Розробка і метрологічний аналіз установки каталітичного крекінгу з прямоточним реактором

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Незважаючи на значну вартість, інформаційно-вимірювальні комплекси (ІВК) користуються стійким попитом і знаходять широке застосування в різноманітних галузях народного господарства, оскільки є потужним засобом автоматизації випробувань, наукового експерименту та промислового виробництва, у тому числі нафтогазопромислової галузі, технологічні процеси якої характеризуються великою різноманітністю та кількістю контрольованих та керованих параметрів. Дійсно, технологічно та фізико-хімічно процеси, наприклад, буріння чи ректифікації зовсім різні.

Сучасні ІВК визначаються як автоматизовані засоби вимірювань та обробки інформації, призначених для контролю складних об'єктів у вигляді сукупності програмно-керованих технічних засобів (вимірювальних, обчислювальних, допоміжних), та мають блочно-модульну (за функціями та виконанням) структуру, визначену організацію та зв'язки, які забезпечують отримання, перетворення, накопичення, обробку та видачу вимірювальної, командної та іншої інформації у відповідній формі, в тому числі для реалізації керуючої дії. На практиці застосування ІВК на складних об'єктах нафтогазопромислового комплексу розглядають і розв'язують комплексну задачу: а) створення систем вимірювання та контролю як продукції, так і технологічного процесу випуску цієї продукції в цілому; б) створення системи керування таким процесом з врахуванням локального та системного підходів. Локальні автоматичні системи регулювання оснащуються, крім давачів та відповідних перетворювачів, регуляторами та виконавчими механізмами, а системи автоматизованого керування також і підсистемами прийняття та реалізації рішень (керуючих дій). У разі використання ЕОМ у контурах контролю, регулювання та управління, забезпечується системний підхід для одержання продукції високої якості із заданими параметрами з мінімальними затратами на виробництво.

1. Опис установки каталітичного крекінгу з прямоточним реактором

Установка включає наступні блоки: гідроочищення сировини - вакуумного дистиляту, каталітичного крекінгу, ректифікації, газофракціонування і стабілізації бензину. Сировина - гідрогенізат, вступник з секції гідроочистки, - насосом подається в змійовик печі і за тим перед входом в реактор змішується з рециркулятом і водяною парою, що подається на розпилення. У нижній зоні прямоточного реактора сировина, контактуючи з гарячим регенерованим каталізатором, випаровується і піддається крекінгу. Основна маса каталізатора відділяється від продуктів реакції в реакторі-сепараторі.

Запропоновано різні способи відділення продуктів реакції від каталізатора. Так, на одній з вітчизняних установок верхня частина прямоточного реактора розширена (так званий реактор з форсованим псевдозрідженим шаром). Швидкість потоку газів і парів в ньому становить приблизно2 м/с. За рахунок меншої швидкості в порівнянні зі швидкістю в ліфт-реакторі відбувається відділення основної маси каталізатора від газів і парів, яке завершується в реакторі-сепараторі, а потім в циклонах і електрофільтрах.

Каталізатор, пройшовши зону відпарювання водяною парою, по транспортної лінії надходить в регенератор з псевдозрідженим шаром каталізатора, куди одночасним - менно повітродувкою через горизонтальний розподільник подається повітря, необхідно для регенерації каталізатора. Регенерований каталізатор по трубопроводу опускається в вузол змішування з сировиною. Пари продуктів крекінгу і гази регенерації відокремлюються від каталізаторного пилу у відповідних двохступеневих циклонах і об'єднуються в збірних камерах, розташованих у верхній частині апаратів. Гази регенерації проходять паровий котел-утилізатор, де їх тепло використовується для виробітку водяної пари. Потім вони очищаються від залишків пилу в електрофільтрі 8 і виводяться в атмосферу через димову трубу.

Пароподібні продукти крекінгу направляють у нижню відмивочно-сепараційну секцію ректифікаціонної колони. Тут продукти крекінгу розділяються. У нижній частині колони від пари відділяється захоплений катализаторний пил, крім того, відбувається конденсація важкої частини пари (за рахунок подачі нижнього зрошення насосом). Легкий і важкий газойлі виводяться з відповідних точок колони в отпарну колони потім насосами прокачиваются через теплообмінники і апарати повітряного охолодження і виводяться з установки. Частина важкого газойля подається у вузол змішування з каталізатором (на рециркуляцію). З низу колони насосом суміш важких вуглеводнів з катализаторной пилом відкачується в шламовідділювач. Шлам збираєтся з низу апарату насосом і возвращается в реактор, а з верху шламоотделітеля виводиться ароматизований важкий газойль (декантат).

З колони зверху відводяться пари бензину, вуглеводневі гази і водяна пара; вони надходять в апарат повітряного охолодження, газовідділювач, де газ відокремлюється від конденсату бензину і води. Бензин насосом частково повертається в колону в якості гострого зрошення, а балансове його кількість направляється на стабілізацію (для відділення розчинених газів).

У період пуску установки повітря в регенератор подається через топку, в котрій для його нагрівання під тиском спалюється паливо. В теплообмінниках тепло відхідних потоків використовується для нагріву вихідної сировини, що надходить в секцію гідроочищення.

2. Розробка структури ІВК і вибір технічних засобів

Функціональна схема -- основний технічний документ, який визначає функціонально-блочну структуру окремих вузлів автоматичного контролю за протіканням технологічного процесу, а також обладнання об'єкта приладами і засобами контролю та вимірювання. Об'єктом контролю є сукупність основного і додаткового обладнання, яке визначається особливостями технології об'єкта контролю.

При проектуванні функціональних схем технологічних процесів вирішуються наступні завдання:

- отримання первинної інформації про технологічний процес;

- безпосередня інформація про технологічний процес для контролю за його протіканням;

стабілізація технологічних параметрів процесу;

контроль і реєстрація технологічних параметрів процесів і стан технологічного обладнання;

Результатом проектування функціональної схеми є:

- вибір методів вимірювання технологічних параметрів;

- вибір основних технічних засобів, які найбільш повно відповідають вимогам і умовам роботи об'єкта;

- розміщення засобів і визначення способів представлення інформації про стан технологічного процесу і обладнання.

При розробці ІВК необхідно враховувати, що вони повинні виконувати одну або декілька з наступних функцій:

прямі, непрямі, сумісні вимірювання фізичних величин;

керування процесом вимірювань і дія на об'єкт вимірювань;

відображення результатів вимірювань оператору в заданому виді.

Для виконання цих функцій ІВК повинні забезпечувати:

сприйняття, перетворення і обробку електричних сигнал і ввід ПВП;

керування ЗВТ і технічними компонентами, які входять у склад ІВК;

формування нормованих електричних сигналів, які є вхідними для засобів дії на об'єкт вимірювання;

оцінку точності вимірювань і відображення результатів вимірювань, у формах, заданих нормативними документами.

Призначення ІВК - забезпечувати одержання дистиляту із заданим вмістом (концентрацією) в ньому корисного компонента.

Для забезпечення необхідної точності ІВК значну роль відіграє підбір первинних вимірювальних перетворювачів, так як похибка інформаційно-вимірювальних каналів у загальному залежить від похибки первинного перетворювача (давача). Другим фактором, що впливає на вибір первинних перетворювачів, є доступність їх в економічному відношенні.

У розробленій функціональній схемі необхідно вимірювати такі параметри:

1. температуру діапазонах: 515-545°С, 490-500°С (у двох точках);

2. температуру діапазонах: 490-500°С;

3. тиск: 0,15-0,20МПа, 0,15-0,20 МПа, 0,20-0,30 МПа (у трьох точках).

Керуючись наведеними вимогами до давачів, вибрано:

1. Для вимірювання температури-1 використаємо термометр опору IEC1604-81 (Pt100), що має клас точності 0,3% та границю вимірювання (-200-640)°C - у нас (515-545)°C. Вихідний сигнал 0-5 мА.

Вторинним приладом є МІК-51 з класом точності 0,3% і вхідний сигнал 0-5 мА.

2. Для вимірювання температури-2 використаємо термометр опору IEC60751 (Pt 100), що має клас точності 0,1% та границю вимірювання (-200-850)°C - у нас (490-500)°C. Вихідний сигнал 0-5 мА.

Вторинним приладом є МІК-51 з класом точності 0,3% і вхідний сигнал 0-5 мА.

3. Для вимірювання тиску-1,2,3 використовуємо дифманометр SITRANS PDS 14D, що має клас точності 0,13% та границю вимірювання (0,03-0,9) МПа - у нас (0,15-0,20; 0,15-0,20; 0,2-0,3)МПа. Вихідний сигнал 4-20 мА.

Вторинним приладом є МІК-51 з класом точності 0,3% і вхідний сигнал 0-5 мА.

3. Метрологічний аналіз ІВК

Розрахунок результуючої відносної похибки системи контролю за допомогою ентропійного коефіцієнта.

Розрахунок похибки каналу для вимірювання температури.

Переходимо від одиниць вимірювання до безпосередньої величини вводячи СКВ:

==0,13

==0,17

Знаходимо СКВ похибки вимірювання нашої температури:

===0,216

Знаходимо вагову складову:

P===0,619

Знаходимо ексцес:

=3;

=1,8;

=·+6· P·(1- P)+·(1-)==3,955

Знаходимо контр ексцес:

==0,502

Ентропійний коефіцієнт знайдений графічно становить:

P=0,619*=2,2

Отже новий закон розподілу-трапецеїдальний.

=2,4; =0,645.

Рис. 1 - Графік залежності ентропійного коефіцієнта kУ від співвідношення сумованих складових і їх ентропійних коефіцієнтів а) крива 1 - відповідає сумуванню двох складових розподілених нормально; крива 2 - рівномірна з нормальною; 3 - дві складові розподілені рівномірно; крива 4 - арксинусоїдальна і рівномірна; крива 5 - два арксинусоїдальних розподіла; б) криві 1-3 відповідають сумуванню рівномірного, трикутного і нормального розподілу з дискретним двохзначним розподілом; криві 4-6 - сумування нормального розподілу відповідно з арксинусоїдальним, рівномірним і експоненціальним.

Таблиця 1. Параметри законів розподілу

Знаходимо ймовірність і похибку нашого вимірювання температури:

==2,20,216=0,43%

Довірча ймовірність:

=0,899+=0,899+=0,982

Розрахунок похибки каналу для вимірювання температури.

Переходимо від одиниць вимірювання до безпосередньої величини вводячи СКВ:

==0,0435

==0,17

Знаходимо СКВ похибки вимірювання нашої температури:

==0,176

Знаходимо вагову складову:

P==0,97

Знаходимо ексцес:

==2,045

Знаходимо контр ексцес:

==0,699.

Ентропійний коефіцієнт знайдений графічно становить:

P=0,97*=1,83

Отже новий закон розподілу-трапецеїдальний.

=1,9; =0,745.

Рис. 2 - Графік залежності ентропійного коефіцієнта kУ від співвідношення сумованих складових і їх ентропійних коефіцієнтів

Знаходимо ймовірність і похибку нашого вимірювання температури:

=1,830,176=0,32%

Довірча ймовірність:

=0,899+=0,99

Розрахунок похибки каналу для вимірювання тиску.

Переходимо від одиниць вимірювання до безпосередньої величини вводячи СКВ:

==0,056

==0,17

Знаходимо СКВ похибки вимірювання нашої температури:

==0,178.

Знаходимо вагову складову:

P==0,912.

Знаходимо ексцес:

==2,48.

Знаходимо контр ексцес:

==0,635.

Ентропійний коефіцієнт знайдений графічно становить:

P=0,912*=1,94

Отже новий закон розподілу-трапецеїдальний.

=2,016; =0,745.

Рис. 3 - Графік залежності ентропійного коефіцієнта kУ від співвідношення сумованих складових і їх ентропійних коефіцієнтів

Знаходимо ймовірність і похибку нашого вимірювання температури:

=0,178=0,34%

Довірча ймовірність:

=0,899+=0,989

Сумування похибок

Сумарна похибка каналів для вимірювання температури Т1 та Т2:

Переходимо від одиниць вимірювання до безпосередньої величини вводячи СКВ:

==0,18

==0,184

Знаходимо СКВ похибки вимірювання нашої температури:

==0,257

Знаходимо вагову складову:

=0,512

Знаходимо ексцес:

==3,89

Знаходимо контр ексцес:

==0,5

Знаходимо ймовірність і сумарну похибку каналів для вимірювання температури Т1 та Т2:

=0,257=0,519%

Довірча ймовірність:

==0,945

Сумарна похибка каналів для вимірювання температури Т1,Т2 та тиску Р1:

Переходимо від одиниць вимірювання до безпосередньої величини вводячи СКВ:

==0,225

==0,196

Знаходимо СКВ похибки вимірювання нашої температури:

==0,298

Знаходимо вагову складову:

=0,432

Знаходимо ексцес:

==3,87

Знаходимо контр ексцес:

==0,5

Знаходимо ймовірність і сумарну похибку каналів для вимірювання температури Т1,Т2 та тиску Р1:

=0,298=0,6%

Довірча ймовірність:

==0,945

Сумарна похибка каналів для вимірювання температури Т1,Т2 та тиску Р1,Р2:

Переходимо від одиниць вимірювання до безпосередньої величини вводячи СКВ:

==0,26

==0,196

Знаходимо СКВ похибки вимірювання нашої температури:

==0,325

Знаходимо вагову складову:

=0,363

Знаходимо ексцес:

==2,903

Знаходимо контр ексцес:

==0,586

Знаходимо ймовірність і сумарну похибку каналів для вимірювання температури Т1,Т2 та тиску Р1,Р2:

=0,325=0,656%

Довірча ймовірність:

==0,961

Сумарна похибка ІВК:

Переходимо від одиниць вимірювання до безпосередньої величини вводячи СКВ:

==0,289

==0,196

Знаходимо СКВ похибки вимірювання нашої температури:

==0,345

Знаходимо вагову складову:

=0,322

Знаходимо ексцес:

==3,7

Знаходимо контр ексцес:

==0,519

Знаходимо ймовірність і сумарну похибку каналів для вимірювання температури Т1,Т2 та тиску Р1,Р2,Р3:

=0,345=0,696%

Довірча ймовірність:

==0,948

Висновок

каталізатор ентропійний вимірювальний

На основі аналізу побудована функціональна схема, проведено порівняльний аналіз і вибрані ЗВТ (для контролю температури - термометр опору IEC1604-81 (Pt100), використаємо термометр опору IEC60751 (Pt 100); тиску - дифманометр SITRANS PDS 14D, а для контролю за ходом технологічного процесу - контролер МІК-51.

Проведено метрологічний аналіз інформаційно-вимірювальних каналів даної установки та розраховано результуючу відносну похибку системи контролю за допомогою ентропійного коефіцієнта, в результаті розрахунку похибки всієї схеми, ми отримали значення 0,696%.

Література

Вощинський B.C., Когутяк М.І., Бербець Т.О.. Методичні вказівки для виконання курсової роботи з дисциплін "Мікропроцесорні та програмні засоби автоматизації в нафтовій і газовій промисловості" та "Інформаційно-вимірювальні комплекси", частина ПІЛ, Івано-Франківськ, 1998 р.

Емельянов А.И., Капник О.В. Проектирование автоматизированных систем управлення технологическими процессами. - М.: "Знергия", 1974. - 500с.

Когутяк М.І. Методичні вказівки для самостійної роботи при виконанні курсових робіт і проектів з дисциплін: «Технічні засоби автоматизації» та "Автоматизація технологічних процесів у нафтовій і газовій промисловості", Івано-Франківськ, 1995 р.

Размещено на Allbest.ru

...