CC BY
24Достоинством технологии melt blowing изготовления волокнистых композитных РПМ является возможность сочетать многие технологические операции в едином цикле производства, а также изменять в широких пределах микро- и макроструктуру РПМ путем варьирования технологических параметров процесса. Композитные волокнистые полотна, изготовленные с использованием технологии melt blowing, характеризуются невысокими радиофизическими параметрами, что связано с пространственным рассредоточением частиц ФН, за-капсулированного в волокнах, в объеме полотна. Материалы гибки, легковесны (объёмная плотность р=0,2^0,4 г/см3), имеют повышенные звукопоглощающие и теплозащитные характеристики. Нетканые композитные РПМ целесообразно использовать при пошиве радиозащитной верхней одежды для операторов сетей радиосвязи, в качестве элементов одежды пользователей сотовых телефонов, фартуков для работающих с персональными компьютерами, [5] для изготовления комбинированных электромагнитных экранов, выполняя роль наружного согласующего слоя, как декоративно-облицовочные материалы радиозащищённых помещений, для изготовления маскирующих покрытий.
Заключение. Разработаны волокнистые нетканые РПМ и технология их получения из расплава наполненных ферромагнетиками полимерных композиций. Обнаружено, что радиофизические характеристики таких материалов определяются размерно-рецептурными параметрами ФН, структурой материала, а также существенно зависят от структуры новых фаз, образующихся на границах полимер - наполнитель. Этот процесс определяется температурно-временными
режимами формирования РПМ, которые обусловливают степень окисления макромолекул и частиц наполнителя, их активность в химических реакциях взаимодействия, интенсивность диффузии металла в расплав, кинетику формирования в связующем металлических коллоидных частиц. На последних происходит поглощение и рассеяние энергии ЭМИ, вследствие чего полимерные связующее утрачивает присущую ему радиопрозрачность. Процесс образования таких частиц соответствует категории нанотехнологии. Модифицирование полимерного связующего наноразмерными частицами обусловливает усиление радиоадсорбции волокнистыми РПМ.
References
1. Composite ferromagnets and electromagnetic safety / A.G. Alekseev - St. Petersburg: St. Petersburg State University, 1998. - 296 p.
2. Bannyi V.A., Ignatenko V.A. The application of polymer radioabsorbing materials to solve the problem of electromagnetic safety / Problems of health and ecology, 2016, no 3 (49), p. 9-13.
3. Bannyi V.A., Tsarenko I.V. Radioabsorbing materials based on filled polyethylene / Bulletin of the Sukhoi State Technical University, 2009, no 4 (39), p. 3-8.
4. Melt Blowing. Equipment, technology and polymer fibrous materials / Pinchuk L.S., Goldade V.A., Makarevich A.V., Kestelman V.N. - SpringerVerlag Berlin Heidelberg, 2002. - 212 p.
5. Bannyi V.A., Ignatenko V.A., Azarenok A.S., Evtukhova L.A. The modern materials and methods of protection of biological objects from influence of electromagnetic fields and radiations / Problems of health and ecology, 2018, no 2 (56), p. 4-10.
THE AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF METHANOL REGENERATION RATE
Kolovertnov G.,
Dr. of Science/ Physics, Full Professor Krasnov A.,
PhD, Associate Professor Prakhova M.
Associate Professor Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov str. Ufa Russia 450062
АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ СТЕПЕНИ РЕГЕНЕРАЦИИ МЕТАНОЛА
Коловертнов Г.,
Доктор технических наук, профессор Краснов А.Н., Кандидат технических наук, доцент Прахова М.Ю.
Доцент
Уфимский государственный нефтяной технический университет
450062 Уфа-62, Космонавтов, 1
Abstract
To prevent hydrate formation in all northern gas fields, methanol is used, which participates in technological processes in a closed cycle: supply to the gas stream - saturation with moisture - regeneration - supply to the gas stream. The indicator of the regeneration quality is the concentration of the water-methanol solution (WMS) at the outlet of the regeneration column. It's offered to control this process in terms of WMS density, which is unambiguously and almost linearly related to concentration. This offer improves the quality of the regeneration process and, as a result, the efficiency of the process, compared to the regulation based on the temperature of the top of the column, which is used today.
Аннотация
Для предотвращения гидратообразования на всех северных газовых промыслах используется метанол, который участвует в технологических процессах по замкнутом циклу: подача в газовый поток - насыщение влагой - регенерация - подача в газовый поток. Показателем качества регенерации является концентрация водно-метанольного раствора (ВМР) на выходе из регенерационной колонны. В статье предлагается регулировать этот процесс по плотности ВМР, которая однозначно и практически линейно связана с концентрацией. По сравнению с регулированием по температуре верха колонны, используемом сейчас, это повышает качество регенерации и, как следствие, эффективность процесса.
Keywords: methanol, regeneration, water-methanol solution, density, automatic control system
Ключевые слова: метанол, регенерация, водно-метанольный раствор, плотность, автоматическая система регулирования
Традиционным и основным методом борьбы с гидратообразованием в газовой промышленности является использование ингибитора гидратообра-зования, как правило, метанола. Это связано с тем, что низкая температура замерзания водно -метанольного раствора (ВМР) и способность разрушать гидраты позволяет обеспечивать стабильный рабочий процесс в широком диапазоне температур и давлений [1].
Удельные расходные показатели потребления метанола непосредственно зависят от состава добываемого природного газа, а также от технологии подготовки природного газа к транспорту. Для сокращения количества потребляемого метанола отработанный ВМР после каждого цикла осушки регенерируют в специальной установке регенерации метанола (УРМ), доводя его концентрацию до 80 -95 % масс. по метанолу. Если концентрация регенерированного ВМР (рВМР) получается ниже 70 %, продукт считается некондиционным и снова подается на регенерацию.
Концентрация метанола является целевым показателем процесса регенерации (рис. 1). Этот показатель зависит главным образом от концентрации насыщенного ВМР (нВМР), подаваемого в десор-бер регенерационной колонны. Если на установку осушки поступает очень влажный газ, концентрация подаваемого на регенерацию насыщенного метанола варьируется в диапазоне 20,8...34,5 % масс.
На эксплуатирующихся в настоящее время на северных промыслах УРМ степень регенерации метанола определяется методом окисления в лаборатории инженерно-технического центра, периодичность контроля пробы - один раз в сутки. Такой способ определения показателя качества продукта не позволяет осуществлять оперативный контроль непосредственно на УРМ и управлять процессом регенерации по качественному показателю. Задачей исследования является выявление факторов, влияющих на целевой показатель, и управление процессом непосредственно по нему.
Нагреватель
Горячий рВМР
Рис. 1. Схема регенерации водно-метанольного раствора
Нормальная работа регенерационной колонны и получение требуемого качества продукта обеспечивается регулированием температурного режима её верха посредством отвода тепла в концентрационную секцию, т.е. подачей холодного (острого) орошения. Для этого используется флегма (конденсат паров верха колонны), которая значительно холоднее, чем пары верха колонны, при этом происходит непосредственный контакт между парами и флегмой. В зависимости от текущего значения температуры в верхней части колонны (по технологическому регламенту она поддерживается на уровне 70 °C) варьируется расход орошения верха колонны в диапазоне 1080...2036 кг/ч. Это делается посредством контура регулирования, включающего термопару и клапан, установленный на трубопроводе холодного (острого) орошения. Таким образом, регулирование осуществляется по косвенному параметру без непосредственного контроля самой регулируемой величины.
Автоматические системы регулирования (АСР), в которых управляющее воздействие формируется непосредственно по целевому показателю (ЦП) в режиме реального времени, более эффективны [2]. Однако в ряде случаев их использование осложняется тем, что средства измерений ЦП либо отсутствуют в поточном варианте, либо слишком дороги и сложны. В таком случае альтернативой является использование некоего физико-химического свойства, которое однозначно связано с ЦП и может быть измерено на потоке, что позволяет построить простейший вариант виртуального анализатора (ВА) [3]. Такой подход сейчас очень распространен в нефтепереработке и нефтехимии [4,
ВМР - это раствор одноатомного метилового спирта СН3ОН в воде. При изменении его концентрации меняются многие свойства раствора, такие как плотность, вязкость, диэлектрическая проницаемость, показатель рН, температура замерзания, способность поглощать другие газы и т.д. С точки зрения построения ВА, необходимо найти такое свойство, которое бы легко измерялось, а степень его изменения была бы сопоставима с разрешающей способностью соответствующих поточных анализаторов. В данном случае таким свойством является плотность, которая при увеличении концентрации метанола в растворе почти равномерно уменьшается от плотности воды до плотности чистого спирта при измеряемой температуре [6]. Это изменение является достаточно значимым и в диапазоне концентраций ВМР от 90 до 95 % составляет минус 14 кг/м3, или 0,28 кг/м3 на 0,1 % концентрации.
В качестве конкретного плотномера можно рекомендовать, например, компактный плотномер Micro Motion CDM, который имеет в качестве дополнительного функционала возможность автоматического пересчета плотности в концентрацию спиртовых растворов.
Для моделирования предлагаемой АСР по плотности ВМР была получена передаточная функция колонны в виде
W(s) = 806,2
2,6s+1
0.073S2 + 2.51S+1'
Модель АСР степени регенерации ВМР по плотности регенерированного метанола в программном пакете Matlab показана на рис. 2.
Рис. 2. АСР степени регенерации метанола
Для определения параметров регулятора АСР был использован блок «PID Controller» программного пакета Matlab. По результатам расчета настроечные коэффициенты равны =7,0162 для пропорциональной составляющей и К0=7,8487 для интегральной.
При регулировании по плотности возможно два варианта построения АСР, отличающиеся друг от друга местом расположения плотномера. Первый вариант предполагает измерение плотности рВМР на выходе из колонны регенерации. Второй вариант - измерение плотности нВМР на входе в колонну и формирование управляющего воздействия в зависимости от нее и с учетом температуры верха колонны. Однако первый вариант, рассмотренный выше, предпочтительнее, т.к. позволяет учесть все влияющие факторы, как известные, так и нет.
В результате реализации АСР качество регенерации ВМР возрастает за счет его мониторинга в режиме реального времени, что позволяет повысить эффективность использования метанола на промысле.
References
1. Grunvald A V 2007 The use of methanol in the gas industry as an inhibitor of hydrate formation and the forecast of its consumption until 2030 Oil and Gas Business Available online: URL: http://www.ogbus.ru.
2. Prakhova M Yu, Khoroshavina E A, Krasnov A N and Emets S V 2019 Automation systems in the oil industry: textbook (Moscow; Vologda: Infra-Engineering) p 304.
3. Musaev A A 2003 Virtual analyzers: the concept of construction and application in the control of continuous technological processes Automation in industry 8 pp 28-33
4. Gurieva E M and Koltsov A G 2016 Application of virtual analyzers for determining the quality of petroleum products Dynamics of systems, mechanisms and machines 1 pp 296-301
5. Bakhtadze N N 2004 Virtual analyzers: Identification Approach Automation and remote control 65(11) pp 1691-1709
6. Chemist's Handbook Available online: URL: https://www.chem21 .info/info/323735/
