Управление ректификацией нефти. Технологические диалоги

В. Г. Кузнецов 
УПРАВЛЕНИЕ РЕКТИФИКАЦИЕЙ НЕФТИ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ДИАЛОГИ
Практическое пособие 
Москва 
Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 
1 

УДК 665.6 
ББК 35.514 
К89 
Р е ц е н з е н т :  
кандидат экономических наук, доцент кафедры высшей математики  
и экономико-математических методов Самарского государственного  
экономического университета Сизиков А. П. 
Кузнецов, В. Г. 
К89  
Управление ректификацией нефти. Технологические диалоги : 
практическое пособие / В. Г. Кузнецов.  Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2021.  324 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0647-5 
Раскрыты теоретические основы управления ректификацией нефти. Описаны факторы процесса фракционирования нефти. Определены проблемы отечественной нефтепереработки. 
Для специалистов нефтеперерабатывающей промышленности, студентов 
и преподавателей нефтегазовых направлений подготовки. 
УДК 665.6 
ББК 35.514 
ISBN 978-5-9729-0647-5 
”  Кузнецов В. Г., 2021 
”  Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
”  Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
2 

ʓ˃ːː˞ˌ˕ˈˍ˔˕ːˈˢ˅ˎˢˈ˕˔ˢ˔˒˓˃˅ˑ˚ː˞ˏ˒ˑǦ
˔ˑ˄ˋˈˏ ˋˎˋ ˑ˒ˋ˔˃ːˋˈˏ ˓ˈˊ˖ˎ˟˕˃˕ˑ˅ ˍ˃ˍˑˆˑǦˎˋ˄ˑ
ː˃˖˚ːˑˆˑˋ˔˔ˎˈˇˑ˅˃ːˋˢ.ʬ˕ˑ˅˔ˈˆˑˎˋ˛˟ˋˊˎˑˉˈːˋˈ
(˅ːˈ˔ˎˋ˛ˍˑˏ˔˕˓ˑˆˑˌˇˋ˃ˎˑˆˑ˅ˑˌ˗ˑ˓ˏˈ)ˎˋ˚ːˑˆˑ
ˑ˒˞˕˃ ˓ˈ˛ˈːˋˢ ˊ˃ˇ˃˚, ˔˅ˢˊ˃ːː˞˘ ˔ ˖˒˓˃˅ˎˈːˋˈˏ
˓ˈˍ˕ˋ˗ˋˍ˃˙ˋˈˌ ːˈ˗˕ˋ. ʛˑˉːˑ ˕˃ˍˉˈ ˔˚ˋ˕˃˕˟
ˠ˕ˑ˕˕ˈˍ˔˕˒ˑ˒˞˕ˍˑˌˑ˕˅ˈ˕ˋ˕˟ː˃˃ˍ˕˖˃ˎ˟ː˞ˌ
ˇˎˢ ːˈ˗˕ˈ˒ˈ˓ˈ˓˃˄ˑ˕ˍˋ ʟʣ ˅ˑ˒˓ˑ˔, ˃ ˋˏˈːːˑ: ˒ˑǦ
˚ˈˏ˖ ˅ ˏ˃˛ˋːˑ˔˕˓ˑˈːˋˋ ˔ˎˑˉː˃ˢ ˊ˃ˇ˃˚˃ ˆ˃˓˃ːǦ
˕ˋˋ ˍ˃˚ˈ˔˕˅˃ ˋ ˑ˄˝ˈˏ˃ ˒˓ˑˋˊ˅ˑˇˋˏˑˌ ˒˓ˑˇ˖ˍ˙ˋˋ
˓ˈ˛˃ˈ˕˔ˢː˃˔˕˃ˇˋˋ˕ˈ˘ːˑˎˑˆˋ˚ˈ˔ˍˑˌ˒ˑˇˆˑ˕ˑ˅ˍˋ
˒˓ˑˋˊ˅ˑˇ˔˕˅˃, ˍˑ˕ˑ˓˖ˡ ˑ˔˖˜ˈ˔˕˅ˎˢˡ˕ ː˃ˋ˄ˑˎˈˈ ˍ˅˃ˎˋ˗ˋ˙ˋ˓ˑ˅˃ːː˞ˈ ˔˒ˈǦ
˙ˋ˃ˎˋ˔˕˞ ˑ˕˓˃˔ˎˋ ˒˖˕ˈˏ ˇˈ˕˃ˎ˟ːˑˌ ˃ˎˆˑ˓ˋ˕ˏˋˊ˃˙ˋˋ ˅˔ˈ˘ ˕ˈ˘ːˑˎˑˆˋ˚ˈǦ
˔ˍˋ˘ˑ˒ˈ˓˃˙ˋˌ,˃˅ːˈ˗˕ˈ˒ˈ˓ˈ˓˃˄ˑ˕ˍˈ(˅˚˃˔˕ːˑ˔˕ˋː˃˖˔˕˃ːˑ˅ˍ˃˘ʏʑʡ)ˠ˕˃
ˊ˃ˇ˃˚˃ˋˊǦˊ˃ːˋˊˍˑˆˑˍ˃˚ˈ˔˕˅˃˕ˈ˘ːˑˎˑˆˋ˚ˈ˔ˍˑˌ˒ˑˇˆˑ˕ˑ˅ˍˋ˓ˈ˛˃ˈ˕˔ˢ(ˈ˔ˎˋ
˓ˈ˛˃ˈ˕˔ˢ)ˑ˒ˈ˓˃˕ˋ˅ː˞ˏ˒ˈ˓˔ˑː˃ˎˑˏː˃˔˕˃ˇˋˋːˈ˒ˑ˔˓ˈˇ˔˕˅ˈːːˑˆˑ˕ˈ˘ːˑǦ
ˎˑˆˋ˚ˈ˔ˍˑˆˑ˖˒˓˃˅ˎˈːˋˢ˒˓ˑ˙ˈ˔˔ˑˏ,˒˓ˋ˚ˈˏ˅˖˔ˎˑ˅ˋˢ˘ːˈ˚ˈ˕ˍˑˌ˒ˑ˔˕˃ːˑ˅ˍˋ
˕ˈ˘ːˑˎˑˆˋ˚ˈ˔ˍˋ˘ ˙ˈˎˈˌ ˋ ˊ˃ˇ˃˚, ˃ ˕˃ˍˉˈ ˍˑˎˑ˔˔˃ˎ˟ːˑˆˑ ˋˊ˄˞˕ˍ˃ «˔˞˓ˑˌ»
ˋː˗ˑ˓ˏ˃˙ˋˋ.
ʜ˃ˇˈˡ˔˟,˚˕ˑˍˑˏ˖Ǧːˋ˄˖ˇ˟ˠ˕ˑ˕˕ˈˍ˔˕˄˖ˇˈ˕˒ˑˎˈˊˈː.


3 

СОДЕРЖАНИЕ 
ТИПОВЫЕ СОКРАЩЕНИЯ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ В ТЕКСТЕ ............. 6 
Глава I. ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМУ:  
ЧТО НЕ ТАК С УПРАВЛЕНИЕМ РЕКТИФИКАЦИЕЙ НЕФТИ? ........... 7 
1.1. В чем проблема? ............................................................................................... 7 
1.2. «Динамический запас» по отборам целевых продуктов.  
Так ли уж оптимален план? 
.................................................................................. 17 
1.3. Зона питания – ключ к контролю динамического запаса .......................... 46 
Глава II. ДВА КЛЮЧЕВЫХ ФАКТОРА ПРОЦЕССА  
ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ НЕФТИ. ИНФОРМАЦИОННАЯ  
ИНТЕГРАЦИЯ ДАННЫХ О СОСТОЯНИИ ПРОЦЕССА ........................ 72 
2.1. Каверзный вопрос: запас по отборам продуктов АВТ есть,  
а запаса по их качеству может не быть? ............................................................. 72 
2.2. Забытые подходы хорошо известной теории, или почему  
ректификация ректификации рознь. Технологический смысл Cut Points 
и наложений смежных продуктовых фракций  
.................................................. 92 
2.3. «Наблюдаемость, управляемость, идентифицируемость»  
технологического процесса. Обратная связь. Проблема достоверности  
данных о состоянии процесса ............................................................................ 104 
2.4. «Точное» моделирование АВТ: ИТ-технология оперативного  
контроля процесса, или «осторожный» технологический консалтинг ......... 124 
2.5. Откуда и как возникают различия в качестве управления  
теоретически однотипными процессами ректификации: проблема  
целеуказания  ....................................................................................................... 153 
Глава III. СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ  
ПРОЦЕССА ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ НЕФТИ НА АВТ РФ ................ 169 
3.1. Чем является технология: наукой, ремеслом или искусством?  
Как относиться к «творчеству» на рабочем месте? ......................................... 169 
3.2. Технологическая подготовка производства: кто отвечает  
за качество технологических карт, а кто за брак продукции? 
........................ 178 
3.3. Как разбить процесс фракционирования нефти на элементарные  
операции и описать их. И нужно ли делать это? ............................................. 191 
4 

Глава IV. КАК НАМ ОБУСТРОИТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ  
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ НЕФТИ? 
............................. 197 
4.1. Информационная модель перерабатываемого нефтесырья  
.................... 197 
4.2. Планирование температур раздела смежных фракций  
(Temperature Сut Points) и управление ими ...................................................... 218 
4.3. Контроль температурных наложений (налеганий) смежных  
продуктовых фракций, извлекаемых из нефти ................................................ 229 
ПРИЛОЖЕНИЕ 1: Эскиз технических требований 
................................... 256 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 
..................................... 317 
5 

ТИПОВЫЕ СОКРАЩЕНИЯ,  
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ В ТЕКСТЕ 
АВТ – атмосферно-вакуумная трубчатка (установка разделения нефти); 
НПЗ – нефтеперерабатывающий завод; 
ИТК – истинные температуры кипения (кривая фракционного состава); 
ТНК, ТКК – температуры начала и конца кипения (нефти или фракции); 
LP – линейное программирование (математический метод); 
АСУТП, АСУП – автоматизированные системы управления техпроцессом и 
производством. 
6 

 
 
 
Глава I 
  
 
ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМУ:  
ЧТО НЕ ТАК С УПРАВЛЕНИЕМ РЕКТИФИКАЦИЕЙ 
НЕФТИ? 
 
 
1.1. В чем проблема? 
 
1.1.1. ВОПРОС: в чем суть проблемы с управлением ректификацией нефти, 
которую вы предлагаете обсудить? 
 
ОТВЕТ. Если судить по отчетным данным НПЗ о состоянии технологии первичного разделения нефти на большинстве установок АВТ РФ, то складывается 
впечатление относительного технологического благополучия, однако при детальном анализе эффективности ректификации нефти обнаруживается неспособность оперативного технологического персонала стабильно и точно удерживать массу и состав технологических потоков установки в области оптимальных значений. Это означает не что иное, как наличие значимой проблемы с качеством управления ключевым и наиболее энергозатратным процессом НПЗ, 
что естественным образом ухудшает технологическую гибкость и экономическую эффективность всей схемы НПЗ. 
Основной причиной такого положения дел в ректификации нефти являются принципиальные методологические недостатки в технологическом обеспечении этого процесса, начиная с планирования работы АВТ («размытая», т. е. 
слишком «широкая» постановка технологической цели) и кончая технологическим регламентом и технологическими картами, которые содержат слишком 
широкие допустимые пределы параметров режима, не гарантирующие ни качества продукции, ни точности выполнения плановых заданий по отборам. Поэтому приходится констатировать неполную «наблюдаемость, управляемость и 
7 
 

идентифицируемость» указанного процесса, что противоречит требованиям 
концептуальной модели ISO/CIM современного производства. При этом обращает на себя внимание тот факт, что подобные недостатки технологического 
управления характерны именно для фракционирования нефти, но их, как это ни 
странно, значительно меньше в технологическом обеспечении процессов ректификации смесей с ограниченным числом компонентов. 
В условиях неполной «наблюдаемости, управляемости и идентифицируемости» процесса действия оперативного персонала установок АВТ при решении сложных задач управления процессом ректификации нефти теряют статус 
стандартизированных технологических манипуляций и превращаются в индивидуальные производственные импровизации, т. е. род своеобразного «искусства». Но такого рода творчество не может быть эффективным ни технологически, ни экономически. 
 
1.1.2. ВОПРОС: при очень большом желании некоторые частные огрехи 
можно найти в управлении любым процессом переработки нефти. Но 
почему именно «относительно благополучный», как вы говорите, 
технологический процесс первичного разделения нефти (т. е. хорошо 
изученная, устоявшаяся технически и теоретически технология, 
адекватно моделируемая во всех технико-экономических аспектах 
проектирования и планирования) выбран вами для анализа проблемы 
эффективности управления как наиболее актуальная технологическая проблема для НПЗ РФ? Разве, например, управление каталитическими и гидрокаталитическими процессами углубленной переработки нефти менее важно для НПЗ РФ, или эти процессы, по вашему 
мнению, более изучены и гораздо лучше управляемы? 
 
ОТВЕТ. Во-первых, для понимания специфики рассматриваемой проблемы 
следует принять во внимание особое положение процесса фракционирования 
нефти в схеме НПЗ (см. рис. 1.1). Дело в том, что эффективность управления 
всей схемой переработки нефти на НПЗ означает не что иное, как способность 
максимально точно и максимально оперативно контролировать массу и состав технологических потоков (включая потоки потерь) от входа НПЗ до терминалов отгрузки готовой продукции, приводя их в максимально точное соответствие с параметрами оптимального плана НПЗ на тот или иной период. Но 
оптимизационное планирование переработки нефти на НПЗ просто теряет 
смысл, если ключевой технологический узел распределения потоков по всей 
8 
 

схеме НПЗ (каким является АВТ) не может точно удерживать балансы и качество продуктов на оптимальных значениях, т. е. имеет значительный неконтролируемый «люфт» в балансах целевых продуктов. 
 
 
 
Рис. 1.1. Структура процессов и погрешностей управления ими 
 
 
Например, изменение (или погрешность) порядка всего лишь 1–2 % в 
контроле, планировании или управлении отбором бензина на АВТ мощностью 
6 млн тонн в год приведет к изменению (или погрешности) в 20 % по загрузке 
риформинга мощностью 300 тыс. тонн в год или в 6 % для загрузки риформинга мощностью 1000 тыс. тонн в год. Колебания (или погрешности) такого рода 
в загрузке сырьем узлов риформинга приводят к таким изменениям в суммарном потоке октанотонн на узлы компаундирования, которые намного превышают по влиянию на структуру товарной продукции любые изменения, получаемые в результате манипуляций с режимом риформирования бензина или подбором катализатора для них. 
Во-вторых, именно на примере хорошо теоретически и технически проработанной технологии ректификации нефти наиболее ярко выделяется общая 
проблема технологической подготовки производства на НПЗ РФ. Особенно в 
сравнении с относительно благополучным качеством управления ректификаци9 
 

ей ограниченного числа компонентов, которая является совершенно однотипной с фракционированием нефти технологией. 
 
1.1.3. ВОПРОС: итак, вы утверждаете, что в отечественной нефтепереработке якобы имеются некие особые и значимые для техникоэкономической эффективности НПЗ проблемы с управлением первичным фракционированием нефти. Но на каких фактах основывается 
такое утверждение? 
 
ОТВЕТ. Для начала рассмотрим сугубо частный пример. Если в типовой 
структурной схеме установки АВТ как объекта управления (см. рис. 1.2) выделить ключевой входной возмущающий параметр Хn (например, состав перерабатываемого нефтесырья), основной параметр управления технологического 
режима Uk (например, отборы продуктовых фракций) и целевой выходной параметр Ym (например, отбор целевых продуктовых фракций от их потенциального содержания в перерабатываемом нефтесырье), то качество управления 
процессом фракционирования можно приблизительно оценить по степени компенсации возмущений процесса, сравнивая вариацию входного параметра с вариацией целевого выходного, учитывая, что целью управления является максимально точная стабилизация целевого параметра на уровне заданного оптимального значения. 
Управляющие переменные 
Отбор продуктов, % масс. 
U1   ……U2   Uk   
Состав сырья(потенциал 
продуктов, % масс) 
Отбор продуктов от  
их потенциала в сырье,% 
                           Y1 
 
                           Y2 
 .…………         . 
 
                           Ym 
 Установка АВТ 
Х1 
 
Х2 
 .         ………… 
 
Хn 
V1 
 
V2 
…. 
 
Vp 
Входные переменные 
Выходные  целевые 
переменные 
Внутренние переменные 
 
Рис. 1.2. Структурная схема АВТ как объекта управления 
10