CC BY
27
СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ СИСТЕМ
Кашипова Любовь Александровна
аспирант кафедры Информатики и информационно-управляющих систем Казанского государственного энергетического университета, РФ, г. Казань
E-mail: lubko@yandex. ru Мосякин Александр Сергеевич студент кафедры Информатики и информационно-управляющих систем Казанского государственного энергетического университета, РФ, г. Казань
E-mail: alexmosya93@gmail. com Маров Вячеслав Николаевич студент кафедры Информатики и информационно-управляющих систем Казанского государственного энергетического университета, РФ, г. Казань
E-mail: slavaapp@icloud. com Плотникова Людмила Валерьяновна канд. техн. наук, доцент кафедры Информатики и информационно -управляющих систем Казанского государственного энергетического
университета, РФ, г. Казань E-mail: mikhailovalv@mail.ru
STRUCTURAL ANALYSIS IN MODELING INDUSTRIAL ENERGY
SYSTEMS
Kashipova Lyubov
graduate of Informatics and Information Management Systems department of Kazan
State Power University, Russia, Kazan Mosyakin Alexander
student of Informatics and Information Management Systems department of Kazan
State Power University, Russia, Kazan
Marov Vyacheslav
student of Informatics and Information Management Systems department of Kazan
State Power University, Russia, Kazan Plotnikova Lyudmila
candidate of Science, Associate Professor of Informatics and Information Management Systems department of Kazan State Power University, Russia, Kazan
АННОТАЦИЯ
При организации энергоэффективных промышленных систем, в частности в форме организации систем рекуперации вторичной энергии, возникает потребность упорядочивания сложных расчетов технологических схем предприятий. Это обусловлено значительным количеством аппаратов в таких схемах, наличием обратных связей, возвратных потоков энергии и вещества, которые превращают технологическую цепь в многоконтурную схему.
Created by DocuFreezer | www.DocuFreezer.com |
Параметры выходных из аппаратов потоков могут влиять на входные параметры и, как следствие, сами на себя. Для избежания многочисленных итераций предлагается использовать структурный анализ [1, с. 58, 2, с. 21].
ABSTRACT
At the organization of energy-efficient industrial systems, particularly in the form of the organization of secondary energy recovery systems, there is a need for organizing complex calculations flowsheets enterprises. This is due to a significant number of vehicles in such schemes, the presence of feedback, the return flow of energy and matter that make technological chain for multi-scheme. Parameters of output devices may affect flow input parameters and, consequently, to themselves. To avoid multiple iterations proposed to use structural analysis.
Ключевые слова: структурный анализ; информационно-балансовая система.
Keywords: structural analysis; information-carrying system.
Проведение структурного анализа позволит выявить зависимости между элементами схемы; выделить замкнутые и незамкнутые последовательности элементов; выявить внешние потоки энергии и вещества, не связывающие аппараты друг с другом и внутренние потоки — связывающие; определить оптимальную последовательность расчета схемы [1, с. 63].
Построение информационно-балансовой системы (ИБС) является первым этапом структурного анализа. ИБС представляется в виде графа, где материальные или энергетические потоки схемы, некоторые из которых являются потенциально вторичной энергией производства — это дуги графа, а элементы оборудования — это вершины графа или вычислительные информационные блоки (математические модели в виде балансовых уравнений), в которых на основе заданных входных параметров определяются выходные. ИБС представляется в виде матрицы смежности, показывающей связи между элементами, заданными номерами строк матрицы, с элементами,
заданными номерами столбцов. Для того, чтобы избавиться от множественных итераций, характерных для сложноструктурированных схем, следует представить рассматриваемую технологическую схему в виде незамкнутой последовательности элементов, то есть определить линейную последовательность расчета и разомкнуть контуры. Для определения потоков, разрыв которых позволит провести линейный расчет технологической схемы, применяется метод, использующий матрицу цикла. Структурный анализ позволяет в результате разрыва потоков провести декомпозицию на отдельные группы контуров и свести расчет ИБС к расчету систем уравнений контуров, то есть определить путь или последовательность такого расчета.
Рассмотрим пример. По результатам проведенного структурного анализа схемы газоразделения в производстве этилена [3, с. 241] был определен приоритетный участок для дальнейшего анализа на следующем иерархическом уровне — это схема выделения этилена методом ректификации (или участка разделения этан-этиленовой фракции). Именно на этом участке было выявлено большое количество сложных циклов, требующих дополнительного анализа. ИБС схемы представлена на рис. 1, участок матрицы смежности — в таблице 1. Результаты описаны в виде матрицы циклов (таблица 2), которая представляет собой перечень потоков в составе каждого контура, где также показана частота каждого потока, то есть количество контуров, в которые входит поток.
Рисунок 1. Информационно-балансовая система выделения этилена
В результате проведения анализа структуры связей ИБС участка выделения этилена методом ректификации выявлено 9 контуров, системы которых представлены на рис. 2. Предлагаемые для разрыва потоки на рис. 2 выделены жирной линией и показаны в виде сокращенной матрицы циклов в таблице 3. Сокращенная матрица цикла дает наглядное представление о том, какие контуры возможно рассчитать при разрыве каждого из условно разрываемых потоков. Разрываемые потоки выбраны с таким расчетом, чтобы в одном контуре их количество было минимальным.
Итак, после разрыва потоков получена линейная последовательность расчета рассматриваемой схемы без итераций, что значительно упрощает проведение дальнейшего термодинамического расчета схемы с целью анализа эффективности теплопотребления существующей технологии и выявления энергетических потоков, являющихся значимыми ресурсами вторичной энергии. Выявленная вторичная энергия может быть полезно использована на рассматриваемом производстве. Следовательно, методика помогает однозначно
определить наилучший вариант энергосберегающей промышленной системы в виде системы рекуперации вторичной энергии производства.
Таблица 1.
Матрица смежности ИБС выделения этилена
№ блока в который входит поток
1 г 3 4 5 6 7 В 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
1 1 1 2
г 1 1
3 1 1 2
4 1 1
5 1 1 2
6 1 1
7 1 1
в 1 1
1 1 1 3
10 1 1
11 1 1 1 3
12 1 1
Таблица 2.
Матрица циклов ИБС выделения этилена
н к 0 0 номер потока
1 1 2 6 7 21 22 26 27 33 34 11 12 13 17 18 13 30 31 32 34 36 37 38 40 Р к а о
1 1
м н 2 1 1 н т
е т Р У Р а 3 1 1 г У Р а
4 1 1
5 1 1
6 1 1 1
7 1 1 1
8 1 1 1 1 1
9 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2
частота потока
Рисунок 2. Системы контуров схемы выделения этилена
Таблица 3.
Сокращенная матрица циклов ИБС участка выделения этилена
номер потока
н к О О 1 2 7 22 27 34 13 19 36 2 Р к а о
1
м н 2 1 2 н т
е т 3 1 2 Г У
Р У 4 1 2 Р
Р 5 1 2 а
а б 1 3
7 1 3
В 1 5 7
э 1
1 1 1 1 1 1 1 2
частота потока
Список литературы:
1. Назмеев Ю.Г., Конахина И.А. Организация энерготехнологических комплексов в нефтехимической промышленности. М.: Издательство МЭИ, 2001. — 364 с.
2. Плотникова Л.В., Петрова О.Г., Плотников В.В. Построение расчетной модели сложноструктурированной теплотехнологической схемы нефтехимического производства // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. — 2010. — № 9—10. — С. 21—27.
3. Плотникова Л.В., Звегинцев А.А. Структурный анализ теплотехнологической схемы газоразделения в производстве этилена // XXIII Международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС-2011): материалы конференции. М.: Изд-во ИМАШ РАН. 2011. — С. 241.
