Енергоефективна комп’ютерно-інтегровна технологія керування процесом вторинної конденсації виробництв аміаку

Бабіченко Анатолій Костянтинович; Подустов Михайло Олексійович; Кравченко Яна Олегівна; Красніков Ігор Леонідович

s

TECHNICAL SCIENCE /

TECHNICAL SCIENCE

УДК 681.51: 621.574.3: 661.53

Бабiченко Анатолш Костянтинович, Подустов Михайло Олексшович, Кравченко Яна ОлеЯвна, Крастков 1гор Леотдович НТУ «ХП1», кафедра А ТС та ЕМ, м. Харюв, Укра'та DOI: 10.24411/2520-6990-2019-11285 ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА КОМП'ЮТЕРНО-1НТЕГРОВНА ТЕХНОЛОГ1Я КЕРУВАННЯ ПРОЦЕСОМ ВТОРИННОÏ КОНДЕНСАЦИ ВИРОБНИЦТВ АМ1АКУ

Babichenko Anatolii Kostiantynovych, Podustov Mykhailo Oleksiiovych, Kravchenko Yana Olehivna, Krasnikov Ihor Leonidovych

NTU «KhPI», Department of TSA and EM, Kharkiv, Ukraine

ENERGY-EFFICIENTY COMPUTER INTEGRATED TECHNOLOGY FOR CONTROL OF THE SECONDARY CONDENSATION PROCESS OF PRODUCTION OF AMMONIA

АнотацЫ

Проведено аналп умов функцюнування технологiчного комплексу вторинно'1' конденсаци. Розроблена комп 'ютерночнтегрована технологiя управлтня i3 алгоритмЫним забезпеченням щодо iдентифiкацiï та оптим1зацИ' процесу вторинно'1' конденсаци.

Abstract

The conditions of functioning of the technological complex of secondary condensation are analyzed. Computer integrated control technology with algorithmic support for the identification and optimization of the secondary condensation process has been developed.

Ключовi слова: виробництво амiаку, комп 'ютерно-ттегрована технологiя, вторинна конденсацiя, енергоефективнкть.

Keywords: ammonia production, computer integrated technology, secondary condensation, energy efficiency.

Одшею з основних тенденцш розвитку вироб-ництва амiаку е зниження енергоспоживання за ра-хунок впровадження енерготехнолопчних систем, що утилiзують низькопотенщальну теплоту матерь альних потошв [1]. Такий шдхвд знайшов воображения у широкому використанш абсорбцшних i паро ежекторних (АХУ i ПХУ) у складi дiючих в УкраМ агрегатах сери АМ-1360, як1 забезпечують охолодження циркуляцiйного газу (ЦГ) у низькоте-мпературних (ВНТ) та високотемпературних випа-рниках (ВВТ) i утворюють разом з конденсацшною колоною (КН) комплекс вторинно! конденсаци ввд-дшення синтезу амiаку [2]. Однак експлуатащя АХУ та блоку первинно! конденсаци (БПК) внасль док застосування у !х складi апаратiв з повпряним i водяним охолодженням вiдбуваеться шд постiйним впливом змiни показник1в зовшшнього середо-вища, що зумовлюе не тшьки параметричну неви-значенiсть у функцюнуванш об'екту (ВНТ), але i призводить до зниження економiчностi виробниц-тва.

Згiдно проведених дослiджень змша темпера-тури атмосферного повiтря в дiапазонi вiд -6°С до 30°С призводить до змiни координат вектора збу-рень у ВНТ. При цьому надходження холодоагенту з домшками води до ВНТ викликае необхвдшсть проведення процесу дренування и у виглядi флегми

з деякою витратою Мф. Цей процес згiдно поперед-ньо проведених дослвджень суттево впливае на температуру 02Ц охолодження ЦГ у ВНТ i носить екс-тремальний характер и залежносп вiд керуючо! ди витрати флегми [3]. За юнуючих змiн координат вектора збурень ввдбуваеться i змiщення екстремуму (мiнiмального значення температури 02ц). Внасль док коливань координат вектора збурень дiапазон змiни температури 02ц охолодження ЦГ у ВНТ складае вiд -8°С до 5°С. Проте збiльшення остан-ньо! призводить до зниження економiчностi агрегату синтезу за рахунок збiльшення рiчно! витрати природного газу у додатковий паровий котел для отримання водяно! пари високого тиску, що забез-печуе привад вщцентрового компресора вiддiлення синтезу. Зважаючи на це критерiй економiчно! ефе-ктивностi технологiчного комплексу вторинно! конденсаци Е (грн) може бути представлений у ви-глядi:

Е = (^пг + ф А0ц) Впг Ч, (1)

де VДпг=4000 м3/год - витрата природного газу за регламентом у додатковий паровий котел за тем-ператури охолодження ЦГ у випарнику 0°С; ф=42,68 (м3/год)/°С - витратний коефщент по природному газу за рахунок зниження температури 02ц

«C@yL@qyiym-J®yrMaL»#2il4),2©2© / TECHNICAL SCIENCE

9

на 1°С [4]; А0ц=(0ц - 0)°С - змiна температури охолодження ЦГ вiдносно 0°С; Впг=6,8 грн/м3 - ва-ртiсть природного газу; Ч=7200 год - середньорiч-ний час роботи агрегату синтезу.

Зпдно рiвняння (1) шдвищення економiчно! ефективностi технолопчного комплексу вторинно! конденсацп за рахунок зниження температури охолодження ЦГ у ВНТ навпъ на 1°С забезпечить зме-ншення рiчно! витрати природного газу на 307,3 тис.м3 та шдвищить економiчнiсть агрегату синтезу

на 2,1 млн.грн. За таких обставин розв'язання за-дачi мiнiмiзацi! температури 02ц може бути вико-нано iз застосуванням адаптивно! системи автоматично! оптимiзацi!, структура яко! характеризу-еться наявнiстю iдентифiкатора з математичною моделлю, обчислювачем для корегування парамет-рiв моделi та параметрiв керування. Узагальнена структура управл1ння процесом вторинно! конден-сацi! у виглядi функцiонально! схеми представлена на рис. 1, а основш позначення параметрiв, що ут-ворюють базу даних зведенi до табл. 1.

Рисунок 1 Функцюнальна схема управлтня процесом вторинно'1 конденсацп виробництва амiаку

10 TECHNICAL SCIENCE / «Ш11ШетУМ~^®УГМа1>#2(114)),2©2©

Таблиця 1

Основм позначення технологiчних napaMeTpiB бази даних процесу вторинно'1 копдепсаци_

Позначения Найменування параметра

at концеитрацiя складових ЦГ (NH3, H2, CH4, N2, Ar)

Рпк, ©ПК вiдповiдно тиск та температура первинно1' конденсацiï

VMEA, УВХХВТ витрата ввдповвдно МЕА-розчину та холодоагенту до ВВТ

УЦМТР, Рцмтр, ©ЦМТР вщповвдно витрата, тиск та температура ЦГ тсля циркуляцiйного компресора (ЦК)

/ЛВТ ЛЛНТ1 © 1Ц, © 1Ц температура ЦГ вщповвдно на виxодi додаткового теплообмшника (ТД) та на вxодi ВНТ1

©К1, ©К2 температура у конденсаторах (КД) АХУ1 та у КД АХУ2 ввдповщно

Рк1, Рк2 тиск у КД АХУ1 та у КД АХУ2 вщповщно

Vф1, Vф2 витрата флегми з ВНТ1 до АХУ1 та з ВНТ2 до АХУ2 вщповщно

VEXX1, VHXX2 витрата холодоагенту до КД АХУ1 та до КД АХУ2 вщповщно

РНТ1МТР, РНТ2МТР тиск у мiжтрубному просторi ВНТ1 та ВНТ2 вщповвдно

Ufmea розраховаиий коефщент задаио1' витрати МЕА-розчину

ттВХ U FbT розраховаиий коефiцiент задаио1' витрати холодоагенту до ВВТ

Цф1, Иф2 розраховаш коефiцiенти задано1' витрати флегми з ВНТ1 до АХУ1 та з ВНТ2 до АХУ2 вщповвдно

Наведене на рис. 1 апаратурно-технологiчне оформления процесу вторинно1' конденсацп вико-нане за результатами попередшх дослiджень забез-печуе зниження загального споживання холодиль-но! енергiï з 11,6 МВт до 8,5 МВт [2]. На функцю-нальнш схемi показанi лише контури управлiния, що розробленi в процесi дослiджень. До складу цих контурiв входять: щентифжатор з математичною моделлю, обчислювач оптимального управлшия та основний регулятор витрати. Регулятори витрати реалiзоваиi в пiдсистемi управлiния, значення уставок для яких формуеться пiдсистемою корекцiï. Од-нак оператор може змiнювати ïx через рiвень супе-рвiзорного управлшня. Технолопя управлiния реа-лiзоваиа на базi SCADA-системи ZENON, однiею з функцш яко1 е ведения бази даиих реального часу з технолопчною iнформацiею та передача даиих на збережения i обробку в сторонш бази даиих i про-грами.

Програмне забезпечення iдентифiкатора з об-числювачем реалiзоваие у пакетi MATLAB R2014a, як1 е центральними модулями у пiдсистемi корекцiï. Вони реалiзують алгоритми стабiлiзацiï та оптимь заци (мiнiмiзацiï) температурного режиму охоло-дження ЦГ вiдповiдно у випарниках ВВТ та ВНТ [2, 3]. При цьому, пошук екстремуму температури з визначениям оптимально1' витрати флегми МФ для випарник1в ВНТ здiйснюеться без градiентним способом крокового типу з використаниям методу од-номiрного пошуку екстремуму [3]. Конструктивнi показники випарник1в розмiщуються в базi «даш випарнишв». Концентрацiя холодоагенту на вxодi випарникiв ВНТ визначаеться за моделлю, що

апроксимуе табличнi даш. АРМ лабораторп забез-печуе визначення концентрацп амiаку а^ш у ЦГ лише раз за зм^, а iнодi i за добу. Це викликае не-обхiднiсть у застосуванш модуля адаптацп моделi, який за спещально розробленим алгоритмом здшс-нюе перерахунок концентрацп амiаку а^нз у ЦГ на виходi БПК та конденсацшного термiчного опору Як для корегування моделi ВНТ з метою забезпечення И адекватностi реальному об'екту [5].

Блок людино-машинного штерфейсу згiдно рис.1 мiстить три модуле Модуль вводу нових даних дозволяе у зручному для оператора виглядi мо-дифiкувати таблицi з даними для нових компонен-пв. Модуль настроювань моделi призначений для ручного уводу необхщних конструктивних даних по випарникам, конденсацiйнiй колонi i теплооб-мiннику та запуску процесу проведения перевiрки повно! адекватностi моделей. Графiчнi екрани процесу забезпечують бiльш детальний аиалiз вае1 ш-формацп по процесу вторинно! конденсацп, яш призначенi тiльки для наладника пiдсистеми, а не для оператора процесу.

Розроблена комп'ютерно-штегрована техно-лопя забезпечуе зниження температурного режиму охолодження ЦГ в середньому на 4°С, що обумов-люе зменшення рiчних експлуатацiйних витрат по природному газу на 1,2 млн.м3.

Список лггератури

1. Бабiченко А.К., Азаров М.1., Бабiченко Ю.А., Краснiков 1.Л., Лисаченко 1.Г. Дослвдження загальних теиденцiй сучасного розвитку виробниц-тва амiаку. Технологический аудит и резервы производства. 2014. №5/1(19). С.55-60.

11

2. Babichenko A., Velma V., Babichenko J., Kravchenko Y., Krasnikov I. System analysis of the secondary condensation unit in the context of improving energy efficiency of ammonia production. Eastern-European Journal of Enterprise technologies. 2017. Vol. 2/6 (86). P.18-26. doi 10.15187/17294061.2017.96464

3. Babichenko A., Kravchenko Y., Babichenko J., Krasnikov I., Lysachenko I., Velma S. Algorithmic tools for optimizing the temperature regime of evaporator at absorption-refrigeration units of ammonia production. Eastern-European Journal of Enterprise technologies. 2018. Vol. 4/2 (94). P. 29-35. DOI 10.15587/1729-4061.2018.139633.

4. Бабиченко А.К., Ефимов В.Т. Влияние температуры вторичной конденсации на экономические показатели работы агрегатов синтеза аммиака большой мощности. Вопросы химии и химической технологи. 1986. Вып. 80. С. 113-117.

5. Babichenko A., Babichenko J., Velma S., Kravchenko Y., Krasnikov I., Lysachenko I. Identification of heat exchange process in the evaporators of absorption refrigerating units under conditions of uncertainty. Eastern-European Journal of Enterprise technologies. 2018. Vol. 1/2 (91). P. 21-29. DOI 10.15587/1729-4061.2018.121711.

ENERGY-EFFICIENTY COMPUTER INTEGRATED TECHNOLOGY FOR CONTROL OF THE SECONDARY CONDENSATION PROCESS OF PRODUCTION OF AMMONIA

Текст научной работы на тему «Енергоефективна комп’ютерно-інтегровна технологія керування процесом вторинної конденсації виробництв аміаку»