Моделирование блока ректификации в программе RTSim

УДК 665.625

Д. С. Сидоров, А. А. Хоменко

МОДЕЛИРОВАНИЕ БЛОКА РЕКТИФИКАЦИИ В ПРОГРАММЕ RTSIM

Ключевые слова: RTSim, Chemcad, моделирование.

В данной статье описан процесс моделирования блока ректификации прикладном пакете RTSim с целью оценки его функциональных возможностей.

Keywords: RTSim, Chemcad, modeling.

This article considers the process of rectifying unit modeling in RTSim application program package to judge its functionality.

Создание моделирующих программ стало одним из самых динамично развивающихся и перспективных направлений развития научно-исследовательской деятельности в области газонефтепереработки. И связано это не только с серьезным увеличением добычи нефти и газа в России и за ее пределами, но и необходимостью создания нового перерабатывающего оборудования в достаточно короткие сроки, отвечающего современным техническим стандартам и экологическим требованиям. Данные программы позволяют построить требуемую модель и с ее помощью рассмотреть динамику технологического процесса, рассчитать технические параметры оборудования и установок и возможные «тонкие места» и риски. Поэтому на сегодняшний день ведется постоянное совершенствование

существующих прикладных пакетов и создание новых, с улучшенными характеристиками. При этом учитываются такие особенности, как дружественность пользовательского интерфейса, повышенная точность и скорость расчетов, простота работы и наглядность полученных результатов. Таким образом, уже широко используемые программы становятся основой для создания новых, более актуальных и совершенных.

В предыдущей статье [1] мы рассматривали возможности прикладного пакета СИешса^ с помощью которого проводилось моделирование газофракционирующей установки (ГФУ) с этановым блоком Волгоградского нефтеперерабатывающего завода (НПЗ). Как следует из полученных данных, Chemcad позволяет с достаточной точностью рассчитать характеристики технологических потоков при разделении газовой смеси на отдельные фракции. Ошибка расчетов не превысила 2,3%.

В настоящей статье предлагается оценить работу нового, ныне развивающегося пакета ЯТ81т, предназначенного для моделирования динамических химико-технологических систем. Для анализа его возможностей построим модель колонны К-1, которая служит деэтанизатором в схеме ГФУ. Сравнив параметры потоков на входе и выходе колонны для моделей в Chemcad и ЯТ81т, можно сделать выводы о расчетных способностях ЯТ81т применительно к разделительным аппаратам.

Как и в Chemcad, среда разработки ЯТ81т имеет пользовательский интерфейс с набором разнообразных инструментов для графического

построения, задания параметров, наглядного представления данных и результатов в виде графиков и таблиц (рис. 1).

Рис. 1 - Пользовательский интерфейс ЯТ81ш

На рис. 2 представлена модель колонны К-1, созданная с помощью указанных инструментов.

Рис. 2 - Модель колонны К-1

Согласно технологической схеме, на вход К-1 подается смесь жирного газа и головок стабилизации. Для начала расчетов необходимо задать характеристики входных потоков и параметры технологического оборудования: колонны (рис. 3), теплообменников, емкостей и насосов, а также диаметры трубопроводов. Расчет собранной технологической схемы ведется с учетом давления в каждом аппарате, от этого зависят скорости перемещения потоков по технологическим трубопроводам, что качественно и количественно приближает поведение проектируемой установки к реальному объекту.

Поскольку основа пакета ЯТ81т это динамическая математическая модель, то для сравнения результатов расчета нам понадобилось вывести моделируемую установку на стационарный режим, так чтобы расходы входящих и выходящих потоков соответствовали производственным данным. Добиться нам этого удалось, пройдя все стадии пуска установки: подача теплоносителей в теплообменники; подачи исходной смеси на установку в необходимом количестве при помощи запорной арматуры; установка нужного давления в сепараторах и колонне с помощью регулирующих клапанов на линиях отвода газовой фазы, а также

вывод температуры верха и низа колонны на регламентные значения, регулированием подачи теплоносителей в кипятильник и конденсатор.

^ I а май

Позиция колонны M»I'il Исходный состав рабочей среды, % мольные

P исходи. 760 UM Hg • Компоненты Количество, моль 65597,2312333309 Жидкость Пар

T исходи. 20 °С 1 Азот 0 0 0 0

Tmax 350 °с Tmin 20 «С 2 Кислород 3 Сероводород 0 0 0 0 0 0 0 0

4 Двуокись угле 5. Метзн 0 1,771215289566 0 2,7001372... 0 2,700137... 0 4.417545

Объём 64,403 м" 6 Этан 3,556276493807 5.4213820 5,421382 4987953

7 Пропан 1,042919334216 1,5898831 1,589883 3,880161

ПАРАМЕТРЫ Куб №1 NS2 №3 №4 №5 №6 №>7 №8

Высота тарелки, м Внутренний диаметр, м Емкость по жидкости, мЗ 2,000 0,500 0,500 0,500 0,500 0,500 0,500 0,500 0,500

2.000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000

0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001

Маосообменный КПД, % Отметка, м 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100.0 100,0 100.0

О.ООО 2 000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.000 5.500

Межтарепьчзтый объем, мЗ 6,283 11,571 1,571 1,571 1,571 1,571 1,571 1,571 1,571

Ок Восстановить

Рис. 3 - Задание параметров модели

Состав материального потока подаваемого в К-1 приведен ниже в молях. Метан 6,68; Этан 7,72; Пропан 33,28; и.Бутан 17,90; н.Бутан 22,81; и.Пентан 5,33; н.Пентан 6,06; н.Гексан 0,22.

Таблица 2 -Состав выходного потока

№ п/п Потоки Состав, % масс

H2S CO2 CH4 C2H6 C3H8

Производственные данные

1 Метановая фракция - - 73,40 26,60 -

Расчетные данные по Chemcad

2 Метановая фракция - - 73,39 26,61 -

Расчетные данные по RTSim

3 Метановая фракция - - 73,35 26,65 -

В таблице 2 представлены расчетные данные по содержанию углеводородов в отходящем потоке, полученные с помощью прикладных пакетов Chemcad и ЯТ81ш, в сравнении с производственными данными.

Как видно из таблицы 2, результаты расчетов ЯТ81ш по колонне-деэтанизатору являются достаточно точными, поскольку погрешность вычислений составляет 0,05%. Помимо приемлемой точности, кратко отметим следующие преимущества новой моделирующей программы ЯТ81ш:

1. полностью русифицированный интерфейс, который значительно облегчает пользование программой;

2. непрерывность расчетов с возможностью корректировки задаваемых параметров без прерывания динамического режима;

3. возможность наглядного представления результатов расчета в виде графиков и таблиц, что упрощает анализ правильности модели;

4. возможность оценки хода процесса на участке моделируемой схемы;

5. наличие инструмента для отработки аварийных ситуаций.

Таким образом, рассматриваемый прикладной пакет RTSim является удобным

многофункциональным средством моделирования динамики химико-технологических систем и процессов газонефтепереработки. Конечно, в рамках данной статьи невозможно полностью отразить все его преимущества и недостатки. Однако применительно к изучаемому объекту использованный набор функционала дал приемлемые результаты, поэтому пакет RTSim можно рекомендовать для разработки динамических компьютерных тренажеров производственных объектов различной степени сложности. Программа также может использоваться для обучения студентов в образовательных учреждениях соответствующего профиля.

Литература

1. Сидоров Д.С., Хоменко А.А., Рыжов Д.А. Современные методы расчета нефтеперерабатывающего оборудования /Вестник Казанского технологического университета, 2014, №11, т.17, с. 196-197

2. Математическое моделирование химико-технологических систем с использованием программы Chemcad: Учебное - методическое пособие / Казан. гос. технол. ун-т. Сост.: Н.Н. Зиятдинов, Т.В. Лаптева, Д.А. Рыжов. - Казань, 2008. - 160 с.

3. Вольфсон И.С., Теляков Э.Ш. Сравнительный анализ схем газофракционирования на НПЗ и НХК, журнал -Химия и технология топлив и масел, 1978, №1, с.7-10.

4. Р.А. Ефремов, Ф.М. Сайрутдинов, Э.В. Осипов, Х.С. Шоипов, Э.Ш. Оценка выхода газов термического разложения мазутов из различных типов нефтей /Вестник Казанского технологического университета, 2013, №2, с. 164-166

5. Э. В. Осипов, С. И. Поникаров, Э. Ш. Теляков Анализ сложной химико-технологической системы, включающей в себя вакуумные ректификационные колонны и вакуумсоздающую систему на базе жквн /Вестник Казанского технологического университета, 2010, №8, с. 434-435.

© Д. С. Сидоров - магистрант каф. машин и аппаратов химических производств КНИТУ, Privet_955@mail.ru; А. А. Хоменко - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, xomenko-aa@mail.ru.

© D. S. Sidorov - the masters of Department machines and the apparatuses for the chemical production KNRTU, Privet_955@mail.ru; A. A. Homenko - PhD, Associate Professor, of the same Department, xomenko-aa@mail.ru.