Усовершенствованное автоматическое управление установкой первичной переработки нефти

Наумов, Дмитрий Павлович Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка модели установки первичной переработки нефти в среде UniSim и исследование эффективности применения этой модели для управления процессом нефтепереработки.
В данной работе был проведен обзор существующих концепций алгоритмов APC управления. Рассмотрены существующие на данный момент ПО, позволяющее моделировать процессы нефтегазодобычи и нефтепереработки. Разработана цифровая модель установки АВТ. Проведено исследование поведения цифровой модели на примере различных сценариев работы установки.

Для повышения качества регулирования основных технологических
параметров требуется применение новых, более совершенных и перспективных
подходов и методов по разработке и настройке систем автоматического
регулирования (САР). Эти новые подходы должны отвечать требованиям
универсальности, а также быть достаточно простыми по принципам организации
и функционирования для эффективного внедрения в различные сферы
промышленности [1].
На сегодняшний день ни одна из создаваемых или модернизируемых
автоматических систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) не
представляется без использования современных компьютерных технологий и
программного обеспечения. Использование новых разработок позволяет
увеличивать производительность, повышать качество конечной продукции,
снизить временные затраты и свести к минимуму возможные поломки
оборудования в ходе пусконаладочных работ при вводе оборудования в
эксплуатацию. Однако произошедший качественный скачок в составе решаемых
задач заставляет уделять больше внимания тщательной разработке,
модификации и сопровождению разработанного программного обеспечения
(ПО) для АСУ ТП [2].
В процессе разработки новой АСУ ТП основной задачей является
правильный выбор САР, последующий расчет и анализ ее характеристик. Уже на
этапе разработки структуры системы автоматического регулирования
разработчики сталкиваются с проблемой выбора управляющих алгоритмов.
Ключом к успешному решению данной проблемы является наличие
исчерпывающей информации об объекте управления (ОУ), необходимой для
создания его математической модели. Наличие математической модели ОУ
позволит разработчику более точно подходить к написанию управляющих
алгоритмов и определению параметров регуляторов, входящих в состав САР.
1.2 Обзор литературных источников
Классическим инструментом для моделирования САР, в частности самих
ОУ, является программный пакет Simulink [3; 4; 5].
Однако зачастую математические модели, созданы в программном пакете
Simulink не способны в полной мере описать динамику протекающих процессов
на технологических сооружениях нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей
промышленности [6].
Для математического моделирования процессов нефтепереработки и
нефтехимии применяется большое количество как зарубежного, так и
отечественного программного обеспечения. К современным программным
средствам моделирования процессов нефтепереработки предъявляются
следующие требования:
– удобный графический интерфейс (PFD – Process Flowsheet Diagram);
– набор термодинамических данных по чистым компонентам (база
данных) и средства, позволяющие выбирать определенные компоненты для
описания качественного состава рабочих смесей с возможностью добавления
пользователем новых компонентов;
– обширная библиотека операций и команд (статические и динамические
модели колонного оборудования, реакторов, теплообменников, циклонов,
фильтров и так далее);
– набор стандартных реакций для моделирования кинетики физико-
химических процессов;
– расчёты динамических систем для создания нестационарных моделей
и для моделирования переходных процессов [7];
– возможность проведения детального проектного и поверочного расчета
основного технологического оборудования;
– возможность проведения расчётов элементов конструкции
массообменного оборудования;
– возможность проведения экономической оценки проекта установки и
так далее [8].
Лидирующие позиции на рынке занимают продукты компаний: Invensys
Process Systems (торговая марка PRO/II), Aspen HYSYS (торговая марка
Aspentech), ChemStations (торговая марка CHEMCAD) и UniSim Design фирмы
Honewell. Имеются также разработки отечественных компаний (GIBBS,
ГазКондНефть и другие). Каждая программная разработка обладает своими
особенностями, которые определяют ее область применения [9; 10].
Основным инструментом для разработки математических моделей
установок и их исследования в данной работе является программный пакет
UniSim Design, поэтому рассмотрим его несколько подробнее.
UniSim Design широко известен в России и представляет собой
программный пакет, предназначенный для моделирования, проектирования и
проведения инженерных расчетов в стационарном и динамическом режимах
химико-технологических производств, контроля производительности
оборудования и оптимизации в области добычи и переработки углеводородов и
нефтехимии. Имеется возможность проведения расчетов основных
конструктивных характеристик сепарационного оборудования, емкостей,
теплообменной аппаратуры, тарельчатых и насадочных ректификационных
колонн, а также проведения оценки стоимости оборудования [11].
К на иболе е ва жным пре имуще ства м да нной програ ммы можно отне сти
сле дующе е :
– быстрый а на лиз ра ссчитыва е мой систе мы для выбора оптима льного

В первой главе была поставлена проблема: отсутствие у современных
разработчиков АСУ ТП адекватной модели объекта управления, комплексно
описывающей протекающие в нем процессы. Предложено решение – разработка
цифровой модели технологического объекта и интегрирование ее в
существующие концепции APC алгоритмов. Также был проведен обзор ПО,
использующееся для разработки моделей для объектов нефтегазодобычи и
нефтепереработки.
Во второй главе рассматривалась концепция разработки цифровых
моделей в ПО UniSim, а также особенности промышленной нефтепеработки.
В рамках третьего раздела были проведены следующие виды работ:
– моделирование одноконтурных динамических процессов в ПО UniSim
Design;
– моделирование одноконтурных динамических процессов в ПО
Simulink;
– моделирование сценария работы установки, рассматривающее процесс
одномоментной смены уставок по всем контурам в ПО UniSim Design
Результаты моделирования по пунктам 3.1 и 3.2 магистерской
диссертации говорят о том, что при знании конструктивных параметров
объектов, входящих в контур САР, необходимых для расчета передаточных
функций, модели объектов разработанные в ПО Simulink и UniSim являются
приблизительно эквивалентными по точности применительно для
одноконтурного управления.
Однако, модели Simulink не могут в полной мере учесть взаимное
влияние контуров регулирования друг на друга. По результатам моделирования,
представленными в пункте 3.3 цифровая модель АВТ Unisim, учитывая
одновременное изменения уставок по всем четырем контурам, улучшила
переходный процесс по объемному проценту жидкости низа колонны, за счет
увеличения входного массового расхода нефтяной смеси и потока орошения
следующим образом:
– время переходного процесса сократилось на 126,9 с;
– перерегулирование уменьшилось на 41,7 %.
В рамках четвертого раздела были проведено моделирование установки
АВТ с применением подхода MPC-управления в ПО Simulink. Проанализировав
результаты моделирования были сделаны выводы о том, что за счет
предложенного алгоритма MPC-управления система достигает лучших
переходных характеритик по сравнению с классическим подходом ПИД
регулирования. По времени переходного процесса система выигрывает на 6-15
%, по перерегулированию система ведет себя различно: в двух контурах
перерегулирование снизилось на 1-3 %, в двух оставшихся оно возросло на 16,7%
и 2,1%.
Хотелось бы отметить, что из-за ограниченных возможностей бесплатной
версии программного продукта UniSim функции MPC-регулирования не
доступны, поэтому исследование было проведено в Simulink.
Результаты моделирования раздела 3 магистерской диссертации говорят
о том, что модели в ПО UniSim комплексно лучше оценивают природу
протеканий технологических процессов. При наличии версии программного
продукта с поддержкой библиотек MPC данную концепцию алгоритма возможно
реализовать на цифровых моделях Unisim.
В разделе финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение приведён календарный план-график работ выполнения ВКР,
рассчитана смета затрат на разработку темы проекта и оценка эффективности
разработанной системы, согласно которой сделан вывод о превосходстве
выполненной разработки над аналогами.
В разделе социальная ответственность проведён проведен анализ на
выявление опасных и вредных факторов рабочего места оператора, разработаны
меры по снижению воздействия этих факторов на человека, разработаны
требования по эргономике рабочего места.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ
    Кормчий В.
    4.3 (248 отзывов)
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    #Кандидатские #Магистерские
    335 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ
    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету