Синтез и анализ энергосберегающих систем автоматического регулирования при действии детерминированных возмущений : на примере отделения синтеза в производстве метанола

• Автор: Ляшенко, Александр Иванович
• Шифр специальности: 05.13.06, 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 274 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И В ТЕОРИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Технический потенциал повышения энергетической эффективности в России

1.2 Общепринятые способы энергосбережения в химической промышленности

1.2.1 Разработка энергосберегающих процессов и аппаратов

1.2.2 Наращивание единичной мощности производства

1.2.3 Интенсификация химико-технологических процессов

1.2.4 Интеграция процессов химической технологии

1.2.5 Утилизация ВЭР

1.2.6 Термодинамические методы исследования ХТС

1.2.7 Эффективный контроль и управление технологическими процессами и производствами
1.3 Энергосберегающие системы автоматического управления ХТС
ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ СИНТЕЗА И АНАЛИЗА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ САР
2.1 Анализ структуры и особенности построения энергосберегающих САР
2.2 Разработка алгоритмов и программ для эксергетического анализа ХТС с целью СИНТЕЗА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ САР
2.2.1 Методика расчета эксергии через контрольную поверхность
2.2.2 Обоснование применения эксергетического метода термодинамического анализа при организации энергосберегающего управления ХТС
2.2.3 Логическая модель разработанной автоматизированной системы: диаграмма классов, их основные функции и методы
2.2.4 Программа Ехе^Са1с
2.2.5 Назначение и описание программы ExeгgySensCTS
2.2.6 Общий алгоритм эксергетического исследования ХТС при разработке ЭСАР
ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ :
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ХТП СИНТЕЗА МЕТАНОЛА С ЦЕЛЫО ВЫЯВЛЕНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ САР
3.1 Проблема рационального использования топливно-энергетических ресурсов в
ПРОИЗВОДСТВЕ МЕТАНОЛА
3.2 Математическое описание статического режима работы реакторного узла
3.2.1 Разработка математических моделей элементарных технологических операторов
3.2.2 Разработка математической модели комбинированного охлаждения газа между слоями с катализатором
3.2.3 Моделирующий расчет статического режима работы реакторного узла при различных способах охлаждения газа по высоте колонны
3.2.4 Расчет эксергетических характеристик агрегата сшггеза в программе Ехег£уСа1с
3.2.5 Расчет эксергетнческой чувствительности статических режимов работы реактора в программе Ехе^8епзСТ8 с целью выделения энергоэффективного канала управления температурой

3.3 Математическое описание динамического режима работы реакторного узла с
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА И СИМУЛЯЦИЯ ИХ СВОЙСТВ
ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. СИНТЕЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ САР НА ПРИМЕРЕ ПРОЦЕССА СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ХИМИЧЕСКОГО РЕАКТОРА В ПРОИЗВОДСТВЕ МЕТАНОЛА
4.1 Энергосберегающая САР с фильтрацией методом скользящего среднего
4.1.1 Варианты реализации фильтров типа «скользящее среднее» в структуре ЭСАР
4.1.2 Методика расчета ЭСАР с фильтрами скользящего среднего
4.1.2.1 Процедура расчета оптимальных настроек регуляторов при известных параметрах настройки фильтров
4.1.2.2 Процедура расчета настроечных параметров фильтров при известных настройках регуляторов
4.1.2.3 Алгоритм расчета ЭСАР в общем виде
4.1.3 Разработка компьютерной программы для автоматизированного расчета и моделирования ЭСАР с фильтрацией методом скользящего среднего
4.2 Прикладное применение разработанной ЭСАР для управления тепловым режимом РЕАКТОРА СИНТЕЗА МЕТАНОЛА
4.2.1 Расчет ЭСАР температуры на выходе слоя катализатора
4.2.2 Моделирование переходных процессов в ЭСАР температуры на выходе слоя катализатора
ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ,„_..
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Программный комплекс для эксергетического исследования ХТС с
целью создания ЭСАР
Приложение 2. Патенты и свидетельства

ВВЕДЕНИЕ
В последнее время проблеме энергосбережения и повышения энергетической эффективности за рубежом и в нашей стране уделяется пристальное внимание. По данным Международного энергетического агентства (1ЕА) Россия занимает место в тройке крупнейших производителей первичных топливно-энергетических ресурсов в мире (10 % мирового производства). В то же время эффективность использования энергии и ресурсов в России уступает аналогичным показателям в передовых иностранных государствах. Поэтому проблема энергосбережения для нашей страны является особенно актуальной.
Главным показателем эффективности использования энергии выступает энергоемкость валового внутреннего продукта (ВВП), которая представляет собой соотношение потребления энергии и объема произведенных товаров и услуг. При огромном потенциале энергосбережения, энергоемкость ВВП Российской Федерации в 2,5 раза выше среднемирового уровня и в 2,5-3,5 раза выше, чем в развитых странах, что снижает энергетическую безопасность страны и сдерживает ее экономическое развитие [1].
На современном этапе большое значение для снижения энергоемкости ВВП приобретает технологическая экономия энергии. Однако достижения России в этом направлении не велики. Около 50 % топливно-энергетических ресурсов, вырабатываемых в нашей стране, используют промышленные предприятия. При этом эффективность использования энергоресурсов в них составляет всего 30% [2]. Особого внимания заслуживают вопросы энергосбережения для химической промышленности, в которой большая часть энергетических затрат связана с переработкой сырья и обусловлена спецификой протекания химических процессов, из-за чего не может быть существенно снижена.
Исследования показывают, что наибольшие резервы энергоэкономии на предприятиях химической промышленности кроются непосредствешю в технологических процессах, повышения энергоэффективности которых можно добиться различными способами. Наиболее распространенным является технологический подход, концепция которого подразумевает разработку новых

ри в представленных технологических операторах составляют примерно половину всех потерь эксергии, а наибольшие потерн, порядком 22,6 %, приходятся на колонну синтеза. Таким образом, выводы эксергетического анализа послужили предпосылками для сокращения диссипативных потерь энергии на величину до 18 % без значительного изменения технологической схемы.
Об актуальности использования эксергетической концепции для поиска путей энергоэкономии свидетельствует большое число современных публикаций как отечественных, так и зарубежных авторов. Эксергия выступает мощным аналитическим инструментом, позволяющим преодолеть концептуальный разрыв между вторым началом термодинамики и прикладной инженерией [99].
В пособии [100] приводятся результаты эксергетического анализа термодинамических систем с использованием эксергии тепловых потоков, определяются взаимосвязи между эксергетическим КПД сложной системы и КПД составляющих ее элементов, рассматриваются способы определения эксергетического КПД для тепловых процессов, усложненных массообменом.
Авторы статьи [101] исследовали скрытую возможность повышения экономии топлива для индивидуального теплового пункта. Было выявлено, что уменьшение эксергетических потерь за счет снижения температуры обратной сетевой воды способно принести выгоду теплоснабжающей компании в виде экономии топлива. Рассчитанный для реального объекта резерв энергосбережения составил 115 ГДж (10,4 ТУТ) в течение отопительного сезона.
Японскими учеными [102-103] предложена технология «само-рекуперации» тепла на основе минимизации эксергетических потерь, с использованием которой для большинства химических процессов значительно можно уменьшить величину потребляемой энергии. '
В статье [104] рассматриваются вопросы повышения эффективности водоиспользующей ХТС путем выбора оптимального варианта смешения и разделения технологических потоков различного потенциала на основании соответствующих эксергетических расчетов.