3.3 Температурные профили, контрольные зоны (оптимизация расположения датчиков)
Одним из существенных недостатков отечественной практики ректификации, а также ее проектирования, является недостаточное внимание к вопросам наблюдаемости и управляемости процесса.
Исследование способов оперативных косвенных измерений ключевых параметров процесса должно стать необходимой стадией повышения эффективности действующего процесса.Температурный профиль ректификационной колонны является важнейшим показателем режима работы колонны, легко доступным контролю. Под контрольной зоной (или тарелкой) понимается такая тарелка, на которой наблюдается наибольшая чувствительность изменения температуры к изменению какого-либо входного параметра. В общем случае положение контрольной тарелки в колонне не является величиной постоянной, ее местонахождение зависит от параметра и величины возмущения. Однако в пределах нормальной эксплуатации колонны смещение это не очень значительно, что позволяет определить область тарелок, наиболее чувствительных к возмущениям путем проведения минимального количества экспериментов на математической модели процесса. Практически любое возмущение процесса разделения можно преобразовать в эквивалентное изменение отбора от потенциала. Поэтому варьированием отборов вокруг базового значения (например, проектного) проще всего определить область максимальных изменений профиля температур. Любая тарелка в этой области может служить контрольной тарелкой. Этот простой принцип положен авторами в основу применяемой в данной работе методики определения контрольных зон. Пример применения предлагаемой методологии оптимизации расположения датчиков приведен ниже.
На рисунках 3.3 - 3.5 представлены температурные профили работы колонн при различных отборах (буквой N на указанных графиках обозначены номера тарелок). На рисунках 3.6 и 3.7 представлены примеры результатов обработки, графики отклонений температурного профиля колонн К-404 и К-101 от базового при различных отборах.
Рассмотрим подробнее. Если за базовый режим по отбору принять проектный, соответствующий отбору меньше потенциального (например,68
D/DonT = 0.98), то область наиболее чувствительных по температуре тарелок в этом случае находится между 30 и 45 тарелками в исчерпывающей секции колонны в соответствии с рисунком 3.6. В качестве контрольной тарелки может служить 35. Если за основной режим принять режим, соответствующий отбору больше потенциального, область наиболее чувствительных по температуре тарелок перемещается в укрепляющую секцию колонны и располагается между 83 и 93 тарелками и в качестве контрольной может служить 90-ая тарелка.
Для основного режима, соответствующего отбору, равному потенциальному, область наиболее чувствительных тарелок находится как в исчерпывающей (45 тарелке), так и в укрепляющей (65-80 тарелки) секциях колонны. Для колонны К-404 режим потенциального отбора является преимущественным по всем критериям, и для этой колонны контрольные тарелки следует определять при базовом отборе, равном потенциальному.
На рисунке 3.8 представлено влияние гидродинамики на области контрольных тарелок. Из рисунка видно, что для клапанных тарелок изменения температуры контрольных зон выражены намного сильнее (примерно в 4 раза), чем для ситчатых. Это означает, что тип контактного устройства значительно влияет на наблюдаемость объекта. Этот момент не отмечен в рассмотренных публикациях по ректификации.
Из данных подраздела и графиков на рисунках 3.3-3.8 можно сделать вывод, что наблюдаемость процесса ректификации можно существенно улучшить, если путем предлагаемой методологии математических экспериментов на моделях процесса
i
определить локализацию контрольных зон температурного профиля. Применение разработанной методики экспериментов на моделях с целью оптимизации режима позволило автору в ходе работ по договору №2222 между ОАО «СвНИИНП» и ОАО «Ачинский НПЗ» дать рекомендации [153] по снижению флегмовых чисел на ГФУ ОАО "Ачинский НПЗ", эквивалентных снижению энергозатрат на 35-40 %.
69
Номер тарелки
*
SS SS 70 72
74 7& 70 <90 Л? &А <Л5" «Л*
*U
Рисунок 3.3 - Колонна К-104.
Профили температуры при различных отборахУ
/о 9 vy\ W\4 в w\4 7 \\\\> \\\\ \\ЧЧ 6 .5 4 / -x J 2 2- J
X
/
\
4-
Л70 /Г0
/
/30 /SO
l.D/Dn=0,90 2. D/Dn=0,95 3.D/Dn=l,00 4.D/Dn=l,02
5. D/Dn=l,04 6.D/Dn=l,08 7. D/Dn=l,01
Рисунок 3.4 - Колонна К-101. Профили температур при различных отборах
У
4- г- so/Юл-а95
Ъ/дл*0&$
Ю/Ю/т.- $0347
Рисунок 3.5 - Колонна К-14. Профили температуры при различных отборах
/
У- f/-'64j - f/ - /as о
y.fa/7a#tf&/e .тгар&ллги
Рисунок 3.8 - Колонна К-403. Клапанные тарелки. Изменения (отклонения от базового) профиля температуры при различных отборах дистиллята для различных типов контактных устройств