Введение к работе
"
Актуальность проблемы. В последние годы нефтеперерабатывающая и нефтехимическая отрасли промышленности претерпевают изменения, которые в значительной мере обусловлены снижением добычи нефти, ростом цен на нефть и ужесточением норм по охране окружающей средь с одновременным увеличением доли перерабатываемых сернистых и тяжелых нефтей.
а этих условиях, при переходе к рыночным отношениям, ооу-бую значимость приобретают задачи повышения качества продукций а эффективности упрааіешія.
Решение указанных задач возможно путем внедрения прогрессивных технологий и совершенных автоматизированных систем управления технологическим процессами (АСУ 'Ш). которые, как правило, включают в свой состав, в качестве одной из подсистем, систему автоматического контроля качества сырья промежуточных и целевых продуктов. Работа этой подсистемы во многом определяет эффективность всей АСУ Тії, поскольку обеспечивает возмоз-ность проведения технологического процесса не по косвенным параметрам, а по целевым показателям качества, что упрощает проведение процесса, повышает качеотво продукции и позволяет, при необходимости, осуществить гибкий переход на заданный показатель качества в соответствии о требованием рынка.
Современная нефтеперерабатывающая отрасль промышленное та вырабатывает широкую номенклатуру товарных продуктов, однако основной об"ем, более Ь0% перерабатываемой нефти, ориентирован на выпуск нефтяных тошшв - моторных, реактивных п двэель-ішх топлив, мазута. На нуззды нефтехимической промшдаиноота используется 7-й/, добываемой нефти и газа, из которых 30% лдет на производство низших олефинов и столько же - на производство бензола, толуола. Применение совершенных систем авто-:«атлчеокого контроля качества указанных нефтепродуктов прз управлении процессами их производства позволяет свести к мяппыу-му промахи, которые при общем об"еме добываемой нефти в 400h 500 млн.т. я больших единичных мощностях технологлчеекпх установок приводят к ощутимым потерям для народного хозяйства.
2 нефтеперерабатывающей промышленности существует болев ^0 различных показателей качества и физако-химачеоких овойств сырья ч продуктов. Н большинства случаев показатели качества - уніоні!!-? характеристики, единицы измерения которых иоопро-".'о'.'.лтея строго р ;;етсг*«"нпрот!чнинх по конструкции средствах
измерений и режимах их эксплуатации. К ним относятоя фракционный соотав, октановое число, цетановое число, температура вспышка, давление насыщенных паров, температура застывания и др. Измерение показателей качества нефтепродуктов в основном осуществляется лабораторными методами, требующими значительных затрат времени, что исключает возможность использования результатов анализа для оперативного управления. Используемые автоматические анализаторы позволяют получать информацию только о некоторых показателях качества нефтяных топлив. К их числу относятся анализаторы фракционного состагш, анализаторы температуры конца кипения, анализаторы температуры начала кипения, анализаторы температуры вспышки. Опыт эксплуатации указанных оредств аналитического контроля на технологических потоках показывает, что простая автоматизация лабораторных установок не позволяет создавать аналитические средства контроля и на их базе HriC, отличающиеся оперативностью и надежностью функционирования, ^іменно этим и обосновывается настоятельная необходимость разработки автоматических систем аналитического контроля нефтепродуктов, основанных на новых принципах. Не менее важной является и задача совершенствования лабораторних методов, так как они в заводской практике аналитического контроля все еще имеют решающее значение.
В нефтехимической промышленности контроль качества продукции, как правило, осуществляется путам измерения концентрации одного или нескольких ключевых компонентов во многош.'лонент-ных анализируемых смесях, для этих целей используют методы анализа полного состава многокомпонентной смеси к из результатов анализа извлекавт требуемую информацию о содержании ключевых компонентов. Основным средством получения информации о ключевых компонентах являются промышленные хроматографы, которые, несмотря на свои универсальность, обладают неудовлетворительными динамическими характеристиками из-за процессов хромато-графичеокого разделения.
Как следует из вышеизложенного, на сегодняшний день про-гтлжает оставаться ситуация, при которой, с одно»: стороны, разработаны совершенные средства вычислительной техника, а с другой стороны,еще не разработаны многие первичиче измерительные преобразователи показателей качества, физико-химических свойств и состава нефтепродуктов. Технические и метрологические х.- іктеристика используемі і средств аналитического контроля во многом неудовлетворительны. Результатом этого
является лишь частичное использование громадных возможностей средств ли числительной техники о точки зрения управления и, как следствие, невысокая эффективность существующие и вновь создаваемых АСУ Ш.
Все приведенные выше обстоятельства определяют актуальность проблемы разработки новых принципов аналитического контроля веществ и создания на их осново высокоэффективных методов и средств автоматизации контроля качества нефтепродуктов.
Диссертационная работа выполнялась на кафедре "Метрология, стандартизация в управление качеством" Азербайджанской Государственной Нефтяной Академии в соответствии с планом развития народного хозяйства Азербайджанской ССР(постановления Cm Азерб.ССР .* 348 от 02.11.76 и № 385 от 1^.12.85 г.), координационным планом НИР в области метрологии и стандартизации на 1а#7-1эУ0 г. г. Госкомитета по народному образованию СССР (приказ іллнвуза СССР № 727 от 16.10.87 г.), координационным планом Академии наук СССР по проблеме "Хроматография, электрофорез" на ІУ86-ІЗУ0 г.г., с медвузозокой программой НИР "Научные приборы" &\1\ ВУЗа СССР ІУ87 г.
Цель работы. Создание теоретических основ аэрозольно-теп-ловых методов и средств аналитического контроля веществ для ШО нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, разработка принципов их построения и методов раочета, а также решение с помощью этих средств-ряда актуальных задач автоматизации контроля качества веществ в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промиоленноотв.
Научная новизна. Сформулировал и научно обоснован новый метод стоматического аналитического контроля веществ, названный аэрозольно-тепловым, сущность которого состоят в получении измерительной информации о показателях качества и составе веществ путем преобразования исследуемого вещества в газоялдко-стную дисперсную систему (аэрозоль) л измерении ее температуры в процессе формирования частиц аэрозоля пли при изменении разового состояния этих частиц.
Создана теория газодинамического аэрозольнс—теплозого аналитического контроля веществ на основе исследований процессов тепломассообмена в газотадхостнчх дисперсных системах и принципов формирования измерительной информации тепловыми преобразователями в указанных системах.
ha основе иосчячований кинетических закономерностей реакции озона с ГіЄі!іО0ТТ'.тми, процессов тепломассообмена при
конденсаций продуктов указанной реакция я принципов формирования измерительной информации тепловыми преобразователями в га-80ЖИДН0СТН0Й дисперсной системе разработана теория конденсационного аэрозольно-теплового аналитического контроля веществ.
Найдеш схемные и конструктивные решения аналитических измерительных устройств,, являющихся основными узла'и газодинамических и конденсационных аэрозольно-тепловых аналитических приборов и ІІИ0 качества и состава нефтепродуктов.
Разработаны математические модели сигналов аэрозольно-тепловых аналитических измерительных устройств на основе совместных решений измерительных уравнений тепловых преобразователей с уравнениями: тепломассообмена при динамическом испарении жидкой дисперсной фазы; тепломассообмена при конденсации вещества дясперсной фазы; кинетики реакции озона с веществами и тепломассообмена при конденсации продуктов реакции.
Предложены и реализованы с помощью аэрозольно-тепловых средств аналитического контроля методы получения измерительной информации о показателях качества, физико-химических свойствах и составе широкого класса нефтепродуктов.
Разработаны инженерные метода расчета режимных и основных конструктивных параметров аэрозольно-тепловых средств аналитического контроля, базирующиеся на математических моделях сигналов аналитических измерительных устройств.
Найдены решения ряда актуальных задач контроля качества веществ в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, обеспечивающие автоматизацию, экспрессность и возможность создания высокоэффективных *ЫС.
Результаты разработок по теме диссертации защищены п'ост-надцатью авторскими свидетельствами на способы и устройства.
Практическая ценность работы. Использование принципов аэрозольно-теплового аналитического контроля в промшмеянооти и научных исследованиях позволяет создавать средства автоматического аналитического контроля и на их основе МО качества нефтепродуктов, обладающие лучшими технико-экономическими характеристиками, чем известные.
Разработанные математические модели аналитических измерительных устройств позволяют, о достаточной для практики анали-тичеохого прибороотроения точноотью, осуществлять проектирование аэрозольно-тепловых средств аналитического контроля.
Созданные аэрозольно-тепловне аналитические измерительные
устройства могут быть использованы в качестве детекторов(сен-ооров) в газовой и яидкоотноі! хроматографии.
внедрение в нефтеперерабатывающую и нефтехимическую отрасли промышленности азрозольно-теїмоннх средств аналитического контроля, отличающихся бнст^оаейстнием, селг чти внос тью и на-делшостыо, позволяет «уплотненно повысить эффективность ШС качества и состава нефтепродуктов и успешно реиаіо важную народнохозяйственную задачу - повышение качества продукции и эффективности управления.
Разработанные аэрозолыю-тепловые средства аналитического контроля испытаны в промышленник условиях и внедрены со значительным экономическим эффектом на предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Часть разработок передана проектно-конструкторским организациям по созданию средств аналитического контроля.
Полученные в работе результаты используются в лекционных курсах Азербайджанской Государственной Нефтяной" Академии, предназначенных для студентов специальностей I'u.Oo, ііі.ОЗ и для слушателей факультета повышения квалификации в области метрологии, стандартизации и управления качеством, а также в учебной исследовательской работе студентов указанных специальностей.
Апробация работы. Основные положения проведенных исследований и результата внедрений докладьвалиоь на следующих научно-технических конференциях,, совещаниях » семинарах.
jeeco3HHit семинар "Применение газовых хроматографов в
системах промышленного контроля л регулирования", г.Андижан,
1-J'fb.
Всесоюзная науччо-їехническвя конференция И/іО-77,г.Баку.
Всесоюзная конференция по промышленной и препаративной хроматографии, г.Андижан, 1Ь80 г.
Всесоюзная конференция "Проблемы создания и опыт внедрения лСУ в нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимачеокой промышленности", г.Оумгаит, I'JSO г.
Всесоюзный семинар "Применение автоматических хроматографов", г.Баку, ГавЗ г.
Всесоюзное совещание "Хроматографическая аппаратура, методы і! средства метрологического обеспечения", г.СуыгаитДЭезг,
Всесоюзная научно-техническая конференция "Фязико-хпми- , ческие методы и инженерно-технические реданпя в аналитическом приборостроении", г.Одесса, ІУ84 г.
Всесоюзное совещание "Современные проблемы хроматографии а хроматографического приборостроения", г.Москва, ІУЬб г.
Всесоюзная научно-техническая конференция "Проблемы создания, опыт разработки, внедрения автоматизированних систем управления в нефтяной, газовой и нефтехимической промиїшіс інос-ти и об"ектах нефтеонабжения", г.Сумгаит, ІУУ0 г.
Научные конференции профессорско-преподавательского соста
ва Азербайджанской Государственной Нефтяной Академии г.Баку,
1975-ЬіЮ г. г. '
Технические разработки автора неоднократно демонстрировались на Всесоюзных и Республиканских выставках и были удостоены серебряной медали ВДНХ.
публикации. Основное содержание работы раскрыто в 46 публикациях, в том числе в 2-х монографиях, 2-х брошюрах, Ъ статьях, 16 авторских свидетельствах, тезисах 7 докладов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований включены в отчеты гообю.'.жетных работ кафедры "Метрология,' стандартизация в управление качеством" Азербайджанской Государственной Нефтяной Академии "Разработка методов и средств автоматического аналитического контроля для АСУ ТЦ нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности" /& Гос.регистрации .0І8И00565І/ и "Разработка и исследование методов автоматического контроля состава и физико-химических свойств веществ и создание на их основе новых рабочих средств измерений"/ )і Гос.регистрации ОІШОСШВсй/, а также отражены в отчетах по научно-исследовательской теме "Разработка и исследование с]>едств автоматического контроля показателей качества и состава нефтепродуктов на базе унифицированного газоанализатора" / & Гос.регистрации 0182008Ь967/, выполняемой на хоздоговорных началах.
Рб"ем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Об"ем работы: 2Н6 страниц машинописного текст», 115 иллюстраций, 8 таблиц, 201 литературный источник и приложение.