УДК 681.5

Комплексная автоматизация процесса гидрокрекинга в стационарном слое катализатора

Нургалиев Рустам Карлович – доктор технических наук, доцент Казанского национального исследовательского технологического университета.

Редкозубов Виктор Анатольевич – магистрант Казанского национального исследовательского технологического университета.

Аннотация: В статье рассматривается автоматизация на производстве процесса гидрокрекинга в стационарном слое катализатора. Гидрокрекинг является эффективным и исключительно гибким каталитическим процессом, позволяющим комплексно решить проблему глубокой переработки вакуумных дистиллятов с получением широкого ассортимента моторных топлив. Нами определены параметры, подлежащие контролю, регулированию, защите и сигнализации. Также после сравнительного анализа был выбран комплекс технических средств автоматизации, контроллерное оборудование сбора, обработки и управления компаний «Метран», «Emerson» и «Siemens».

Ключевые слова: автоматизация процесса, гидрокрекинг, контролируемые параметры, инструменты автоматизации, характеристики оборудования.

При автоматизации процесса гидрокрекинга в стационарном слое катализатора, в качестве объекта управления принимают технологическую установку гидрокрекинга, состоящую из следующих объектов: насосы, трубчатые печи, реактор, теплообменники, системы воздушного охлаждения, водяные холодильники, сепараторы, компрессор, блок очистки, фракционирующие и отпарные колонны.

Для выбора комплекса технических средств, а также контроллера управления, необходимо определить диапазон измеряемых величин. Диапазон измерений должен охватывать все необходимые значения измеряемой величины. В данном технологическом процессе измеряемыми параметрами, подлежащими контролю и управлению являются:

Температура – измерение которой лежит в диапазоне от 50 до 480 °С. Измерение происходит на таких участках, как печи, теплообменники, реакторы, колонны и сепараторы.

Давление – измеряется в диапазоне от 15 до 20 МПа, на компрессорах, сепараторах, колоннах.

Значение уровней сырья и продуктов гидрокрекинга в сепараторах и колоннах, которые лежат в диапазоне: 1.5-2.6 м.

Расход водорода и циркуляционного газа, которые измеряются в диапазоне от 0 до 2000 м3 на 1 м3 сырья.

Нами был проведен анализ контрольно-измерительной аппаратуры представленных на мировом рынке. В результате проведенного исследования для измерения температуры был выбран преобразователь температуры (ПТ) Метран-286. Он предназначены для точных измерений температуры в составе автоматических систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Использование данного ПТ допускается в нейтральных, а также агрессивных средах, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким [2].

В качестве ёмкостного датчика давления был выбран Метран-150 фирмы «Метран». Преимуществами данного датчика являются: поворотный электронный блок с ЖКИ, высокая перегрузочная способность, защита от переходных процессов, непрерывная самодиагностика [1].

Проанализировав различные уровнемеры, был выбран ультразвуковой уровнемер Rosemount 3100 – модель 3107 фирмы «Emerson». Он позволяет измерять различные жидкие среды, такие как нефть, темные и светлые нефтепродукты, вода, жидкости на водной основе, некоторые кислоты, щелочи, растворители, алкогольные напитки и др. Имеет широкий диапазон измерений от 0,3 до 12 м, небольшую погрешность в размере 0,25%, взрывозащищенное исполнение и степень защиты от внешних воздействий IP68 [5].

Среди имеющихся на рынке расходомеров был выбран расходомер переменного перепада давления на базе ОНТ Annubar Метран-350SFA фирмы «Метран». Его преимуществом перед другими являются: низкая погрешность измерений, большой диапазон рабочей температуры, большой диапазон диаметра трубопровода, мгновенное вычисление массового расхода жидкости, пара, газа, или объемного расхода газа, приведенного к стандартным условиям. Помимо этого, установка данного расходомера экономична и менее трудоемка по сравнению с установкой измерительного комплекса на базе стандартной диафрагмы [3].

При выборе основного контроллера управления важно учитывать, эксплуатационные и потребительские характеристики. Технические и эксплуатационные характеристики задаются техническими условиями и требованиями конкретного производства, а они являются определяющими. Выбрав по ним подходящие контроллеры, оценивают потребительские свойства, которые показывают соотношение показателей затраты / производительность / надежность.

Для выбора контроллера был произведён сравнительный анализ трех контроллеров разных производителей – Yokogava (Centum VP), Schneider Electric (Modicon Quantum) и Siemens (Simatic S7-1500).

Поскольку технические характеристики данных контроллеров между собой схожи, мы, ориентируемся по цене – стоимость контроллера компании «Siemens» существенно ниже. На основании этого был выбран контроллер Simatic S7-1500 компании «Siemens». К наиболее важным характеристикам контроллера относятся: быстродействие процессора, и большой объем памяти до 2 Гб, малое время выполнения логической команды, наличие сторожевого таймера – устройство, определяющее момент зависания процессора и выполняющее автоматическую перезагрузку контроллера, наличие таймера реального времени, число встроенных и наращиваемых входов/выходов, наличие в контроллере необходимого числа модулей ввода/вывода, как специальных, так и коммуникационных [6].

При проектировании системы автоматизации предлагается использовать многоуровневую распределённую систему управления, которая будет осуществлять следующие функции: сбор данных о состоянии технологического процесса, управление технологическим процессом и визуализацию состояния технологического оборудования, обработку данных и дистанционное управление технологическим оборудованием.

Структурная схема АСУТП состоит из 3 уровней.

Первый уровень представлен датчиками и исполнительными механизмами. На этом уровне выполняются следующие функции:

  • непрерывное измерение технологических параметров;
  • передача информации о состоянии технологического объекта на второй уровень.

Второй уровень представлен контроллерным оборудованием, состоящим из контроллера РСУ и контроллера противоаварийной защиты (ПАЗ). На этом уровне выполняются следующие функции:

  • сбор информации от датчиков;
  • первичная обработка информации;
  • сравнение действительных значений с заданными значениями;
  • выдача необходимых управляющих воздействий на первый уровень.

Третий уровень представлен автоматизированным рабочим местом оператора технолога, инженерной станцией и сервером базы данных. Информация, необходимая для контроля и управления технологическим процессом, поступает на третий уровень от контроллеров. На этом уровне выполняются следующие функции:

  • сбор информации от контроллеров;
  • информационный мониторинг по всем технологическим участкам;
  • хранение информации о ведении технологического процесса;
  • контроль и управление технологическим процессом;
  • анализ протекания технологического процесса.

Связь между первым и вторым уровнем осуществляется с помощью аналоговых (4-20 мА) и дискретных (0-24 В) сигналов.

Сигналы с датчиков в виде аналоговых сигналов поступают в модули ввода аналоговых сигналов контроллера РСУ и системы ПАЗ. Далее, после обработки этих сигналов ЦПК, вырабатываются управляющие сигналы, которые через модули вывода контроллера РСУ поступают на регулирующие органы в виде аналоговых и дискретных сигналов.

Если какие-либо параметры вышли за регламентные границы, то в работу вступает система ПАЗ, которая берет на себя управление некоторыми параметрами.

Контроллеры РСУ и ПАЗ через сетевой коммутатор связаны с АРМОТ, инженерной станцией и сервером базы данных посредством сети Ethernet [5, c. 464].

Таким образом реализация системы АСУТП на базе вышеперечисленного комплекса средств измерений и обработки позволяет в достаточной мере решить задачу построения системы автоматизации процесса гидрокрекинга в стационарном слое катализатора.

Список литературы

  1. Датчик давления Метран-150. [Электронный ресурс] // Сайт компании «МЕТРАН» – Режим доступа: https://www.metran.ru/catalog/pressure/
    metran-150/#0 (дата обращения 29.05.2023).
  2. Метран – 286 Термопреобразователь с унифицированным выходным сигналом для точных измерений. [Электронный ресурс] // Сайт компании «Промприбор» – Режим доступа: http://xn--90anlhdbcfdd.xn--80adxhks/catalog/metran-286/?ysclid=lgnk9le9yj864842687 (дата обращения 29.05.2023).
  3. Метран 350 SFA Расходомер переменного перепада давления. [Электронный ресурс] // Сайт компании «Новые Технологии» – Режим доступа: https://mtk.nt-rt.ru/price/product/213486?ysclid=lgnk3jp1dd780137889 (дата обращения 29.05.2023).
  4. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: cправочное пособие // А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; под ред. А.С. Клюева.- 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. 464 с.
  5. Уровнемеры Rosemount серии 3100. [Электронный ресурс] // Сайт компании «Приборы и Автоматика» – Режим доступа: https://www.k-avtomatika.ru/catalog/datchiki-urovnya/urovnemery-rosemount/beskontaktnye-ultrazvukovye-urovnemery/rosemount-3100-3101-3102-3105.html (Дата обращения 29.05.2023).
  6. Siemens S7-1500 Программируемый контроллер. [Электронный ресурс] // Сайт компании «Промэнерго Автоматика» – Режим доступа: https://www.siemens-pro.ru/components/s7-1500.htm (дата обращения 29.05.2023).

Интересная статья? Поделись ей с другими: