Исследование параметрической чувствительности колонны фракционирования нефти

Исследование  параметрической чувствительности колонны фракционирования нефти

В.В. Павлик, А.В. Вольф

к.т.н., доц. каф. ХТТ  и ХК, М.А. Самборская

преподаватель, Э.В. Андреева

ФГБОУ ВПО Национальный исследовательский

Томский политехнический  университет

634050, Россия, г.  Томск, пр. Ленина, 30, ashmaka@mail.ru

Ректификация – один из важнейших технологических процессов  в нефтеперерабатывающей промышленности. Оптимальное управление ректификационными установками обеспечивает ресурсоэффективность работы, выход целевых продуктов надлежащего качества, устойчивую работу колонн под воздействием различного рода возмущений. 

Как объект управления процесс ректификации является многофакторным и характеризуется большим количеством переменных, поэтому эффективное управление им требует тщательной проработки на всех этапах проектирования. Одним из этапов является анализ параметрической чувствительности колонны, который позволяет заранее определить потенциально опасные области режимных и конструкционных параметров с высокой чувствительностью, работа в которых нежелательна, поскольку может привести к нештатным ситуациям.

Целью исследования был расчет параметрической чувствительности колонны фракционирования нефти  и анализ влияния изменения конструкционных и технологических параметров на работу колонны.

Объектом исследования была колонна фракционирования нефти,  предназначенная для отбора легких дистиллятов.

Для количественного определения  чувствительности существует понятие  коэффициента чувствительности (КЧ):

, где  – ненормированный коэффициент чувствительности элемента,

F – функция состояния элемента,

E_i – изменяемый параметр.

В соответствии с (1) были получены КЧ температуры, давления верха колонны, состава дистиллята к изменению  флегмового числа, расходов пара и жидкости в колонне. Полученные зависимости  являются необходимыми для дальнейшей оптимизации процесса и позволяют заранее определить потенциально опасные, с точки зрения устойчивости системы, интервалы изменения параметров. В качестве целевой функции принято содержание в дистилляте фракций с NBP=16, NBP=57, NBP=73, NBP=85, NBP=100, которые рассматриваются как легкие ключевые компоненты при проектировании и оптимизации. Исследованы зависимости КЧ от количества тарелок в колонне. Результаты расчетов приведены на рис. 1 и рис.2.

Рис.1 Зависимость КЧ по расходу  пара в колонне от количества тарелок для полного конденсатора

Рис.2 Зависимость КЧ по расходу пара в колонне от количества тарелок для полного конденсатора

Расчеты показали, что для всех компонентов, кроме компонента с NBP=16 зависимость КЧ по расходу пара от числа тарелок в колонне, как с полным, так и с парциальным конденсатором носит колебательный характер, причем амплитуда колебаний уменьшается с ростом числа тарелок. Расчеты позволяют определить количество тарелок, при котором колонна будет работать в области низкой параметрической чувствительности, что гарантирует устойчивость системы. В общем случае устойчивость повышается с ростом числа тарелок, и анализ позволяет рассчитать оптимальное число тарелок – достаточное для устойчивой работы и, в то же время, не приводящее к избыточным капитальным затратам.