Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Повышение эффективности процессов переработки нефти с использованием методов математического моделирования

Покупка
Новинка
Артикул: 853750.01.99
Доступ онлайн
500 ₽
В корзину
Представлены данные о свойствах, особенностях и превращениях нефтяных дисперсных систем различного типа: от малоструктурированных (нефти) до связнодисперсных, таких как тяжелые нефтяные остатки и битумы. Показаны примеры регулирования технологических процессов с целью повышения их эффективности за счет лучшей управляемости, которая достигается использованием математических моделей, учитывающих неаддитивные явления в нефтяных дисперсных системах. Предназначена для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению 18.03.01 (18.04.01) «Химическая технология». Подготовлена на кафедре химической технологии переработки нефти и газа.
Повышение эффективности процессов переработки нефти с использованием методов математического моделирования : монография / И. В. Пискунов, В. М. Капустин, Е. А. Чернышева, Н. Ю. Башкирцева ; под ред. О. Ф. Глаголевой ; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. - 2-е изд. - Казань : Изд-во КНИТУ, 2023. - 384 с. - ISBN 978-5-7882-3275-1. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.ru/catalog/product/2199343 (дата обращения: 10.03.2025). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ 
ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ 
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ 
МАТЕМАТИЧЕСКОГО 
МОДЕЛИРОВАНИЯ 
Монография 
2-е издание, стереотипное
Под редакцией О. Ф. Глаголевой 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2023 


УДК 665.6:51.001.57 
ББК 35.514:22.1 
П34 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. А. Ф. Кемалов 
канд. техн. наук М. Р. Идрисов 
П34 
Авторы: И. В. Пискунов, В. М. Капустин, Е. А. Чернышева,  
Н. Ю. Башкирцева 
Повышение эффективности процессов переработки нефти с использованием методов математического моделирования : монография / И. В. Пискунов, В. М. Капустин, Е. А. Чернышева, Н. Ю. Башкирцева; под ред. 
О. Ф. Глаголевой; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. 
ун-т. – 2-е изд. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2023. – 384 с. 
ISBN 978-5-7882-3275-1 
Представлены данные о свойствах, особенностях и превращениях нефтяных 
дисперсных систем различного типа: от малоструктурированных (нефти) до связнодисперсных, таких как тяжелые нефтяные остатки и битумы. Показаны примеры регулирования технологических процессов с целью повышения их эффективности за счет лучшей управляемости, которая достигается использованием математических моделей, учитывающих неаддитивные явления в нефтяных 
дисперсных системах. 
Предназначена для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению 
18.03.01 (18.04.01) «Химическая технология». 
Подготовлена на кафедре химической технологии переработки нефти и газа. 
УДК 665.6:51.001.57 
ББК 35.514:22.1 
ISBN 978-5-7882-3275-1 
© Пискунов И. В., Капустин В. М., Чернышева Е. А., 
Башкирцева Н. Ю., 2023 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2023 
2 


С О Д Е Р Ж А Н И Е
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ ................................................................................... 6 
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................................................. 7 
1. ПЕРСПЕКТИВЫ НЕФТЯНОЙ ОТРАСЛИ В УСЛОВИЯХ ПЕРЕХОДА
К НИЗКОУГЛЕРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ .............................................................................................. 11 
1.1. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ НЕФТЯНОЙ ОТРАСЛИ В МИРЕ ............................................................... 
11 
1.2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ 
....................................................................................... 
14 
1.3. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ ...................................................... 
19 
1.3.1. Традиционные нефтяные топлива 
............................................................................................. 19 
1.3.2. Альтернативные низкоуглеродные виды топлива 
.............................................................. 23 
1.3.3. Нефтепродукты нетопливного назначения .......................................................................... 25 
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 
............................................................................................................................................... 
36 
2. ПРИМЕНЕНИЕ НА НПЗ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ
МОДЕЛЕЙ ............................................................................................................................................. 38 
2.1. ЦИФРОВИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ В НЕФТЕПЕРЕРАБОТКЕ 
................................................................................ 
38 
2.2. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ В УПРАВЛЕНИИ ПРОЦЕССАМИ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ ....... 
40 
2.2.1. Системы производственного и календарного планирования 
.......................................... 46 
2.2.2. Моделирующие программы, системы сведения баланса и другое ПО .......................... 48 
2.2.3. Системы управления технологическими процессами (СУУТП) ....................................... 50 
2.3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ 
...................................................................................... 
54 
2.4. ГИБРИДНЫЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ 
........................................................................... 
57 
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 
............................................................................................................................................... 
59 
3. НЕФТЬ И ПРОДУКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ КАК НЕФТЯНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ
СИСТЕМЫ (НДС) 
.................................................................................................................................. 61 
3.1. ДИСПЕРСНАЯ ПРИРОДА НЕФТЯНЫХ СИСТЕМ 
............................................................................................... 
61 
3.2. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ТЯЖЕЛОГО НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ 
.................................................................. 
73 
3.3. НЕАДДИТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ ПРИ СМЕШЕНИИ НЕФТЯНЫХ СИСТЕМ 
....................................... 
80 
3.3.1. Сырьевые компаунды 
......................................................................................................................... 85 
3.3.2.  Компаундирование нефтепродуктов и полуфабрикатов 
................................................. 87 
3.4. ВОПРОСЫ АГРЕГАТИВНОЙ И КИНЕТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ НЕФТЯНЫХ СИСТЕМ .............................. 
90 
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 
............................................................................................................................................ 100 
4. ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСПРЕСС-МЕТОДОВ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
ДЛЯ АНАЛИЗА НЕФТЯНЫХ СИСТЕМ ............................................................................................. 
102 
4.1. ПРИМЕНЕНИЕ ИК-СПЕКТРОМЕТРИИ 
......................................................................................................... 102 
4.2. ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК НЕФТЯНЫХ СИСТЕМ МЕТОДОМ БИК-СПЕКТРОМЕТРИИ 
.......... 110 
4.3. ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК НЕФТЯНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ 
МОДЕЛЕЙ 
................................................................................................................................................................ 119 
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 
............................................................................................................................................ 125 
3 


5. ОПТИМИЗАЦИЯ СМЕШЕНИЯ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ
НЕСОВМЕСТИМОСТИ КОМПОНЕНТОВ ......................................................................................... 
127 
5.1. РОЛЬ СМЕШЕНИЯ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ 
...................................................... 127 
5.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛП-МОДЕЛЕЙ ПРИ ВЫБОРЕ НЕФТЕЙ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ........................................ 132 
5.3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ И НЕСОВМЕСТИМОСТИ НЕФТЕЙ В СМЕСЯХ ................................... 136 
5.3.1. Методы, основанные на титровании образцов 
.................................................................. 
137 
5.3.2. Методы на основе данных по химическому составу нефтей ....................................... 
139 
5.3.3. Методы на основе физико-химических свойств нефтей 
................................................ 
140 
5.4. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДИК ОЦЕНКИ НЕСОВМЕСТИМОСТИ ................................................. 141 
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5 
............................................................................................................................................ 148 
6. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕГОНКИ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ .................................. 
150 
6.1. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПЕРЕГОНКИ НЕФТИ ЧЕРЕЗ ПОДБОР И ОПТИМАЛЬНОЕ СМЕШЕНИЕ 
СЫРЬЯ ..................................................................................................................................................................... 150 
6.2. ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПЕРЕГОНКИ 
НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ НА НПЗ 
................................................................................................................................ 154 
6.3. ПЕРЕГОНКА НЕФТИ В СМЕСИ С ГАЗОКОНДЕНСАТОМ ............................................................................... 156 
6.3.1. Лабораторные исследования перегонки нефтегазоконденсатных смесей 
............. 
162 
6.3.2. Опытно-промышленные исследования перегонки нефтегазоконденсатных 
смесей 
.................................................................................................................................................................. 
167 
6.4. ПЕРЕГОНКА СМЕСЕЙ НЕФТИ С АРОМАТИЧЕСКОЙ ДОБАВКОЙ ................................................................. 174 
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 6 
............................................................................................................................................ 177 
7. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА БИТУМНЫХ МАТЕРИАЛОВ 
............... 
179 
7.1. ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ И ПРИМЕНЕНИИ БИТУМОВ ................................................ 179 
7.2. ИЗМЕНЕНИЕ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ И ПЕРЕХОД НА СМЕСЕВОЕ СЫРЬЕ ........................................................... 183 
7.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК 
.................................................................................. 200 
7.3.1. Полимерные добавки ....................................................................................................................... 
200 
7.3.2. Добавки и присадки других типов ............................................................................................ 
206 
7.3.3. Вторичные ресурсы и отходы производства ...................................................................... 
208 
7.3.4. Добавки и технологии для энергосбережения и защиты экологии 
............................ 
212 
7.4. ВНЕДРЕНИЕ НОВЫХ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЯ И СТАНДАРТОВ .................................................................. 215 
7.4.1. Развитие методологии Superpave ............................................................................................ 
215 
7.4.2. Анализ и моделирование климатических условий 
.............................................................. 
218 
7.4.3. Методики расчетов температурных параметров в РФ 
................................................ 
221 
7.5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ БИТУМНЫХ ПРОИЗВОДСТВ 
И ТЕРМИНАЛОВ 
...................................................................................................................................................... 230 
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 7 
............................................................................................................................................ 232 
8. ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ИНСТРУМЕНТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ БИТУМНЫХ
МАТЕРИАЛОВ .................................................................................................................................... 
235 
8.1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ 
................................................................................ 235 
4 


8.2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК БИТУМОВ 
........................................................ 236 
8.2.1. Взаимосвязь стандартных показателей качества битумов 
........................................ 
239 
8.2.2. Вязкостные показатели битумов 
............................................................................................. 
245 
8.2.3. Структурные характеристики битума ................................................................................ 
252 
8.2.4. Реологические модели битума 
.................................................................................................... 
253 
8.2.5. Связь реологических и стандартных показателей битума 
.......................................... 
256 
8.2.6. Моделирование параметров битумов на основе молекулярной структуры 
.......... 
258 
8.2.7. Термоокислительное старение и поведение битума при эксплуатации ................ 
260 
8.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА БИТУМНЫХ МАТЕРИАЛОВ 
.......................................... 261 
8.3.1. Основные факторы, оказывающие влияние  на качество битума 
.............................. 
262 
8.3.2. Математическое описание процесса окисления ................................................................ 
271 
8.3.3. Автоматизация процесса производства битумов 
............................................................ 
280 
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 8 
............................................................................................................................................ 282 
9. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ОСТАТОЧНЫХ ТОПЛИВ .................... 
284 
9.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЯЗКОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ В СИСТЕМАХ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО 
ПЛАНИРОВАНИЯ НПЗ 
........................................................................................................................................... 284 
9.1.1. Неаддитивность свойств нефтей и остаточных топлив ........................................... 
286 
9.1.2. Примеры моделей для расчета вязкости нефтяных систем 
........................................ 
289 
9.1.3. Практические примеры расчета неаддитивных свойств при смешении 
................ 
297 
9.1.4. Применение математических моделей смешения в планировании НПЗ 
.................. 
304 
9.2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ОСТАТКА ГИДРОКРЕКИНГА ГУДРОНА МЕТОДАМИ МАШИННОГО 
ОБУЧЕНИЯ .............................................................................................................................................................. 307 
9.2.1. Описание процесса гидрокрекинга гудрона H-oil ................................................................ 
309 
9.2.2. Построение виртуального анализатора показателей качества продукта 
.......... 
311 
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 9 
............................................................................................................................................ 314 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................................................... 
316 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
..................................................................................................................... 
332 
5 


ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 
АВТ – установка атмосферно-вакуумной переработки нефти 
БИК-спектрометрии – спектрометрия в ближней инфракрасной области 
ВИЭ – возобновляемые источники энергии 
ГК – газоконденсат 
ИК-спектрометрии – спектрометрия в инфракрасной области 
ИНС – математические модели на основе искусственных нейронных сетей 
КиШ – температура размягчения по методу «кольцо и шар» 
КПГ – компримированный природный газ 
ЛП-модели (или LP-модели) – математические модели на основе принципов линейного программирования 
НДС – нефтяные дисперсные системы 
ННОС – ООО «ЛУКОЙЛ-Нижегороднефтеоргсинтез» 
НПЗ – нефтеперерабатывающий завод 
НХС – нефтехимический синтез 
ПО – программное обеспечение 
СГДО – система групповой динамической оптимизации 
СПГ – сжиженный природный газ 
ССЕ – сложные структурные единицы 
СУГ – сжиженные углеводородные газы 
СУУТП (или APC – Advanced process control) – система усовершенствованного 
управления технологическими процессами 
ТП – технологический процесс 
УМП – универсальных моделирующих программах 
APS – Advanced Planning & Scheduling – система усовершенствованного производственного и календарного планирования 
MES – Manufacturing execution system – система управления производственными 
процессами 
ML – mashing learning – модели на основе методов машинного обучения 
RTO – Real-time optimization 
SARA – групповой углеводородный состав (содержание насыщенных, ароматических соединений, смол и асфальтенов) 
6 


ВВЕДЕНИЕ 
Современные вызовы ставят перед нефтяной отраслью и связанными с ней областями науки новые вопросы, требующие оперативного 
решения. В дополнение к традиционным ключевым задачам нефтяной 
промышленности, таким как повышение глубины переработки и эффективности технологических процессов, снижение вредного воздействия на окружающую среду и т. д., в последнее время на первый план 
вышло обеспечение технологического суверенитета Российской Федерации, т. е. снижение зависимости от зарубежных технологий и специалистов, от поставок импортного оборудования, реагентов, катализаторов, присадок и др. Это дает новые возможности для развития и расширения собственных компетенций, основа которых – это богатое научное 
наследие, культивировавшееся в нашей стране на протяжении многих 
десятилетий. Российские научные школы известны на весь мир. Один 
из таких примеров – научно-педагогическая школа, основанная профессором З. И. Сюняевым, которая занимается изучением нефтяных дисперсных систем (НДС) и установлением эффективных способов управления технологическими процессами на основе принципов физико-химической механики, ранее предложенных академиком П. А. Ребиндером. Наша страна также традиционно имеет большой потенциал в математическом анализе. Именно за счет синергии этих направлений 
в настоящее время можно получить выдающиеся результаты и качественно решить множество актуальных проблем. 
В период экономического кризиса повышается интерес к способам, 
позволяющим получать эффективные решения в сжатые сроки и с меньшими затратами. Одно из таких направлений – повышение эффективности процессов переработки нефти, например путем смешения компонентов сырья или полуфабрикатов и оптимального воздействия на них 
в ходе процессов переработки. Вместе с использованием возможностей 
методов экспресс-анализа и математического моделирования («цифровых двойников») это помогает находить и непрерывно поддерживать оптимальные параметры режима работы технологического оборудования. 
Такая комбинация позволяет осуществлять непрерывный контроль за 
технологическим процессом, протекающим в условиях постоянного 
влияния возмущающих факторов (изменения качества сырья, температуры окружающего воздуха и т. д.), а также обеспечить высокую гибкость производственной цепочки. Это особенно важно при производстве 
битумных 
материалов, 
которые 
характеризуются 
сложными 
7 


зависимостями свойств получаемых продуктов от условий их производства и состава сырья, а также широким ассортиментом продуктовой линейки, в которую могут входить до 100–150 разных марок продуктов. 
Обусловлено это большой вариативностью климатических и транспортных условий дорожных покрытий на обширной территории РФ.  
Как известно, характерной особенностью НДС являются сложные 
зависимости показателей качества от состава исходного сырья и условий его переработки, что обусловлено их многокомпонентностью, полидисперностью и наличием коллоидно-химической структуры. Хотя 
это существенно усложняет моделирование технологических процессов, учет этих закономерностей позволяет существенно улучшать их 
целевые показатели за счет достижения синергетических эффектов. Поскольку особенности дисперсной структуры нефтяных систем в промышленности редко учитываются в полной мере, научный подход 
имеет высокий потенциал при полноценном внедрении на производстве. Например, с использованием этих принципов можно на несколько 
процентов повысить выход целевых продуктов в процессах первичной 
и вторичной переработки нефти, улучшить показатели товарных нефтепродуктов, в особенности темных, осуществлять квалифицированную 
переработку тяжелого нефтяного сырья. Путем комплексного воздействия на сырье (изменения его состава путем смешения компонентов, 
использования добавок, присадок, подбора оптимальной температуры, 
давления и т. д.) можно регулировать прохождение фазовых переходов 
и структурообразование в системе в требуемом направлении. Одним из 
результатов развития этого подхода стала отечественная разработка 
технологии «тонкого» воздействия на высокомолекулярные соединения в процессе гидроконверсии нефтяных остатков. 
По результатам проведенных ранее экспериментальных работ были 
выявлены закономерности изменения свойств нефтяного сырья при 
смешении с компонентами и добавками различной химической природы или внешних воздействиях. Это заложило основу научной теории 
НДС, позволяющей объяснить механизмы происходящих явлений, 
установить критерии достижения активированного состояния и разработать принципы повышения эффективности процессов. Однако состав 
сырья НПЗ нестабилен во времени, а из-за отсутствия методов оперативного контроля его качества не всегда в полной мере есть возможность перенести существующие принципы оптимизации из лаборатории (статические условия) в промышленные масштабы (динамические 
условия). Для их реализации нужно совершенствовать экспресс-методы 
8 


анализа сырья и нефтепродуктов и методы математического моделирования – использование «цифровых двойников». 
Косвенные методы экспресс-анализа, например на основе ИКспектрометрии, позволяют оценивать набор характеристик потоков 
в условиях непрерывного производства НПЗ и широко используется для 
анализа светлых продуктов. При этом их применимость для анализа 
нефтей и темных нефтепродуктов проработана в меньшей степени, что 
обусловлено сложностью их строения и многообразием комбинаций 
межмолекулярных взаимодействий при высоком содержании высокомолекулярных соединений, поглощающих сигнал и приводящих к загрязнению оборудования. Все это осложняет использование этого метода 
для контроля характеристик потоков сырья и нефтепродуктов в режиме 
онлайн. В определенной степени эту проблему можно решать за счет 
совместного использования нескольких экспресс-методов анализа, основанных на разных принципах, а также применения современных информационных систем и моделирования технологических процессов. 
В настоящее время на многих НПЗ успешно применяют системы 
автоматизации и цифровизации для контроля за процессами на всех этапах производства. Применительно к непосредственному управлению 
работой технологических установок известны системы уровня СУУТП 
(или АРС), а также СГДО (или RTO). Они основаны на математических 
моделях разного уровня сложности, а также наборе датчиков и исполнительных устройств. При переходе от процессов производства светлых топлив к нефтяным остаткам корректность функционирования таких систем снижается, так как традиционно применяемые в них линейные динамические модели не позволяют описывать сложные 
зависимости, характерные для дисперсных систем. 
Новые возможности для обработки больших массивов данных 
с производства (big data) принесло появление современных методов 
анализа на основе методов машинного обучения (ML) – искусственных 
нейронных сетей, градиентного бустинга и т. д. Они показывают хорошие результаты при прогнозировании сложных нелинейных и многопараметрических зависимостей, для обработки данных с высокой «зашумленностью», для которых неэффективно использовать другие подходы к моделированию на основе уравнений в явном виде. Однако 
недостаточная интерпретируемость и надежность таких моделей типа 
«черный ящик» может привести к получению непредсказуемых результатов в нестандартных ситуациях и существенно ограничивает возможности их использования при управлении опасным производством. 
9 


Эту проблему можно решать за счет совмещения традиционных математических моделей (в форме уравнений в явном виде) и методов машинного обучения, в результате чего получают гибридные модели, которые сочетают преимущества обоих подходов – возможность оперативной обработки большого массива данных и дообучения в ходе 
эксплуатации, а также привязку к более универсальным зависимостям, 
описывающим физико-химические процессы в реальных нефтяных системах. Развитие такого подхода невозможно без комплексного совершенствования систем обработки данных (инструментов цифровизации) 
вместе с углубленными исследованиями НДС и их поведения в лабораторных и промышленных условиях. В свою очередь изучение НДС, которое относится к области физико-химической механики, проводится 
на стыке нескольких наук – коллоидной, физической, органической химии, химии нефти, реологии, механики материалов и технологии их 
производств. 
В монографии представлено описание некоторых аспектов поведения НДС различного типа, с переходом от малоструктурированных 
(нефтей, газоконденсатов) к более концентрированным – остаточным 
жидким топливам (топочному мазуту, остаткам перегонки нефти) 
и, наконец, к нефтяным битумам, которые при нормальных условиях 
представляют собой твердообразные материалы, обладающие ярко выраженными структурно-механическими (реологическими) свойствами. 
Поскольку все эти продукты относятся к одному классу – нефтяным 
дисперсным системам – им присущи схожие закономерности, в частности неаддитивность изменения свойств вследствие ступенчатых изменений коллоидно-химической структуры. Однако для битумов эти явления выражены сильнее, что связано с более высоким содержанием 
смолисто-асфальтеновых веществ, склонных к образованию надмолекулярных структур. Показаны примеры регулирования технологических процессов с целью повышения их эффективности и управляемости, что достигается за счет использования математических моделей, 
учитывающих неаддитивные эффекты в НДС. 
Резюмируя, можно отметить, что успешное развитие технологий 
переработки нефти и производства нефтепродуктов, в частности битумных материалов, в современном мире возможно только через системное 
развитие по всем указанным направлениям, а также за счет тесного сотрудничества всех участников процесса – производственных, инжиниринговых, исследовательских, дорожно-строительных и других компаний, усилия которых будут сконцентрированы на достижении общих 
целей. 
10 


Похожие

Доступ онлайн
500 ₽
В корзину