Читайте также:
|
Для повышения эффективности работы, модернизации действующих производств и при разработке новых процессов в газовой, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и фармацевтической промышленности все большее применение находит применение автоматизированных расчетов с применением информационно-вычислительных комплексов (ИВК). В настоящее время существует целый ряд ИВК для расчета технологических процессов. Наиболее известные зарубежные ИВК – Хайсис, Аспен, ПРО-II, Хемкад. Из отечественных ИВК неспециального назначения известен пакет САТРАПиС. В Институте катализа им. Г.К.Борескова разработан первый отечественный ИВК общего назначения, работающий в среде WINDOWS, - ФЛОКАС. В состав ФЛОКАСа входят:
Ø банк данных по физико-химическим свойствам индивидуальных компонентов и его программное обеспечение;
Ø банк данных по параметрам бинарного взаимодействия для наиболее популярных уравнений состояния и регулярных растворов – всего 13 типов уравнений;
Ø банк моделей основных аппаратов химической технологии и программ для их расчета;
Ø интерфейс для создания базы задачи конкретного производства, расчета свойств смеси, термодинамических расчетов.
Основные аппараты химической технологии, модули расчета которых содержатся во ФЛОКАСе, подразделяются на следующие типы:
Ø побудители расхода (насосы, компрессоры, вентиляторы, дроссели, турбодетандеры и т.п.);
Ø смесители;
Ø делители (паро-жидкостной сепаратор, ректификационные колонны простые и гетероазеотропные, абсорбер, флорентийский сосуд, трехфазный сепаратор и т.п.);
Ø теплообменники (кожухотрубные, оросительные, нагревательные печи, воздушные холодильники и др.);
Ø реактора (линейный, равновесный, трубчатый реактор с радиальным переносом, реактор с трубками Фильда и др.).
Кроме приведенных выше, во ФЛОКАСе имеются модули расчета более сложных аппаратов, таких как печь конверсии природного газа, реактора синтеза аммиака и метанола, хемосорбер (например для расчета аминной очистки от СО2 или абсорбции NO2 с получением азотной кислоты) и др. Архитектура ФЛОКАСа позволяет легко добавлять новые программы расчета аппаратов, созданные пользователем. Дружественный 
интерфейс позволяет формировать химико-технологическую схему в графическом режиме (см. Рис.1) и выводить результаты расчета в удобном для использования формате.
Рисунок 1.
Для чего может использоваться ФЛОКАС? Инженеру химику-технологу, работающему в научно-исследовательском институте, ФЛОКАС позволяет:
а) подготовить исходные данные для проектирования технологических процессов на основе физико-химической информации;
б) получить необходимые данные по физической химии процесса на основе экспериментального материала.
Инженеру химику-технологу, работающему в проектной организации, ФЛОКАС дает возможность:
а) выполнить экспертизу исходных данных на их непротиворечивость, достоверность и полноту;
б) выполнить расчеты материальных и тепловых балансов технологических схем применительно к целям конкретного производства.
Инженеру химику-технологу, работающему на промышленном предприятии, ФЛОКАС дает возможность:
а) оценить состояние неизмеряемых параметров по объективным характеристикам действующего производства;
б) выбрать наиболее рациональный режим эксплуатации процесса при изменении состава сырья и других технологических параметров.
Если полезность использования ИВК в ВУЗах, научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях в специальных комментариях не нуждается, то методологию их эксплуатации на действующем промышленном предприятии, непосредственно в цехе следует рассмотреть подробнее. Прежде всего, ясно, что все возможности комплекса для конкретного производства избыточны. Рабочие потоки обычно состоят максимум из 20-30 компонентов; технологическая схема установки составляется из аппаратов 10-15 разновидностей. Поэтому для цеха более интересным представляется своего рода экстракт из всего ИВК, отражающий основные особенности производства.
У разработчиков ФЛОКАСА накопился большой положительный опыт его использования для создания автоматизированного рабочего места технолога цеха (АРМ-ХТ. АРМ-ХТ создается в несколько этапов. Сначала изучается корректность воспроизведения комплексом литературных и экспериментальных данных по теплофизическим свойствам важнейших потоков производства. Наиболее критичными из этих свойств являются температура кипения и точка росы среды. ФЛОКАС предоставляют пользователю возможность выбора метода учета неидеальности смеси – необходимо найти самый корректный из предполагаемых, а при возможности и необходимости откорректировать численные значения параметров бинарного взаимодействия. Аналогично исследуется воспроизводимость физико-химических данных: тепловые эффекты реакций, равновесные системы при различных наборах реакций и тому подобное. Метод учета неидеальности и в этом случае играет существенное значение.
На втором этапе создается компьютерная технологическая схема производства из элементов, предлагаемых ФЛОКАСом. Здесь также возникает множество творческих моментов. Обычно один и тот же аппарат может быть рассчитан по различным моделям. Так, наиболее распространенный в химической технологии кожухотрубный теплообменник рассчитывается:
а) по простейшей модели, когда заданы оба входных потока и выходная температура одного из них. При этом определяется количество обмениваемого тепла и температура второго потока на выходе. Это тепловой режим расчета, не требующий знания конструкции теплообменника;
б) в нерегулируемом режиме, когда известны входные потоки, режимы их взаимотечения и конструкция аппарата. Необходимо определить коэффиценты теплоотдачи, общее количество обмениваемого тепла и выходные температуры обоих потоков. Это поверочный режим расчета.
в) в регулируемом режиме выходная температура рабочей среды обеспечивается изменением либо расхода, либо температуры теплоносителя. Здесь известны параметры рабочей среды на входе, её выходная температура, откуда определяется требуемая интенсивность теплообмена. Для достижения этой интенсивности подбираются параметры теплоносителя с учетом конструкции теплообменника.
Еще большее разнообразие моделей известно для реакторов - от примитивных (стехиометрический реактор, равновесный реактор с управляемой степенью недостижения равновесия) до весьма сложных, учитывающих кинетику превращения, массообмен между фазами среды, неоднородность превращения по обьему реакторного пространства.
Поэтому выбор модели для расчета конкретного узла технологической схемы представляется ответственейшим этапом всей работы, где часто приходиться искать компромисс между желанием максимально достоверного результата и доступностью необходимой информации.
Следующий этап – воспроизведение регламентных показателей производства обычно трудностей не предоставляет, поскольку фактически приходится сравнивать расчетные данные, полученные разными коллективами. На этом этапе уточняются модели аппаратов, корректность и полнота рассчитываемой схемы.
Наконец, выполняется воспроизведение расчетом реальной картины функционирования производства. Обычно расчетные и реальные данные расходятся, и причин тут несколько:
а) ошибки в показаниях контрольно-измерительных приборов,
б) потери тепла и давления в трубопроводах, соединяющих аппараты;
в) несоответствие некоторых аппаратов регламентным, поскольку в ходе эксплуатации производства исходные были заме нены на подобные, а изменения в документацию не внесены;
г) несоответствие точек замера некоторых параметров регламентным;
д) изменение характеристик аппарата в ходе эксплуатации (старение катализаторов, загрязнение теплообменных поверхностей, изменение брызгоуноса из паро-жидкостных сепараторов, изменение абсорбционной емкости растворителей и тому подобное).
Естественно, согласование результатов расчета с реальностью проводится в тесном контакте с технологами и механиками цеха, и уже на этом этапе работы создаются предпосылки к повышению эффективности функционирования производства.
Созданное таким образом АРМ-ХТ устанавливается на компьютерах цеха и передается в распоряжение специалистов технической службы. Задачи, решаемые с помощью этой базы, весьма разнообразны.
Систематически, вводя а программу данные, характеризующие технологический режим, рассчитываются технико-экономические показатели работы смены. При несоответствии расчетных и реальных показателей их согласовывают с помощью соответствующих настроечных параметров. К примеру, в случае теплообменника настроечным параметров является загрязненность поверхностей, в случае реактора – уровень активности катализатора или недостижение равновесия (зависит от выбранной модели реактора). Регулярный расчет этих коэффициентов позволяет следить за динамикой их изменения и принимать экономически обоснованные решения о дальнейшей эксплуатации производства. При наличии в цехе АСУ ТП легко предусмотреть обмен информацией между обеими системами на уровне текстовых файлов, и расчеты такого рода могут проводиться автоматически.
В технологическую службу цеха регулярно поступают как рационализаторские предложения от собственных специалистов, так и технические предложения от сторонних организаций. Расчет баланса производства с учетом этих предложений позволяет получить новые расходные коэффициенты и качественно провести их экономическую оценку.
Если на неавтоматизированном производстве принимается решение о создании АСУ ТП, то помимо датчиков, исполнительных устройств, кабелей и прочего могут потребоваться сведения о параметрической чувствительности и передаточных функциях отдельных аппаратов схемы. Эта информация традиционно добывается эксплуатацией производства в нерегламентном режиме, что ухудшает технико-экономические показатели производства. При наличии АРМ-ХТ необходимые сведения могут быть получены расчетным путем.
Продолжает оставаться актуальной для многих производств задача наиболее рациональной эксплуатации при пониженной нагрузке. Оптимизация режимов работы производства при пониженной нагрузке позволяет экономить сырьевые и энергетические ресурсы и избежать частых остановок и пусков.
Возможно также использование АРМ-ХТ для обучения и повышения квалификации персонала цеха.
Набор АРМ-ХТ различных цехов и производств, сосредоточенный в ПКО завода, позволяет решать также задачи межцехового взаимодействия, рационального использования простаивающего оборудования, использования новейших достижений науки и родственных производств.
За последние десять лет разработчиками накоплен опыт создания АРМ-ХТ для ряда химических, нефтехимических и коксохимических производств, среди которых синтез аммиака, метанола, окисления циклогексана, производство азотной кислоты и аммиачной селитры, алкилирование фенола метанолом, производство метилтретбутилового эфира, бензольно-скрубберное отделение коксохимических заводов, производство серной кислоты из «кислых» газов коксования и др.
Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 70 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |