Разработка автоматизированной системы управления подогревателем нефти ПТБ-10Э

Нефтяная промышленность — ведущая отрасль российской промышленности, включающая в себя добычу, переработку, транспортировку и сбыт нефти, а также производство и сбыт нефтепродуктов. Дальнейшее развитие и совершенствование технологических процессов переработки нефти связано с созданием установок большей мощности, оснащённых современным оборудованием. В связи, с чем возрастают стоимость обслуживания аппаратуры, а также требования к обслуживающему персоналу [1].

Автоматизация технологических процессов позволит сократить затраты на обслуживание, а также снизить нагрузку на персонал. Результатами автоматизации технологических процессов являются:

– Увеличение объёма выпускаемой продукции;

– Снижение себестоимости выпускаемой продукции;

– Улучшение качества выпускаемой продукции;

– Повышение надёжности технологического оборудования и увеличение их срока службы;

– Уменьшение численности обслуживающего персонала;

– Экономия материалов;

– Улучшение условий труда и техники безопасности.

Процесс нагрева нефтепродуктов является неотъемлемой частью производства в нефтяной промышленности и позволяет решить такие задачи как:

– Операции слива-налива высоковязких нефтепродуктов.

Подогрев нефти на производстве производится для улучшения текучести и снижения вязкости нефтепродуктов. На нефтяном промысле подогрев нефти проводят при её деэмульсации в трубчатых печах до температуры 40–90 °С. Подогрев нефти позволяет ускорить процесс разрушения и разделения нефтяных эмульсий, т. е. добиться более глубокого обессоливания нефти и обезвоживания нефти [2].

Наиболее распространённым способом подогрева нефти является ее подогрев в трубчатых блочных печах, например, в трубчатой блочной печи ПТБ-10Э, которая предназначена для нагрева нефтяных эмульсий и нефти при их промысловой подготовке к транспортировке.

Характеристики трубчатой блочной печи ПТБ-10Э представлены в таблице 1.

Рис. 1. Печь трубчатая блочная ПТБ-10Э.

Таблица 1

Технические характеристики печи трубчатой блочной ПТБ-10Э.

Характерной особенностью печей данного типа является более благоприятный, в сравнении с другими печами, тепловой режим поверхностного нагрева, обеспечивающий «мягкий» нагрев продукта в трубах змеевиков и, тем самым, предотвращающий коксообразование. Этот режим, при котором поверхности труб змеевиков получают равномерный нагрев, достигается путем создания достаточного равномерного поля по всему внутреннему объему теплообменной камеры за счет интенсивной рециркуляции продуктов сгорания топлива.

Как объект управления трубчатую блочную печь можно представить в виде, показанном на рисунке 2.

Рис. 2. Печь ПТБ-10Э как объект управления.

В данном процессе, основными показателями эффективности, по которым судят о качественном течении процесса, является температура нефтепродукта на выходе из печи, которая должна составлять 90±2°C.

Вторым показателем эффективности является производительность печи 500 т/час.

Третий показатель — это энергетические затраты на процесс нагрева:

– Расход газа — 1600 нм³/ч;

– Расход воздуха — 24000 нм³/ч.

Тогда целью управления процессом является поддержание температуры нефтепродукта на выходе из печи на значении 90±2°C. При заданной производительности, при минимальных энергетических затратах, при условии, что процесс будет безопасным, безаварийным и непрерывным.

В первую очередь рассматривается возможность регулирования основного показателя эффективности, т. е. температуры нефтепродукта.

Сначала рассматривается широта номенклатурной базы для измерения данного показателя. Технических средств измерений температуры существует великое множество для любых типов производств и для различных условий эксплуатаций. При этом существуют каналы для внесения регулирующих воздействий, численные изменения которых непосредственно влияют на температуру нефтепродукта. Это линия подачи нефтепродукта и линия подачи газа. Изменяя скорость, с которой нефтепродукт двигается по змеевику при постоянном расходе газа, можно добиться необходимого уменьшения или увеличения температуры, но установка клапана на линии подачи нефтепродукта сделает переменной производительность процесса, что недопустимо. Так же стоит учесть, что если печь является одним из звеньев производственной цепи, то этот клапан будет вносить возмущения в работу других устройств. Поэтому для регулирования температуры выбирается вариант с клапаном на линии подачи газа. Помимо газа так же необходимо регулировать подачу воздуха и контролировать температуру дымовых газов внутри печи. В противном случае, при избыточном расходе воздуха, в дымовых газах присутствует большее количество кислорода, что при нарушении техники безопасности может привести к взрыву.

Система управления ПТБ-10Э представляет собой комплекс программных и технических средств, выполняющих задачу автоматизированного контроля и управления технологическими процессами подогрева нефти.

– полевой уровень — датчики и исполнительные механизмы, устанавливаемые непосредственно на печи.

– средний уровень — шкафы управления с программируемым логическим контроллером и панелью оператора, а также частотный привод для управления вентиляторами;

– верхний уровень — технологический компьютер с установленным АРМ оператора для дистанционного контроля и управления объектом.

Рис. 3. Структура АСУ ТП печи ПТБ-10Э.

Разработанная автоматизированная система управления технологическим процессом подогрева нефти в печи ПТБ-10Э приведет к оптимизации режимов работы оборудования, повышению уровня безопасности эксплуатации, повышению экономичности работы оборудования, повышению надёжности и долговечности работы основного оборудования, уменьшению психофизической нагрузки и вероятности ошибочных действий оперативного персонала.

Литература:

1. Нефтяная промышленность России // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Нефтяная_промышленность_России (дата обращения: 21.05.2018)

2. Подогрев нефти // Горная энциклопедия. URL: http://www.mining-enc.ru/p/podogrev-nefti/ (дата обращения: 21.05.2018)