Modelowanie procesów o różnych skalach czasowych na przykładzie instalacji Clausa do odzysku siarki

W przemyśle petrochemicznym odzyskiwanie siarki stanowi jeden z ważniejszych procesów towarzyszących kompleksowemu przetwarzaniu ropy naftowej i substancji pochodnych. W artykule przedstawiono matematyczny model instalacji odsiarczania gazów Clausa wraz z układem sterowania. Wnikliwa analiza procesów zachodzących w obiekcie pozwoliła zaproponować metodykę budowy i strukturę modelu adekwatną do potrzeb syntezy układu sterowania. Model ujmuje odwzorowanie procesów chemicznych i pozwala badać zmiany ich przebiegu w wyniku działania układu sterowania. Ze względu na różne skale czasowe dynamiki modelowanych procesów zachodzących w instalacji i elementów układu sterowania, zaproponowano model w części statyczny, a w części dynamiczny. Przedstawiono inżynierską metodę optymalizującej estymacji parametrów modeli. Zaprezentowane zostały wyniki weryfikacji modeli na podstawie danych obiektowych. Opracowane modele stanowią proste, użyteczne narzędzie analizy, pozwalające na badanie przebiegu zmiennych procesów fizykochemicznych oraz sygnałów związanych ze sterowaniem instalacją. Wskazano na ich przydatność przy wykrywaniu nieprawidłowości pracy elementów wykonawczych układu sterowania. W analizowanym obiekcie niezgodnie z założeniami pracował jeden z zaworów doprowadzających powietrze do instalacji. Po zdiagnozowaniu i usunięciu nieprawidłowości uzyskano poprawę jakości działania całego obiektu.

---

Sulfur recovery is one of the most important processes accompanying crude oil refining and derivative substances processing in petrochemical industry. In the paper a mathematical model of Claus Sulfur Recovery Unit (SRU) together with its control system has been presented. Model formulation has been preceded by the thorough research on a real object which allowed to create an adequate, for the purpose of synthesis of control system, representation of chemical phenomena and their changes as a result of the control system functioning. Due to different time scales of dynamics of modeled processes, partially dynamic and static models have been proposed. An engineering optimizing method for model parameters estimation has been presented. Results of models verification were also presented. They were based on the data collected from object. Developed models provide a simple and useful analysis tool which allows to examine physicochemical processes and signals associated with the control of the installation. The paper pointed out models usefulness in detection of abnormalities in the Claus’ installation operationas well as in improvement of their performance.