трубок невозможно получить непосредственное измерение вследствие крайне высокой температуры внутри установки риформинга. Например, трубки подвержены воздействию температуры, превышающей, как правило, 900°С, а температура топливного газа может превышать 1000°С. Кроме этого, природа реакции риформинга, распределение нагревательных горелок и другие подобные свойства могут приводить к сложному распределению температуры по длине трубок и через стенки данных трубок.
Для получения индикационного измерения температуры трубок в настоящем изобретении применяется измерительный датчик. Данный измерительный датчик выполнен с возможностью измерения термического расширения и сжатия какой-либо трубки или каждой трубки в реакторе. В частности, в наиболее предпочтительной конфигурации удлинение трубок установки рифоминга измеряют напрямую данными измерительными датчиками.
В предпочтительном варианте осуществления на одной подвеске может быть подвешено определенное количество трубок установки риформинга, и может быть использован один измерительный датчик для измерения изменения длины вследствие термического расширения и сжатия группы трубок, подвешенных на одной и той же подвеске. Например, одна подвеска может поддерживать пару трубок, четыре трубки или большее количество трубок. Данная конфигурация имеет преимущество, заключающееся в снижении количества требуемых измерительных датчиков.
Следует отметить, что подразумевается, что ссылки в данном описании и формуле на "измерение трубки установки риформинга" охватывают измерение одной трубки или группы трубок, подвешенных на одной опоре. Аналогичным образом, подразумевается, что термин "измерение" охватывает описанную конфигурацию измерения продольного растяжения одной трубки или группы трубок, поддерживаемых одной подвеской.
Соответственно, каждый датчик, расположенный указанным образом, измеряет своего рода "среднее значение" изменения длины всех трубок на данной подвеске. Из данного изменения длины может быть рассчитана нормализованная индикационная температура. Следует отметить, что подразумевается, что ссылки в данном описании и формуле на измерение "температуры" охватывают измерение "нормализованной" или "индикационной" температуры согласно описанию выше.
Кроме этого, во всей установке риформинга количество трубок, поддерживаемых каждой подвеской, может быть различным. Например, одни подвески могут поддерживать четыре трубки, а другие подвески поддерживают пару трубок или только одну трубку.
Было обнаружено, что измерение изменения длины группы трубок оправдано, в частности, когда данные трубки расположены в непосредственной близости друг к другу и испытывают сходное воздействие окружающей среды внутри печи установки риформинга.
В качестве альтернативы, каждая трубка в установке риформинга может быть оборудована измерительной аппаратурой таким образом, чтобы обеспечить возможность измерения изменения длины каждой трубки. Подобное использование может быть направлено на отображение, длину, изменение длины данной трубки непосредственно или рассчитанной температуры, основанной на данных об измеренном смещении. Наиболее предпочтительным является вариант, когда каждая трубка в реакторе установки риформинга оборудована измерительной аппаратурой либо отдельно, либо, например, как часть группы трубок на одной и той же подвеске. В качестве альтернативы, по всей установке риформинга оборудована измерительной аппаратурой может быть только выборочная совокупность трубок. В данной ситуации предпочтительно, если данные трубки распределены по всей установке риформинга. Предпочтительным также является вариант, когда оборудовано измерительной аппаратурой большинство трубок (либо отдельно, либо как часть группы, как описано).
Наиболее предпочтительным является вариант, когда измерительные датчики сконфигурированы для обеспечения данными в режиме реального времени с соответствующим интервалом замеров. Предпочтительной является частота замеров, например, от 1 до 3 измерительных точек в минуту и одна измерительная точка в 24 часа или 48 часов. Для относительно медленно протекающего процесса маловероятно, что частоты замеров чаще чем 1 раз в минуту, значительно увеличивают положительный эффект применения. Каждый измерительный датчик сконфигурирован для сообщения с компьютеризированной системой мониторинга и/или контроля для приема, записи и сохранения измеренных данных. Измерительные устройства предпочтительно сконфигурированы для сообщения по беспроводной связи с одним или несколькими приемниками, выполненными с возможностью передачи информации обратно в систему мониторинга.
Использование изменения длины трубки для расчета нормализованной температуры приводит к аппроксимации температуры по всей длине данной трубки, а не к конкретной точной температуре в любой заданной точке. Следует принять во внимание, что настоящий способ может быть дополнен более традиционными осмотрами трубок установки риформинга (например, посредством пирометра) для дополнительной идентификации горячих точек по длине трубки установки риформинга, требующей корректирующей регулировки.
Было, однако, обнаружено, что "аппроксимации" температуры трубки путем измерения изменения длины данной трубки (или трубок на подвеске) более чем достаточно для настоящих целей. В частности, было обнаружено, что данный способ измерения изменения длины трубок является достаточно чувствительным для детектирования аномального нагрева и/или охлаждения трубки. Подобная аномальная температура может влиять на эффективность производственного процесса или в случае перегрева, который остался невыявленным, может значительно влиять на эксплуатационный ресурс трубки (трубок) установки риформинга, а при наихудших сценариях может приводить к прогару установки риформинга.
Измерительный датчик может представлять собой лазерный дистанционный датчик или другое средство. Указанный датчик может, например, измерять смещение одного конца трубки (или подвески, поддерживающей группу трубок), причем другой конец зафиксирован относительно определенного базиса, и при этом указанный датчик также зафиксирован относительно данного базиса. При нагреве трубки происходит удлинение данной трубки. Данное удлинение измеряется указанным датчиком. Затем данное измерение длины последовательно используется для расчета температуры, используя методы, известные в данной области техники. Например, уравнение линейного теплового расширения говорит о том, что изменение длины трубки прямо пропорционально изменению температуры. Однако известно, что коэффициент роста не является постоянным, а изменяется вместе с температурой. Таким образом, может быть выполнена линейная аппроксимация с использованием коэффициента роста, соответствующего типичным эксплуатационным температурам.
В качестве альтернативы, как известно, может быть использована нелинейная корреляция между ростом и температурой.
На основании промежуточных расчетов/обработки измерение может быть дополнительно представлено графически. Подобное графическое отображение может быть выполнено в форме тепловой карты, как показано на фиг. 2. Было обнаружено, что тепловые карты обеспечивают превосходную визуальную индикацию распределения температуры внутри установки риформинга, а также "горячих точек" и/или "холодных точек".
Термокарта может использоваться в контроллерных и/или может быть также доступна на мобильном устройстве. Кроме этого, интерактивная термокарта в режиме реального времени может быть передана по беспроводной связи (или другим способом), например, в планшет. Затем оператор, ответственный за регулировку, может взять данный планшет при обходе печи и использовать информацию (отображенную графически и/или отображенную другим способом) для регулировки клапанов горелок. Использование информации в режиме реального времени при регулировке позволяет оператору, ответственному за регулировку, быстро увидеть эффект, создаваемый регулирующими изменениями. В результате может быть повышена эффективность функционирования данной установки риформинга.
Данная карта указывает на температуру, полученную от датчика, каждой трубки в месторасположениях, соответствующих тому, где находится каждая трубка в реакторе установки риформинга. Например, зона 3А представляет собой зону, соответствующую тому, где расположена трубка установки риформинга в реакторе. Граница 2А карты указывает на обвязку 2 реактора на плане. Для целей регулировки очень полезно иметь информацию о месторасположении любых горячих точек или холодных точек внутри реактора установки риформинга. В частности, необходимо знать, какие горелки регулировать, для того чтобы нормализовать данные горячие точки и/или холодные точки.
При этом предусмотрена возможность обозначения любого ложного считывания в качестве зоны 3В. Для операторов в производственных процессах подобные тепловые карты могут быть очень полезны для визуализации функционирования установки риформинга.
В соответствии с данным изобретением в режиме реального времени измеряют каждую трубку (или группу трубок, оборудованных измерительной аппаратурой). Это обеспечивает возможность быстрой детекции перегрева или охлаждения трубок установки риформинга.
Диспетчерское управление предпочтительно контролирует горелки с целью поддержания относительно ровной температуры по всей установке риформинга путем регулировки. Корректно отрегулированная установка риформинга в результате обеспечивает наибольшую эффективность процесса риформинга путем устранения холодных точек, способствующих проскоку метана. Соответственно, поток данных в режиме реального времени считывания нормализованной температуры является крайне ценным инструментом для поддержания отрегулированной соответствующим образом установки риформинга.
В частности, настоящая система обеспечивает уменьшение зависимости от значительной численности персонала и от затрат по времени, связанных с ручным измерением температур трубок установки риформинга пирометром через смотровые окна, а также с последующей корректировкой соответствующим образом регуляторов горелок. Настоящая система обеспечивает возможность принятия решений по регулировке в любое время и так часто, как сочтено необходимым, без необходимости сначала выполнять затратный по времени процесс ручного измерения температуры (как правило, данный процесс занимает примерно час, и данный процесс выполняют только несколько раз за период в 24 часа). Считается, что настоящая система является важным этапом, поскольку обеспечивает возможность автоматизации регулировки по меньшей мере нескольких горелок по сравнению с ручной регулировкой.
Настоящий способ обеспечивает возможность функционирования установки риформинга на более высоких уровнях эффективности. Как указано выше, при этом по-прежнему может быть использовано обычное измерение температуры пирометром для идентификации горячих точек, которые не могут быть определены настоящей системой, и таким образом обеспечена возможность выполнения соответствующих регулирующих корректировок.
Измеряемые изменения температуры также обеспечивают возможность раннего предупреждения о возможном перегреве. Небольшие уровни перегрева в отдельных трубках могут оказывать значительное, наносящее ущерб воздействие на эксплуатационный ресурс данной трубки. Кроме этого, если по всей установке риформинга или в значительной зоне установки риформинга происходит ситуация с более общим и сильным перегревом, то существует риск прогара.
Данная система может содержать сигнализацию, которая срабатывает при достижении определенного заданного порогового значения. Например, если обнаружено, что в одной или нескольких трубках установки риформинга превышено заданное пороговое значение, то может сработать сигнализация для информирования диспетчерского управления о том, что требуется предпринять меры. Затем может быть выполнена корректировка температуры трубки путем регулировки горелок вблизи перегретой трубки или трубок, или, при необходимости, могут быть предприняты более интенсивные меры.
Указанное заданное пороговое значение сигнализации может представлять собой расстояние, например длину трубки (или группы трубок на одной подвеске), причем при достижении данного расстояния происходит срабатывание данной сигнализации.
В качестве альтернативы, указанное заданное пороговое значение сигнализации может представлять собой температуру, например рассчитанную нормализованную температуру трубки (или группы трубок на одной подвеске), причем при достижении данной температуры происходит срабатывание данной сигнализации.
Предусмотрено, что каждая трубка (или каждая группа трубок на одной подвеске) может иметь различное, рассчитанное и прикладное, значение срабатывания сигнализации. Различное пороговое значение может быть основано на хронологии ползучести данной трубки (или группы трубок) или вызвано любой другой причиной, по которой целевая температура для какой-либо трубки может отличаться от другой трубки.
Кроме этого, указанное заданное пороговое значение может корректироваться в течение определенного периода времени для отражения ожидаемой ползучести в течение определенного периода времени "нормальной" длины трубок. То есть ожидается, что в течение нескольких лет эксплуатации длина трубки при заданной температуре будет меняться вследствие ползучести. Используя известные методы, можно спрогнозировать величину ползучести в течение определенного периода времени относительно точно, и, следовательно, предельные значения сигнализации могут периодически изменять для отражения указанного ожидаемого изменения. В частности, после останова установки риформинга могут быть выполнены точные текущие измерения трубок для верификации величины реально произошедшего повреждения при ползучести. Данная информация может быть использована для повторной калибровки предельного значения срабатывания сигнализации для трубки.
Измерение индикационной температуры (для каждой трубки или для определенного количества групп трубок) в режиме реального времени позволяет эксплуатационной команде гораздо быстрее реагировать на ситуации, которые могли бы привести к частичному или полному прогару установки риформинга. В результате может быть значительно снижен риск подобного катастрофического события (которое может стоить, как правило, десятки миллионов долларов). Данное снижение риска имеет значительное положительное воздействие на расходы и рентабельность функционирования установки риформинга.
Предусмотрена возможность реализации определенного количества заданных пороговых значений сигнализации при различных степенях температурных аномалий. Например, как по существу описано выше, при достижении в трубке (или в группе трубок) первого заданного порогового значения может сработать первая сигнализация. Данное первое заданное пороговое значение может представлять собой пороговое значение, при котором эксплуатационной команде следует рассматривать регулировку соответствующих горелок, когда, например, должен быть выполнен следующий цикл регулировки.
Кроме этого, может быть предусмотрено срабатывание второй сигнализации при втором заданном пороговом значении, представляющем собой более высокое пороговое значение, при котором следует более быстро предпринять меры по повышению эффективности установки риформинга и/или предупреждению ненужного повреждения при ползучести, вызванной перегревом.
Кроме этого, может быть предусмотрено срабатывание третьей сигнализации при третьем заданном пороговом значении, представляющем собой необходимость срочных кардинальных мер по предотвращению входа установки риформинга в сценарий с высоким риском прогара. Например, регулирование с уменьшением основного давления газа является типичным ответом на опасное событие, например попытку превышения, в определенном количестве трубок, заданного порогового значения. Предусмотрено срабатывание по критерию четвертой сигнализации, если для заданного количества трубок (или для заданного процента трубок в установке риформинга) превышено заданное пороговое значение температуры.
Предусмотрено, что любая из описанных сигнализаций может быть визуальной или звуковой. Например, может быть предусмотрена световая подсветка, или может быть сгенерирован слышимый звук. Как правило, данные сигнализации увеличивают интенсивность в зависимости от природы сигнального события.
В частности, визуальная сигнализация накладывается на тепловую карту, и при этом предусмотрена возможность, например, подсветки одной или нескольких трубок, указывающей на температуру, превышающую заданное пороговое значение. В результате достигается привлечение внимания к соответствующим месторасположениям на тепловой карте для принятия корректирующих мер.
Управление эксплуатационным ресурсом трубки
Также могут быть собраны данные температурного профиля, которому подвержена каждая трубка в течение определенного периода времени. Данная возможность обеспечивает наличие среднего значения, основанного на средней температуре, которой подвергают трубку за данный промежуток времени, при помощи измерений удлинения данной трубки. Суммарное значение может затем показать степень ползучести, которому подвержена трубка, и, как следствие, может быть определена мера, в режиме реального времени, возможной оставшейся продолжительности эксплуатации каждой отдельной трубки. Эксплуатационный ресурс трубки измеряют, как правило, при помощи изменения диаметра трубок. Например, может быть принято, что трубка достигает конца своего эксплуатационного ресурса, когда диаметр данной трубки увеличен на заданный процент (например, при увеличении на 3% во внутреннем диаметре). Могут быть использованы известные методы для корреляции изменения длины трубки и/или хронологии температуры трубки с ползучестью по диаметру трубки. Данные методы могут быть основаны на моделях и/или на эмпирических корреляциях.
Например, система мониторинга может периодически рассчитывать меру израсходованного эксплуатационного ресурса трубки на основании суммарных данных о температурах, которым подвергается в течение определенного периода времени каждая трубка (или группа трубок, оборудованная измерительной аппаратурой на одной подвеске). Затем данная информация может быть использована для определения возможной наработки до отказа для трубок.
Отметим, что указанные данные являются крайне полезными для целей планирования работ при плановых остановах и при других подобных операциях.
Существует ряд известных в данной области техники методов для корреляции ожидаемого отказа и/или израсходованного эксплуатационного ресурса, основанных на условиях окружающей среды, воздействующих на конструкции, подверженные высоким давлениям и температурам. Однако вплоть до настоящего времени расчеты могли быть ненадежными из-за качества имеющихся данных для закладывания в модели прогнозирования. В частности, имелся недостаток в качестве данных о температуре на протяжении эксплуатационного ресурса трубок установки риформинга. Известно, что эксплуатационный ресурс трубок установки риформинга по ползучести является крайне чувствительным. Например, увеличение температуры на 20°С (то есть с 930°C до 950°C) сокращает ожидаемый эксплуатационный ресурс примерно наполовину. Таким образом, даже короткие периоды перегрева могут значительно снизить ожидаемый эксплуатационный ресурс. Краткосрочные колебания температуры не являются важными, даже если данные колебания собраны обычными методами ручного измерения температуры. В результате любой метод прогнозирования, основанный на описанных данных, недооценивает израсходованный эксплуатационный ресурс, что может приводить к раннему отказу и незапланированному останову установки риформинга.
Настоящее изобретение позволяет значительно увеличить частоту данных о температуре, имеющихся для отдельных трубок (или для групп трубок), на протяжении всего эксплуатационного ресурса трубок. Таким образом, модели прогнозирования, коррелирующие данные о температуре с напряжением и ползучестью, могут выдавать значительно улучшенные результаты.