Модернизация системы управления ректификационной колонной на базе систем усовершенствованного управления технологическим процессом
В работе рассматривается модернизация существующей автоматизированной системы управления ректификационной колонной, которая, в условиях конкретного месторождения, выполнена в виде двух колонн – колонны деэтанизации и колонны стабилизации. Также одним из аспектов данной работы является рассмотрение возможности применения и оценка ожидаемого эффекта от внедрения СУУТП (системы усовершенствованного управления технологическим процессом).
Термины и определения ………………………………………………………………………………. 14
Обозначения и сокращения ………………………………………………………………………….. 16
Введение ……………………………………………………………………………………………………… 17
1 Обзор литературы и постановка проблемы ………………………………………………… 19
2 Обоснование научной новизны и практической значимости ………………………. 25
3 Описание технологического процесса ……………………………………………………….. 28
3.1 Сырьё и продукты установки деэтанизации и стабилизации конденсата и
их схема движения …………………………………………………………………………………… 29
3.2 Основные сооружения ………………………………………………………………………… 29
3.3 Описание технологической схемы установки деэтанизации и
стабилизации конденсата …………………………………………………………………………. 30
4 Разработка модели системы управления ……………………………………………………. 39
4.1 Модель системы регулирования уровня среды в разделителе жидкости . 39
4.2 Модель системы регулирования для буферной емкости и колонны
ректификации ………………………………………………………………………………………….. 46
5 Описание динамики САР при различных стратегиях управления ………………. 52
5.1 Классическое ПИД-регулирование ……………………………………………………… 52
5.2 Управление с применением стратегии «Anti-windup control»……………….. 57
5.3 Управление с использованием управления с прогнозирующими моделями
(МРС) ………………………………………………………………………………………………………. 63
5.3.1 Сущность MPC-управления ………………………………………………………….. 63
5.3.2 MPC-управление процессами MIMO-системы «буферная емкость –
колона ректификации» …………………………………………………………………………. 71
5.3.3. Исследование влияния изменения режима работы системы ………….. 78
6 Описание системы автоматизированного управления технологическим
процессом ……………………………………………………………………………………………………. 82
6.1 Структура системы …………………………………………………………………………….. 82
6.2 Технические средства системы……………………………………………………………. 83
6.2.1. Технические средства среднего уровня …………………………………….. 83
6.2.2. Технические средства верхнего уровня …………………………………….. 85
6.3 Перспективы развития, модернизации системы …………………………………… 87
6.4 Численность и квалификация персонала системы ……………………………….. 87
6.5 Соблюдение требования безопасности ………………………………………………… 88
6.6 Обеспечение надежности системы ………………………………………………………. 88
6.7 Защита КТС от внешних воздействий …………………………………………………. 89
7 Раздел «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение»…………………………………………………………………………………….. 91
7.1 Оценка коммерческого и инновационного потенциала НТИ………………… 91
7.1.1 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования………………………………………………………………………………………… 91
7.1.2 Потенциальные потребители результатов исследования ……………….. 92
7.1.3 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………….. 93
7.1.4 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения………………………………………… 95
7.1.5 FAST-анализ ………………………………………………………………………………… 97
7.2 Планирование процесса управления НТИ: структура и график
проведения, бюджет, риски и организация закупок …………………………………. 101
7.2.1 Контрольные события проекта ……………………………………………………. 101
7.2.2 План проекта ………………………………………………………………………………. 102
7.2.3. Определение трудоемкости выполнения работ …………………………… 102
7.2.4. Разработка графика проведения научного исследования …………….. 103
7.3 Разработка устава научно-технического проекта …………………………….. 106
7.3.1 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты ……………… 106
7.3.2 Специальное оборудование для научных работ …………………………… 107
7.3.3 Основная и дополнительная зарплата научно-производственного
персонала……………………………………………………………………………………………. 108
7.3.4 Отчисления во внебюджетные…………………………………………………….. 110
7.3.5 Накладные расходы…………………………………………………………………….. 111
7.4 Определение ресурсной, финансовой, экономической эффективности112
7.4.1 Оценка сравнительной эффективности исследования ………………….. 112
7.4.2 Оценка абсолютной эффективности исследования ………………………. 114
7.4.2.1 Расчет чистой текущей стоимости ………………………………………… 115
7.4.2.2 Дисконтированный срок окупаемости…………………………………… 116
7.4.2.3 Внутренняя ставка доходности (IRR) ……………………………………. 117
7.4.2.4 Индекс доходности (рентабельности) инвестиций ………………… 119
7.5 Выводы по разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение»……………………………………………………………………………….. 120
8 Раздел «Социальная ответственность» …………………………………………………….. 121
8.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……. 122
8.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства ………… 122
8.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны …… 124
8.2 Профессиональная социальная безопасность …………………………………….. 125
8.2.1 Отклонение показателей микроклимата ………………………………………. 126
8.2.2 Превышение уровня шума ………………………………………………………….. 127
8.2.3 Электробезопасность ………………………………………………………………….. 128
8.2.4 Отсутствие или недостаток естественного света………………………….. 129
8.2.5 Электромагнитное и электростатическое излучения ……………………. 130
8.3 Экологическая безопасность……………………………………………………………… 131
8.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………… 133
8.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований ……………………………………………………………………………………… 133
8.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на рабочем месте
при проведении исследований …………………………………………………………….. 134
8.5 Вывод по разделу «Социальная ответственность»……………………………… 137
Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 138
Список используемых источников ……………………………………………………………… 139
Приложение А. Modernization of rectification column management system based on
advanced process control systems ………………………………………………………………….. 143
Приложение Б. Структурная схема технологического процесса УДСК ……….. 162
Приложение В. Модель системы управления процессами ректификации с
классическим ПИД-управлением ……………………………………………………………….. 163
Приложение Г. Модель системы управления процессами ректификации с
усовершенствованным управлением…………………………………………………………… 164
В настоящее время перед предприятиями первоочередными задачами
стоят не только вопросы безопасности, надежности производства, улучшения
качества продукции, но и такие задачи, которые позволяют повысить
прибыльность предприятия, решить вопросы экономичности производства и
сокращения экономических потерь. Системы усовершенствованного управления
технологическим процессом (СУУТП) или, иностранный вариант, АРС-
управление («Advanced Process Control») направлены на подъем такого
экономического показателя, как прибыльность предприятия за счет увеличения
производительности технологических установок, сокращения энергетических
затрат, вывода показателей качества продукции к стабильным значениям,
значительного редуцирования потерь при смене режима работы, а также
повышения как стабильности, так и безопасности работы установок. Помимо
этого, следует выделить повышение управляемости установок. МРС-управление
(«Model Predictive Control») или управление с прогнозирующими моделями
является основным направлением развития СУУТП. Использования такого
управления открывает возможность увеличения прибыльности предприятия в
ситуациях с жесткими ограничениями, наложенными на управляющие и
регулируемые переменные, а также в случае управления сложными объектами,
имеющими многопараметрическую структуру.
Нефтегазовая промышленность является ведущей отраслью
промышленности Российской Федерации, а объекты нефтегазовой
промышленности – сложные объекты, обладающие множеством параметров с
ограничениями, наложенными на эти параметры. Добыча природных
ископаемых плотно связана с их дальнейшей переработкой. При переработке
нефти и газа получается побочный продукт – нестабильный газовый конденсат.
Данный вид конденсата является сырьем для установок деэтанизации и
стабилизации конденсата (УДСК). Стабильный газовый конденсат предназначен
для использования в нефтехимической промышленности и получения топлива на
его основе. Также следует отметить, что вопросы полноты использования
природных ресурсов всегда стояли достаточно остро и игнорировать побочные
продукты, получаемые на различных этапах, нельзя. Отсюда следует, что
необходимо уделить особое внимание вопросам управления и регулирования на
предприятиях, где происходят процессы комплексной подготовки газа. А также
вопросам увеличения экономической эффективности предприятий, снижению
энергетических и материальных затрат, улучшению качества подготавливаемой
нефти и нефтепродуктов, экономии ресурсов.
В рамках данной диссертации предлагается модернизировать
имеющуюся систему АСУ ТП с применением СУУТП, получив в результате
повышение качества и надежности управления процессами ректификации и
снижение затрат производственного характера.
На данном этапе следует сформулировать цели и задачи модернизации:
1) Увеличение надежности автоматизированной системы управления;
2) Вывод управления технологическим процессом в оптимальные режимы;
3) Улучшение системы противоаварийных сигнализаций и защит (ПАСиЗ);
4) Усиление контроля над выбросами вредных веществ;
5) Увеличение прибыльности производства продукции.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (1241 отзыв)
5 (18 отзывов)
5 (91 отзыв)
4.8 (373 отзыва)
4.9 (522 отзыва)
5 (9 отзывов)
5 (21 отзыв)
4.9 (35 отзывов)
5 (44 отзыва)
