Объекты топливно-энергетического комплекса являются энергозатратными. Важной проблемой является повышение энергоэффективности объектов различных классов. Целью исследования является разработка структуры системы управления объектами топливно-энергетического комплекса на примере установок переработки нефти с применением эксергетического критерия эффективности. Предложен комплексный показатель эффективности, представляющий собой сумму эксергетического коэффициента полезного действия кожухотрубчатого теплообменника и эксергетического коэффициента полезного действия атмосферной колонны с весовыми коэффициентами. Приведены этапы методики, позволяющей перейти от расчета энергетического и эксергетического балансов к упрощенной модели, что позволит сократить затраты на анализ систем. В результате исследования существующая система управления первичной переработки нефти дополняется подсистемой на основе моделей, включающей модуль формирования аппроксимирующей зависимости (с составлением балансов, формированием обучающей выборки и получением зависимости критерия от факторов); модуль управления технологическими параметрами на основе полученной зависимости (с решением задачи оптимизации и формированием уставок регуляторам); модуль имитационной модели процесса ректификации нефти. Обмен данными между существующей системой управления и подсистемой осуществляется по интерфейсу Open Platform Communications. Решение может быть внедрено как надстройка к действующим системам управления объектами топливно-энергетического комплекса.
Fuel and energy complex facilities are energy-consuming. An important problem is to increase the energy efficiency of facilities of various classes. The purpose of the study is to develop a structure of the fuel and energy complex facilities management system on the example of oil refining plants using the exergy efficiency criterion. A complex efficiency indicator is proposed, which is the sum of the exergy efficiency coefficient of the shell-and-tube heat exchanger and the exergy efficiency coefficient of the atmospheric column with weight coefficients. The stages of the technique are given, which allows to pass from calculation of energy and exergy balances to a simplified model, which will reduce the costs of systems analysis. As a result of the study, the existing control system of primary oil refining is supplemented with a subsystem based on models, which includes a module for forming an approximating dependence (with the compilation of balances, the formation of a training sample and obtaining a dependence of the criterion on factors); a module for controlling technological parameters based on the obtained dependence (with the solution of the optimization problem and the formation of setpoints for regulators); a module for the simulation model of the oil rectification process. Data exchange between the existing control system and the subsystem is carried out via the Open Platform Communications interface. The solution can be implemented as an add-on to existing control systems for fuel and energy complex facilities.
1. Тугашова Л. Г. Управление сушильной установкой на основе эксергетического критерия и регрессионных методов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2026. Т. 88. № 1. С. 114–122. DOI: 10.20914/2310-1202-2026-1-114-122.
2. Сажин Б. С., Булеков А. П. Эксергетический метод в химической технологии. Москва: Химия, 1992. 204 с. ISBN: 5-7245-0237-2.
3. Заикин П. В., Лысенкова С. А., Микшина В. С. Аналитическое решение системы дифференциальных уравнений математической модели кинетики процесса нефтепереработки // Вестник кибернетики. 2018. № 2 (30). С. 120–126. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_36919936_76701791.pdf (дата обращение 02.06.2026). EDN: YWISIH.
4. Ивашкина Е. Н., Иванчина Э. Д., Назарова Г. Ю. Математическое моделирование процесса каталитического крекинга // Деловой журнал Neftegaz.RU. 2019. № 9 (93). С. 114–120. URL: https://magazine.neftegaz.ru/articles/pererabotka/498049-matematicheskoe-modelirovanie-protsessa-kataliticheskogo-krekinga (дата обращение 02.06.2026). EDN: NEIQBF.
5. Тугашова Л. Г., Гапонцев А. Д. Применение программ технологического моделирования в задачах управления процессами подготовки нефти // Системный анализ в науке и образовании. 2023. № 2. С. 36–44. URL: https://sanse.ru/index.php/sanse/article/view/577/531 (дата обращение 02.06.2026). EDN: FIGZKY.
6. Хохлов А. С., Городнова М. В. Имитационный подход к решению задачи календарного планирования и построения расписаний в нефтепереработке // Автоматизация в промышленности. 2018. № 12. С. 55–62. EDN: YPVYWL.
7. Капустин Н. О. Применение имитационного моделирования в нефтепереработке с учетом изменения технологий, применяемых на НПЗ // Управление развитием крупномасштабных систем (MLSD’2018). Материалы одиннадцатой международной конференции. В 2-х томах / Под общей редакцией С. Н. Васильева, А. Д. Цвиркуна. 2018. С. 460-463. EDN: YRCJUD.
8. Панкрушина А. В., Перерва О. В., Гартман Т. Н. Инициализация параметров расчета и оценка эффективности комплексов с частично и полностью связанными тепловыми и материальными потоками // Математические методы в технике и технологиях – ММТТ. 2017. Т. 4. С. 66–68. EDN: ZGWKMT.
9. Сластенов И. В., Кушников В. А., Богомолов A. С., Иващенко В. А. Идентификация колонного оборудования химико-технологических установок при управлении процессами газофракционирования // Мехатроника, автоматизация, управление. 2024. Т. 25. № 12. С. 656–665. DOI: 10.17587/mau.25.656-665.
10. Пономарев Р. Ю., Мигманов Р. Р., Зиазев Р. Р. Оценка возможностей применения гибридного моделирования для оптимизации добычного потенциала нефтегазового месторождения // Экспозиция Нефть Газ. 2023. № 5 (98). С. 64–68. DOI: 10.24412/2076-6785-2023-5-64-68.
11. Никулин А. С., Жедяевский Д. Н., Поборцев Е. М. Применение суррогатного моделирования для оптимизации производства сжиженного природного газа по технологии C3MR // Автоматизация и информатизация ТЭК. 2024. № 9 (614). С. 64–75. EDN: JVDXHJ. DOI: URL: https://journal.gubkin.ru/journals/automation/2024/9-614/64-75.
12. Xiong Y., Shi X., Ma Y., Chen Y. Optimization design of crude oil distillation unit using bi‑level surrogate model // Frontiers in Control Engineering. 2023. № 4. P. 1162318. DOI: 10.3389/fcteg.2023.1162318.
13. Тугашова Л. Г. Оптимизация процесса ректификации нефти по критерию отбора светлых нефтепродуктов // Автоматизация. Современные технологии. 2022. Т. 76. № 8. С. 347–352. EDN: BKRBTP.
14. Тугашова Л. Г., Затонский А. В. Снижение энергетических затрат при управлении установкой ректификации нефти // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2020. Т. 20. № 1. С. 120–132. EDN: XBJAEE.
15. Патент РФ № 2176149. Система автоматического управления процессом ректификации / Г. М. Марушак, В. С. Кудряшов, Б. Г. Энтин, М. В. Алексеев, В. В. Кузьменко; заявитель и патентообладатель Воронежское открытое акционерное общество «Синтезкаучукпроект». Опубл. 27.11.2001. Бюл. № 33.