О САЙТЕ
Добро пожаловать!

Теперь вы можете поделиться своей работой!

Просто нажмите на значок
O2 Design Template

ФЭА / АИТ / КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине: «Моделирование систем» на тему: «Составление математической модели электродегидратора установки подготовки нефти на примере Северо-Альметьевской УКПН»

(автор - student, добавлено - 11-01-2014, 10:09)

 

СКАЧАТЬ:  listq.zip [1,1 Mb] (cкачиваний: 121)

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Моделирование систем»

на тему: «Составление математической модели электродегидратора установки подготовки нефти на примере Северо-Альметьевской УКПН»

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение……………………………………………………………………………...3

Теоретическая часть…………………………………………………………………4

1.1.         Описание хода технологич

Изм.

 

Лист

 

№ докум.

 

Подпись

 

Дата

 

Лист

 

2

 

 

 

 

 Разраб.

 

 

 

 Провер.

 

 

 

 Реценз.

 

Ф.И.О.

 

 Н. Контр.

 

Ф.И.О.

 

 Утверд.

 

Ф.И.О.

 

                   

Составление математической модели электродигидратора

 

Лит.

 

Листов

 

 

 

 

еского процесса и функциональной схемы    производственного объекта……………………………………………….4

1.2.         Используемый комплекс технических средств автоматизации………...5

1.3.         Назначение и устройство ЭД…..……………………………………...….7

Расчётная часть………………………………………………………………………8

    2.1 Составление статической модели процесса………………………..………..8

    2.2 Корреляционный и регрессионный анализы………………………………12

    2.3 Составление уравнения динамики…………………………...……………..32

    2.4 Материальный баланс…………...……………...…………………………...35

2.5 Проектирование системы управления …………………..…….…………...36

Заключение……………………………………………………………………….…41

Список литературы…………………………………………………………………43

Приложение 1. Функциональная схема автоматизации…………………………44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Изм.

 

Лист

 

№ докум.

 

Подпись

 

Дата

 

Лист

 

3

 

Составление математической модели ЭД

 

Моделирование представляет собой процесс замещения объекта исследования некоторой его моделью и проведение исследований на модели с целью получения необходимой информации об объекте. Модель — это физический или абстрактный образ моделируемого объекта, удобный для проведения исследований и позволяющий адекватно отображать интересующие исследователя физические свойства и характеристики объекта. Удобство проведения исследований может определяться различными факторами: легкостью и доступностью получения информации, сокращением сроков и уменьшением материальных затрат на исследование и др.

В данной работе вопрос построения математической модели рассматривается на примере составления математической модели электродегидратора на – Северо-Альметьевской УКПН НГДУ «Альметьевнефть».

Курсовая работа состоит из трех частей. В первой части дается описание функциональной технологической схемы процесса подготовки нефти, которое позволяет представить место и функции средств автоматизации в общей технологической схеме, выявить закономерные связи параметров процесса, также наглядно демонстрирует непосредственно сам процесс подготовки нефти на рассматриваемой установке. Вторая часть работы является расчетной и включает составление статической и динамической моделей ЭДГ, моделирование всего процесса и проектирование системы управления. В третьей части представлен графический материал, включающий функциональную технологическую схему с автоматизацией на формате А3.

 

 

 

 

 

 

Теоретическая часть

Изм.

 

Лист

 

№ докум.

 

Подпись

 

Дата

 

Лист

 

4

 

Составление математической модели ЭД

 

 

1.1.Описание хода технологического процесса и функциональной схемы       производственного объекта

      В шаровые отстойники ШО-1¸4 II и III ступени обессоливания нефть поступает из горизонтальных отстойников ступени обезвоживания ГО-1¸8, где происходит окончательный процесс обезвоживания и обессоливания нефти.

Перед ступенью обессоливания в нефть насосами Н-7/2,3 подается теплая пресная вода с температурой 25 ¸ 35 оС из системы циркуляционного водоснабжения в количестве  6 ¸ 30 м3/час.

В шаровых отстойниках ШО-1¸4 рабочее давление 3 ¸ 4,5 кгс/см2 регистрируется по месту манометрами поз. 43,46,49,52. Водяная подушка в отстойниках ШО-1¸4 контролируется первичными приборами поз. 44,47,50,53. Сигнал с них поступает на регулирующие клапаны сброса воды поз. 45,48,51,54. Расход теплой пресной воды, подаваемой в нефть, измеряется диафрагмой камерной , регулируется регулирующим клапаном . Содержанием воды в нефти измеряется после отстойников ШО-1¸4 влагомером сырой нефти  поз. 55.

Из отстойников ступени обессоливания ШО-1¸4 нефть, обезвоженная и обессоленная до установленной нормы (содержание воды не более 0,5 % масс., солей не более 100 мг/л) поступает в буферную емкость Е-7/2. Обезвоженная и обессоленная нефть из емкости Е-7/2 направляется  на блок стабилизации.

В емкости Е-7/2 максимальный и минимальный уровень регистрируются датчиками-реле уровней поз. 56 и поз. 57. Превышение давления в Е-7/2 (до 4,5 кгс/см2) регистрируется датчиком избыточного давления поз. 70, подача нефти из Е-7/2 регулируется через регулирующий клапан

Сбрасываемый дренаж (водонефтяная эмульсия), отделившаяся в отстойниках обессоливания и обезвоживания, содержащая остаточный реагент-деэмульгатор с температурой 25 ¸ 40 оС подается в сырую нефть перед технологическими резервуарами САТП [1].


1.2.Используемый комплекс технических средств автома

Изм.

 

Лист

 

№ докум.

 

Подпись

 

Дата

 

Лист

 

5

 

Составление математической модели ЭД

тизации

Таблица №1

 

Измеряемый параметр

Назначение

прибора

Тип

прибора

Примечание

 

 

 

1

 

 

 

Температура

 

 

Измерение температуры межтрубного пространства

Термометр технический

ТТ-П-2,

ТСМ-0595-01,

ДТ 0644Н

 

По месту

 

Температура подшипников электродвигателя

Датчик температуры (ДТ)

По месту

 

 

2

 

 

 

Уровень

 

Измерение уровня в

буферной емкости Е-7/2

 

 

Датчик-реле уровня

РОС101-021И

Показание на щите в операторной

 

 

3

 

 

 

 

 

Давление

Давление в шаровых отстойниках ШО-1¸4

Манометр МП4Ух10

Установка по месту

Давление в буферной емкости Е-7/2

 

Датчик избыточного давления 3051

Показание на щите в операторной

Давление на приеме насоса обессоленной нефти Н-3/1,2,3

Манометр

МП-4Ух6

Установка по месту

Давление на выкиде насоса обессоленной нефти Н-3/1,2,3

Манометр электро-контактный

ВЭ-16рбх25

Установка по месту

 

4

 

 

Расход

Расход нефти перед отстойниками

Диафрагма камерная

ДКС10

Показание на щите в операторной

Расход воды на обессоливание

Диафрагма камерная ДКС10

Показание на щите в операторной

5

Влажность

Содержание влаги в трубопровод обессоленной  нефти после Ш0-1¸4

Влагомер сырой нефти ВСН

Показание на щите в операторной

 

 

Изм.

 

Лист

 

№ докум.

 

Подпись

 

Дата

 

Лист

 

6

 

Составление математической модели ЭД

 

Приборы автоматики

FT – прибор для измерения расхода, бесшкальный, с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (например, дифманометр.)

PI – прибор для измерения давления (разрежения), показывающий, установленный по месту (любой показывающий манометр, дифманометр, тягомер, напоромер, вакуумер и т.п.).       

 TT - Прибор для измерения температуры, бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту. Например: термометр манометрический (или любой другой датчик температуры) бесшкальный с пневмо или электропередачей

TI – прибор для измерения температуры, показывающий, установленный по месту (термометр ртутный, термометр манометрический).

TE – первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения температуры, установленный по месту (термометр термоэлектрический, термометр сопротивления.

LE – первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения уровня, установленный по месту (например, датчик электрического или емкостного уровнемера).

LT – прибор для измерения уровня, бесшкальный, с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (например, уровнемер бесшкальный с пневмо- или электропередачей) [6].

 

 

Изм.

 

Лист

 

№ докум.

 

Подпись

 

Дата

 

Лист

 

7

 

Составление математической модели ЭД

 

1.3.Назначение и устройство электродегидратора

         Принцип действия электродегидратора: при попадании нефтяной эмульсии в электрическое поле, частицы воды, заряженные отрицательно, перемещаются внутри элементарной капли, придавая ей грушевидную форму, острый конец которой обращен к положительно заряженномуэлектроду. С переменой полярности электродов капля вытягивается острым концом в противоположную сторону. Если частотапеременного тока равна 50 Гц, то капля будет изменять свою конфигурацию 50 раз в секунду. Под воздействием сил притяжения отдельные капли, стремящиеся к положительному электроду, сталкиваются друг с другом, и при достаточно высоком потенциале заряда происходит пробой диэлектрической оболочки капель. В результате мелкие капли воды сливаются и укрупняются, что способствует их осаждению в электродегидраторе.                   Поскольку соль в нефти растворена в воде, удаление соли и воды одновременно с помощью электродегидратора - это простое решение.  Однако произвести обессоливание в один этап не возможно. Поэтому при высокой концентрации соли, в нефть добавляютпресную воду и промывают несколько раз вэлектродегидраторе, состоящем из двух-трех последовательно соединенных ступеней.                                                                                                                 Снижение содержания солей в нефти при помощи электродегидратора дает значительную экономию: примерно вдвое увеличивается ресурс установок, сокращается расход топлива, уменьшается коррозия аппаратуры, снижаются расходы катализаторов, улучшается качество газотурбинных и котельных топлив, коксов и битумов. Необходимо подогревать эмульсию до электростатической дегидрации для того, чтобы способствовать разрушению стабилизированных эмульсий. Эта термо- и электростатическая дегидрация может быть спроектирована в виде одного резервуара, термосепаратор.

Шаровые электродигидраторы представляют собой сферические емкости диаметром 10,5 м. Их внутреннее устройство примерно такое же, как и вертикальных (см. рис. 1). Основное отличие состоит в том, что в шаровых электродиграторах имеются три сырьевых ввода, расположенных равномерно вокруг вертикальной оси аппарата на расстоянии 3 м от нее, и соответственно – три

Изм.

 

Лист

 

№ докум.

 

Подпись

 

Дата

 

Лист

 

8

 

 

Составление математической модели ЭД

 

пары электродов.  Расстояние между верхними и нижними электродами каждой пары 150 мм. Производительность шаровых электродигидраторов состоит в том, что их нельзя устанавливать перед АТ и АВТ с тем, чтобы они работали под напором сырьевых насосов нефтеперерабатывающих установок. Такая возможность исключена, поскольку они рассчитаны на сравнительно низкое давление 0,6 - ,07 МПа. Строить же их на более высокое давление сложно и дорого. Даже при таком низком расчетном давлении толщина стенки электродегидраторов из-за большого их диаметра весьма велика 24 мм. При более же высоком давлении толщина стенки электродегид­раторов должна быть еще больше [2].

 

 Рис. 1 Шаровый электродегидратор ЭДШ-600

1 – вывод обессоленной нефти, 2 – трансформатор, 3 – устройство для регулирования расстояния между электродами, 4 – электроды, 5 – распределительная головка, 6 - теплоизоляция, 7 – ввод сырой нефти, 8 – дренажный штуцер.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчётная часть

Изм.

 

Лист

 

№ докум.

 

Подпись

 

Дата

 

Лист

 

9

 

Составление математической модели ЭД

 

2.1 Составление статической модели процесса

 

Свх

 

ЭДГ

 

Р

 

Свых

 

Qв.вх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Параметры электродегидратора

 

Входные параметры:

Р – давление, кгс/см2,

Свх – концентрация соли на входе, мг/л,

         Qв.вх  – расход пресной воды на входе м3/ч.

Критерием оптимальности был выбран один из выходных параметров объекта – концентрация соли на выходе Свых.

Исходным статистическим материалом служит выборка объемом в 60 измерений, собранная с изучаемого объекта в режиме нормальной эксплуатации (пассивный эксперимент) (см. табл. 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходный статистический материал

Изм.

 

Лист

 

№ докум.

 

Подпись

 

Дата

 

Лист

 

10

 

Составление математической модели ЭД

 

Таблица №2

 

Р

Qв.вх

Свх 

Свых

1

3,3

21

0

0

2

3,3

21

0

0

3

3,3

21

0

0

4

3,3

20

0

0

5

3,3

21

768

25

6

3,3

17

1659

28

7

3,3

17

778

26

8

3,3

17

595

24

9

3,3

18

568

17

10

3,3

16

600

20

11

3,3

17

646

21

12

3,3

17

770

23

13

3,3

17

0

0

14

3,3

18

0

0

15

3,3

17

0

0

16

3,3

17

0

0

17

3,3

16

774

23

18

3,3

17

860

26

19

3,3

16

711

35

20

3,3

17

650

28

21

3,3

16

687

30

22

3,3

16

708

27

23

3,3

16

690

24

24

3,4

17

577

25

25

2,4

17

0

0

26

2,6

16

0

0

27

2,5

16

0

0

28

Изм.

 

Лист

 

№ докум.

 

Подпись

 

Дата

 

Лист

 

11

 

Составление математической модели ЭД

 

2,6

15

0

0

29

2,3

17

823

20

30

3,3

18

1500

21

31

3,3

17

1280

26

32

3,3

15

1170

22

33

3,3

16

799

34

34

3,3

18

670

41

35

3,3

15

2500

44

36

3,3

14

2000

46

37

3,5

17

0

0

38

3,5

17

0

0

39

3,5

16

0

0

40

3,5

16

0

0

41

3,4

15

1245

46

42

3,4

15

1300

42

43

3,5

17

914

29

44

3,5

17

753

26

45

3,5

17

1750

17

46

3,5

17

1297

25

47

3,5

17

990

27

48

3,5

17

786

22

49

3,5

16

0

0

50

3,5

14

0

0

51

3,5

15

0

0

52

3,5

17

0

0

53

3,5

17

985

35

54

3,5

19

972

30

  …

60

3,5

17

1100

26

 

 

2.2. Корреляционный и регрессионный анализы

 

Краткие сведения из теории

Обработка результатов пассивных экспериментов для получения математической модели проводится методами классического регрессионного и корреляционного анализа.

Для иллюстрации метода корреляционного анализа рассмотрим две случайные величины X и Y, для которых известны законы распределения. Предположим, что для них будет справедливо приближенное уравнение регрессии:

                                                                                                                                (2.1)

 

Изм.

 

Лист

 

№ докум.

 

Подпись

 

Дата

 

Лист

 

12

 

Составление математической модели ЭД

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3 Корреляционное поле

 

Представим поле корреляции в виде чертежа с результатами опытов, отмеченных точками в соответствующей системе координат (рис. 3).

Вид уравнения регрессии выбирается путем экспериментального подбора. При изучении зависимости от одного параметра необходимо для определения вида уравнения регрессии построить эмпирическую линию регрессии.

Затем последовательно соединяют точки  отрезками прямой.

 

Рис. 4 Построение эмпирической линии регрессии по опытным данным

Полученная ломаная линия называется эмпирической линией регрессии у по х. По виду эмпирической линии регрессии можно подобрать уравнение регрессии .

Изм.

 

Лист

 

№ докум.

 

Подпись

 

Дата

 

Лист

 

14

 

Составление математической модели ЭД

 

Частными случаями уравнения линейной регрессии с одной независимой переменной х являются:

1. Полиномиальная регрессия, когда

                                                                                     (2.2)

и ее разновидности

- линейная регрессия от одной переменной (m=1):

 

с помощью функции line(x,y)                                                                           (2.3)

- параболическая регрессия (m=2):

                                                                                                (2.4)

по формуле:

                                                               (2.5)

- кубической зависимость (m=3):

                                                                                     (2.6)

2.Трансцендентная регрессия

и ее разновидности

- в виде зависимости показательного типа:

                                                                                                                (2.7)

которая линеаризуется путем логарифмирования:

                                                                                                (2.8)

- в виде дробно-показательного типа:

                                                                                                              (2.9)

которая также линеаризуется путем логарифмирования:

                                                                                                 (2.10)

 

 

Для обратно-пропорциональной зависимости: если точечный график дает ветвь гиперболы, приближающую функцию можно искать в виде:

                                                                                                  (2.11)

 

Эмпирическое корреляционное отношение, характеризующее тесноту связи между X и Y, определяется следующим образом:

 

Изм.

 

Лист

 

№ докум.

 

Подпись

 

Дата

 

Лист

 

15

 


Ключевые слова -


ФНГ ФИМ ФЭА ФЭУ
Copyright 2018. Для правильного отображения сайта рекомендуем обновить Ваш браузер до последней версии!