CC BY
12
открытие сливного затвора (задвижки) является необходимым условием максимального использования теоретического сифона в конденсаторе.
Например, на паровых турбинах АЭС К-500-65/300 ХТГЗ широко применяется насосная система подачи воды на эжекторы цирксистемы, для создания сифона, а электрическая мощность каждого из них составляет около 50 кВт. Установка же подпорного порога позволяет нам отказаться от этих насосов цирксистемы, как ненадёжного элемента турбины и её конденсационной установки. Также порог позволяет всегда иметь высокий уровень в сифонном колодце, за счёт подпора сливной воды уже на выходе из конденсатора без прикрытия сливной арматуры.
Выводы.
1. Применение подпорного порога позволяет уменьшить вероятность снижения уровня циркуляционной сбросной воды в сифонном колодце ниже расчетного;
2. Подпорный порог позволяет снизить вероятность срыва сифона в конденсаторе при переходах по циркуляционным насосам;
3. Поддержание расчетного значения сифона в конденсаторе уменьшает вероятность снижения вакуума в конденсаторе, что ведет к снижению токовой нагрузки циркна-сосов.
4. Подпорный порог также позволяет иметь полностью открытый сливной затвор (задвижку) по циркуляционной воде, что ведет к уменьшению дросселирования воды на ней и её эрозионному износу.
5. Установка подпорного порога позволяет нам отказаться от эжекторных насосов цирксистемы, как ненадёжного элемента турбины и её конденсационной установки.
Список литературы:
[1] - веб-сайт: http://vdvizhke.ru/parovi-mashiny/.
[2] - там же.
МОДУЛИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИНТЕЗА РАЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ
к»
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИИ
Долотовский Игорь Владимирович
канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Ушаков Кирилл Геннадиевич
студент энергетического факультета Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
АННОТАЦИЯ
Рассмотрены вопросы формализации задач расчета показателей эффективности систем энергообеспечения промышленных предприятий в виде блочно структурированных модулей. Приведено содержание расчетных модулей и методические положения определения системной экономии топлива синтезированных систем с утилизацией вторичных энергоносителей.
ABSTRACT
Questions of formalization of the tasks of calculating the efficiency of power supply systems of industrial enterprises in the form of block-structured modules. Shows contents of current mod-ules and methodological principles of the system determine the fuel economy of the synthesized systems utilization of secondary energy resources
Ключевые слова: система энергообеспечения, эффективность, вторичные энергоносители, системная экономия топлива, программные модули.
Keywords: power supply system, efficiency, secondary energy carriers, system fuel economy, software modules.
Технологические комплексы промышленных предприятий имеют в своем составе агрегаты и установки, потребляющие энергоносители (топливо, тепловую и электрическую энергию) от внешних систем энергообеспечения (ВСЭ), а также внутрипроизводственные энергогенерирующие агрегаты, вырабатывающие энергию различного потенциала. На предприятиях переработки углеводородов - нефти, газа и газового конденсата, в структуре технологической системы (ТС) имеются агрегаты, где вырабатывается топливный газ для собственных нужд основных и вспомогательных процессов, в том числе для выработки энер-гоносителей. Идеальная модель энергообеспечения таких сложных объектов представляет замкнутый цикл с минимальными потенциалами сторонних ис-точников энергии и минимальными потерями энергоносителей (ЭН).
Разработка рациональных систем энергообеспечения (СЭО) при наличии сложных внутри- и внешнепроизвод-
ственных связей с ТС и ВСЭ невозможна без блочно-иерар-хического структурирования как самого объекта, так и задачи синтеза [1, 2]. Проведенный анализ СЭО энергоемких промышленных комплексов [3, 4] показал, что они имеют ряд сходных с точки зрения математического описания элементов, которые можно представить в модели объекта в виде отдельных, логически законченных блоков, отражающих ту или иную сторону взаимосвязи рассматриваемой системы с ТС и ВСЭ. Расчеты выходных переменных в выделенных блоках осуществляются по автономным программным единицам - модулям, из которых формируется в дальнейшем библиотека программ информационно-аналитической системы (ИАС) текущего и перспективного анализа энергопотребления на предприятии [5]. Одним из элементов ИАС является модуль расчета показателей эффективности энергоснабжения
(МРПЭЭ), предназначенный для укрупненной оценки
решений по энергообеспечению ТС, и парадигму которого можно пояснить следующими положениями.
В общем случае ТС предприятия представляется в виде математического оператора - «черного ящика» со скрытыми внутренними связями и с соответствующими входными и выходными параметрами по исходному сырью, получаемой продукции и ЭН, качественные и количественные показатели которых выражаются в одинаковых единицах с определенными внешними уравнениями связи.
На начальном этапе разработки оптимальной СЭО ТС эффективность вариантов оценивается на основе энергетического и эксергетического балансов при различной структуре системы с учетом регенерации энергии и встроенных циклов.
В случае потребления ТС различных ЭН: топлива, электроэнергии, тепловой энергии, холода, в качестве базовой единицы при сравнении вариантов предлагается определять количество условного топлива на уровне добычи. При этом каждый ЭН будет отличаться дифференциальным показателем эффективности, что позволит в дальнейшем рассмотреть различные варианты энергообеспечения и сравнить их на основании единых экономических критериев.
МРПЭЭ имеет блочную структуру, общий вид которой приведен на рисунке, и содержит встроенные модули расчета по отдельным видам ЭН - МР-1, с помощью которых определяются технико-экономические характеристики 1-х блоков с учетом системных связей и различных влияющих факторов.
9 Синтез вариантов и выдача рекомендаций по структуре системы Рисунок. Схема МРПЭЭ
8 МР^
Определение
экономических
характеристик
В качестве исходных данных по ТС в зависимости от уровня информационности поставленных задач и степени детализации последующих блоков принимаются в общем случае следующие характеристики: параметры физических потоков - сырья, продуктов и отходов, затраты соответствующих ЭН или мощности энергопотребителей и характерные параметры (температуры, давления, концентрации и т.п.), качественные показатели ТС по экологической безопасности и требованиям к надежности энергообеспечения.
Модуль расчета базовых параметров первичных ЭН (МР-О) также имеет блочную структуру и содержит встроенные модули для определения потребления натурального топлива, электроэнергии, искусственного холода и расчета систем водяного или воздушного охлаждения, в математических описаниях которых использованы как известные зависи-
мости и уравнения связи, так и авторские методики [1, 4]. МР-О может не использоваться в расчетах, если параметры первичных ЭН входят в первый блок исходных данных.
Модули МР-1 и МР^ позволяют учесть качество различных форм энергии от первичных источников и вторичных энергогенерирующих установок предприятия. В основу их математических моделей положены фундаментальные уравнения энергетического и эксергетического балансов. Как отмечалось, сопоставление отдельных составляющих энергетического баланса выполняется по единому показателю - удельному расходу условного топлива на получение того или иного вида энергии (топливного эквивалента). Тогда балансовое уравнение потребления и генерации ЭН в пересчете на топливный эквивалент записывается следующим образом:
БОр + УЪШ . = уЪ (Ж + Ж . + Ж .) +
г^н / г подвг / г \ отв г пол г пот г )
1 1
1 , (1) где В и Q р - расход и теплота сгорания потребляемого натурального топлива; Ь - топливный эквивалент соответствующего первичного ьго ЭН; W , W , W , W -
А 7 подвг огвг полг поп
расход ьго ЭН, подведенного к ТС, отведенного, полезно используемого и затраченного на необратимые потери в ТС; Ь, WВЭНj - топливный эквивалент и расход вторичных ]-х ЭН, вырабатываемых в ТС.
Оценить различные варианты СЭО ТС можно также по показателям эксергетической эффективности, в частности, по эксергетическому КПД
П = 1 -У E /У E
i ex / * пот / / * п
1 / 1
I
E V E
подвг > / i потг
где 1 - соответственно, подведенные
к системе потоки эксергии и ее потери.
Поскольку все подводимые ЭН имеют единый источник образования, ве-личину каждого из них можно определить по значению топливного эквивалента Ь (Ьр или по величине эксергии исходного топлива п ■.
Связь между этими величинами для получения ЭН в виде электрической и тепловой энергии выражается отношениями [6]: „ = ю (Ъю О)"
¡вхэ э у э хт^в }
электроэнергия
- тепловая энергия
Г = a (b a QpУ
lexq q \ q хт^в J
- электроэнергия
ьэ = W3a3 (?7з®хт^вр)
bq = Wq
- тепловая энергия , (6)
где Wэ и Wq - электрическая и тепловая мощности потребителей; пэ и nq - КПД электро- и теплогенерирующих источников ВСЭ [7, 8].
Для систем охлаждения специальными хладоносителя-ми, оборотной водой или воздухом (в аппаратах воздушного охлаждения - АВО) расчет топливного эквивалента сводится в конечном итоге к расчету удельного расхода топлива для получения электрической и тепловой энергии.
При использовании в ТС низкотемпературных ЭН в расчетах не рекомендуется игнорировать модуль МР-О, поскольку в данном случае базовые характеристики выбираются более корректно с учетом экологических, климатических, технологических и режимных факторов. Тогда, с учетом выходных параметров МР-О, эквивалентные характеристики MP-I можно определить по следующим уравне-
ниям связи.
Электрическая мощность систем охлаждения с АВО
W knNnAn
(7)
(2)
(3)
, (4)
где Ьэ и Ьд - удельные расходы топлива на производство электрической энергии и тепловой энергии; ю, ю и ю - ко-
А А А ? э д хт
эффициенты работоспособности электроэнергии, тепловой
„ = 1 - То/Т
энергии и химической энергии топлива; ;
Т0, Т - температура окружающей среды и ЭН; Qвр - теплота сгорания условного топлива с учетом теплоты конденсации водяного пара.
В модулях МР-1 и МР^ использованы следующие зави-симоси для определения топливных эквивалентов:
(5)
где k , N , A - коэффициент, учитывающий режимные факторы при передаче теплоты в АВО и тип устанавливаемых аппаратов, мощность электродвигателя, число АВО типа n.
Значения определяются в МР-О (методика расчета приведена в [1, 4]) и являются оптимизирующими параметрами при синтезе СЭО.
Для систем оборотного водоснабжения с отдельно стоящими и секцион-ными вентиляторными градирнями энергопотребление можно оценить по эм-пирическому уравнению, полученному на основании экспериментальных данных [1, 4, 9]
W =2 krQrw
, (8)
где Q - количество теплоты, переданное воздуху в локальной системе водоснабжения r (определяется в МР-О с учетом режимов эксплуатации); k и у - коэффициент и показатель степени, зависящие от гидравлической нагрузки, разветвленности сети, принятой степени продувки и других технологических и технико-экономических факторов (их значения также являются выходными параметрами модуля МР-О).
Для систем обеспечения специальными хладоносителя-ми в МРПЭЭ предусмотрены варианты их структуры с генераторами холода абсорбционного (АХГ) и компрессионного (КХГ) типов.
При холодоснабжении от КХГ в математической модели соответствующего блока МР-I использованы известные удельные характеристики цикла и эмпирические соотношения и зависимости [1, 4, 6, 10].
Удельные затраты энергии в теоретическом цикле КХГ
жуя = Т /Т -1
эо к / и (9)
где Т , Т - температурные границы цикла (температуры конденсации и испа-рения хладагента).
Индикаторный КПД компрессора
Ч = Ти/Тк + ф (Ти -273) , (10)
где коэффициент ф. зависит от вида хладагента и типа компрессора.
Удельные затраты энергии на охлаждение конденсаторов
W™ = ф Жуяп.
эк т к эо 1г (11)
где ф - коэффициент, определяемый в МР-О и зависящий от принятой системы охлаждения конденсаторов (воздушной или водяной), типа компрессоров КХГ, хладагента, режимов эксплуатации.
Общее энергопотребление холодильной станции с КХГ определяется по следующей зависимости
W = 2 kx ( (1+ФК )QoVr)
V 'x , (12)
где Q0 - холодопроизводительность станции х; kx - коэффициент пересчета, определяемый в МР-О для станции х.
Для систем холодоснабжения с АХГ эквивалентные параметры определяются с использованием известных зависимостей для удельных затрат энергии высокого потенциала (в генераторе) - WEW, и среднего потенциала (в абсорбере и конденсаторе) - Wуд.
шуд =
Жуд =
Т -1 - Т
и_г_
Т 1 - Т
к г
Т -1 - Т
и_к
Т-1 - Т..
(13)
(14)
где Тг - температура в генераторе.
Тепловая мощность генератора пропорциональна холо-допроизводительности станции Q0 при соответствующих изотермах цикла Т , Т и Т и определяется для каждого эксплуатационного режима:
Ж = ^ . (15)
Для охлаждения конденсаторов и абсорберов АХГ электропотребление обеспечивающей системы водоснабжения составит
(
Ж = к.
Ж*1 Ж
во
V
В = ЬЖ
%
В„ = Ь
онной турбине.
При использовании ВЭН для выработки электрической (механической) энергии экономия топлива составит
В = ЬЖ
^эк э ВЭНэ (20)
где Ьэ - удельный расход топлива на выработку электроэнергии на замещаемой установке ВСЭ; WВЭНэ - выработка электроэнергии или механической работы утилизационными установками ТС.
При комбинированном направлении использования ВЭН и комбинированной схеме энергообеспечения ТС экономия топлива за счет утилизации ВЭН определяется зависимостью
Вэк ЬтЖВЭНт^ТЭЦ
1+аЖУд - а (ЖГд - ЖЭН)
1 + а Ж
1 ^ Ч-п''ъ
уд
у . (16) Аналогичным образом разработаны математические модели в МР^ для различных видов вторичных ЭН (горючих, тепловых, высокого давления).
Анализ экономической эффективности СЭО выполняется в МР^ и МР-Я в зависимости от направления использования получаемых в ТС вторичных энергоносителей (ВЭН). Базовой методикой расчета являются классические методики определения выхода и экономической эффективности использования ВЭН [11, 12].
При использовании горючих ВЭН в качестве топлива его системная эко-номия определяется из выражения
%ВЭН
(17)
где Ь - коэффициент эквивалентного перевода 1 ГДж теплоты в тонну условного топлива; WВЭНт - объем используемых горючих ВЭН; пВЭН - коэффициент использования теплоты топлива агрегата, работающего на горючих ВЭН; П - то же на первичном топливе.
При выработке тепловой энергии в утилизационной установке или при непосредственном использовании тепловых ВЭН в виде технологических потоков ТС экономия первичного топлива составит
Ж
" " тз ош
(18)
где п - коэффициент использования теплоты топлива замещаемого источника ВСЭ (котельной).
При энергоснабжении ТС от ТЭЦ использование тепловых ВЭН приводит к уменьшению отбора пара от турбин и, вследствие этого, к снижению экономичности работы ТЭЦ из-за недовыработки электроэнергии на тепловом потреблении. В этом случае экономию топлива за счет утилизации ВЭН определяют с учетом перерасхода топлива на ТЭЦ
Вэк = Ьт ^ [1 _ Ж- ( - а)]
^ТЭЦ , (19)
где пТЭц - коэффициент использования теплоты топлива котельным оборудованием ТЭЦ; W уд - удельная выработка электроэнергии по теплофикационному турбинами замещаемой ТЭЦ на единицу отпущенной потребителям теплоты; qк, qт - удельный расход теплоты на производство электроэнергии соответственно в конденсационной и теплофикаци-
/ту ВЭН (21)
где WВЭНт - количество теплоты с паром теплоутилизационных установок, поступающей в утилизационную турбину; WВЭНуд, - соответственно удельная выработка электроэнергии и удельный расход теплоты на выработку электроэнергии на ТЭЦ, использующей ВЭН; W уд, q - удельная выработка электроэнергии и удельный расход теплоты на выработку электроэнергии на замещаемой ТЭЦ ВСЭ.
Математические модели МР-Я, отражающие регенеративное использова-ние ВЭН, разработаны аналогичным образом и позволяют определить в эквивалентном исчислении экономию топлива и других ЭН.
Технико-экономические расчеты выполняются по укрупненным показателям, в качестве которых приняты годовые затраты в СЭО ТС, включающие эксплуатационные затраты и отчисления от инвестиций на амортизацию, ремонт и обслуживание оборудования.
Разработанные модули реализованы в виде моделирующих программ, объединенных в программный комплекс [13] и ИАС [5]. Модули характеризуются достаточной универсальностью при минимальной степени детализации ТС, обладают свойством расширяемости и могут быть применены как для оптимизации и модернизации СЭО действующих предприятий, так и для вновь проектируемых объектов на стадиях разработки технических предложений и технологического проектирования.
Список литературы
1. Долотовский И.В., Ларин Е.А., Долотовская Н.В. Проектирование и оптимизация установок и систем энергетического комплекса промышленных предприятий. - Саратов: «Амирит», 2015. - 336 с.
2. Долотовский И.В., Ларин Е.А., Долотовская Н.В. Энергетическая эффек-тивность технологических систем промышленных предприятий. - Саратов: Буква, 2014. - 130 с.
3. Ларин Е.А., Долотовский И.В., Долотовская Н.В. Энергетический комплекс газоперерабатывающих предприятий. Системный анализ, моделирование, нормирование. -М.: Энергоатомиздат, 2008. - 440 с.
4. Долотовский И.В., Ларин Е.А., Долотовская Н.В. Системный анализ энергетического комплекса предприятий подготовки и переработки газа. - Саратов: Буква, 2014. - 326 с.
5. Патент РФ №2 2465639. Информационно-аналитическая система нормирования и оптимизации выработки и по-
требления топлива и энергоносителей на предприятии / И.В. Долотовский, Е.А. Ларин, Н.В. Долотовская. 27.10.2012.
6. Эксергетические расчеты технических систем: справ. пособие / В.М. Бро-дянский, Г.П. Верхивкер, Я.Я. Карчев и др.: под ред. А.А. Долинского, В.М. Бродянского. -Киев: Наук. думка, 1991. - 360 с.
7. Коэффициент использования теплоты топлива / Н.Л. Астахов // Энергетик. - 2004. - №3. - С. 29-30.
8. РД 34.08.552-95 Методические указания по составлению отчета электро-станции и акционерного общества энергетики и электрификации о тепловой экономичности оборудования. - М.: СПО ОРГРЭС, 1995.
9. Программный модуль расчета состояний систем оборотного водоснабжения / И.В. Долотовский // Materialy VII Miçdzynaro-dowej naukowi-praktycznej konferencji «Perspektywiczne opracowania s^ nauk^ i technikami - 2011». -Volume 53. Nowoczesne informacyjne technologie. - Przemysl: Nauka i studia. -str. 32-36.
10. Холодогенерирующие установки в системах энергообеспечения предприятий газопереработки / И.В. Долотовский, Е.А. Ларин, Н.В. Долотовская // Евразийский союз ученых (ЕСУ). - 2015. - №4 (13). - С. 152-156.
11. Вторичные энергетические ресурсы промышленности СССР / С.П. Сушон, А.Г. Завалко, М.И. Минц. - М.: Энергия, 1978. - 320 с.
12. Основные методические положения по планированию использования вто-ричных энергетических ресурсов. -М.: Энергоатомиздат, 1987. - 59 с.
13. Система «Энергоресурс»: программа для ЭВМ № 2010615353 / Е.А. Ларин, И.В. Долотовский, Н.В. Долотов-ская. 20.08.2010.
Исследование выполнено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Фонда поддержки научно-проектной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых «Национальное интеллектуальное развитие» в рамках научного проекта № 16-31-00001 «мол_эв_а»
КОНЦЕПЦИЯ РАЗРАБОТКИ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМУ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ УЧАСТКА ПАСТЕРИЗАЦИИ СЛАБОАЛКОГОЛЬНОГО ГАЗИРОВАННОГО ВИНА
Калустьянц Сурен Артурович
Магистрант -2го года обучения ,ст гр. ПЭм14-,СКГМИ(ГТУ),г.Владикавказ
Хмара Валерий Васильевич.
Док. тех. наук, проф.кафедры промышленной электроники,СК ГМИ(ГТУ)
Тебиева Светлана Анатольевна
Канд. тех.наук, доцент кафедры промышленной электроники, СКГМИ(ГТУ)
АННОТАЦИЯ
В данной статье исследуется,что развитие средств телекоммуникаций позволяет объединить все технические средства в единые системы управления. Объектом научно-технического исследования является АСУ ТП производства слабоалкогольных газированных вин. Основной целью создания системы автоматизации является повышение технических показателей работы микропроцессорной установки.
ABSTRACT
This article is dealt with the development of telecommunication means which allows to unite all technical means in a single control system. The object of the scientific and technical research is the automatic control system of low-alcoholic wines productions. The primary purpose of the creation of the system of automation is the increase of technical indexes of work of the microprocessor setting
Ключевые слова: автоматизация, технологическое оборудование, теплообмен, вкусовые качества, энергоресурс. алгоритм
Keywords: automation, technological equipment, heat exchange, taste qualities, energy resourses, algorithm
В настоящее время даже в условиях жесткого ограничения в финансовых средствах возможно создание недорогих, простых во внедрении и обслуживании автоматических систем регулирования технологических процессов. Формирование современных систем автоматизации базируется на применении микропроцессорной техники. Развитие средств телекоммуникаций позволяет объединить все технические средства в единые системы управления. Наиболее эффективной считается система управления, основанная на единовременном использовании :и средств автоматизации.
Объектом научно-технического исследования является АСУ ТП производства слабоалкогольных газированных вин.
Основной целью создания системы автоматизации является повышение технических показателей работы всей установки:
- повышение и стабилизация качества целевых продуктов;
- обеспечение широких возможностей по модернизации и развитию системы управления;
- повышение уровня безопасности функционирования технологического оборудования;
- экономия сырья, топлива и энергоресурсов.
Кроме того, система должна отвечать всем заданным в техническом задании параметрам, обеспечивая достаточное быстродействие, а самое главное - точность регулирования.
Основным из важных этапов производства вина является этап пастеризации вина, в большей степени определяющий органолептические и вкусовые качества выпускаемой продукции. Задачей управления процессом теплообмена является поддержание температуры вина за счет изменения
