Автор: Набиуллин Альберт Фларитович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №12 (35) декабрь 2011 г.

Статья просмотрена: 558 раз

Библиографическое описание:

Набиуллин А. Ф. Моделирование систем с распределенными параметрами // Молодой ученый. — 2011. — №12. Т.1. — С. 30-32.

Если объект характеризуется некоторым параметром, различным по своему значению в разных точках объекта, то можно сказать, что значения такого параметра распределены по объекту. Если таких параметров несколько, то объект рассматривается как система с распределенными параметрами.

К параметрам же относятся давление, температура, вязкость, трение и т. д. Рассмотрим объект – реактор, на технологической установке ЛЧ-24-7, с характеризующим температурным параметром. Реактор же является основным аппаратом для получения практически любого нефтяного продукта. Его работа определяет зачастую производительность всего производства в целом, качество и себестоимость получаемого продукта. Известно, что реакторы отличаются большим разнообразием протекающих в них реакций, принципом действий и конструкций. От статической, динамической точности поддержания температур во многом и зависят все показатели работы реактора: его производительность, определяемая катализаторами; качество получаемого бензина, определяемое, во многом, от качества сырой нефти, а также безопасная работа реактора. Рассмотрим реактор в производстве, как объект управления, и системы автоматического управления с его температурным режимом.

Основной, целью является, как можно лучше, точнее определить параметрическое распределение температур в реакторе, для того чтобы, объект на технологической установке ЛЧ-24-7 работал с максимальной эффективностью.

Данные о параметрическом распределении температур – одно из основных требований. Знание параметрического распределения температуры необходимо для понимания работы реактора и его гарантированной производительности. В индустрии нефтепереработки принято проводить измерения в нескольких контрольных точках и на их основе рассчитывать средневзвешенную температуру слоя для определения производительности реактора. Такой подход дает лишь косвенные указания о его реальной производительности. Считается, что реакторы эксплуатируются в режиме, близким к оптимальным и не замечают никаких особенностей, влияющих на срок службы катализатора и его эффективность.

Катализатор – вещество, которое вызывает или ускоряет химическую реакцию. В ходе такой реакции тепло может выделяться (экзотермическая реакция) или поглощаться (эндотермическая реакция)[1].Для достижения максимальной производительности реактора очень важно, чтобы реакция протекала в управляемом и равномерном режиме. Тепло, выделяемое при экзотермической каталитической реакции, в свою очередь способствует ее ускорению, что вызывает повышение температуры при движении потока.

Если катализатор не равномерно распределен, то реактор работает с минимально возможной эффективностью, так как оставшейся катализатор должен работать при более высокой температуре, чтобы компенсировать потери продукции. Таким образом, катализатор работает в более жестких условиях, чем планировалось, что приводит к уменьшению его срока службы.

Операторы измеряют температуру в нескольких контрольных точках, а пробы конечной продукции отправляют в лабораторию для анализа. Пока продукция соответствует спецификациям, считается, что реактор работает эффективно. Если характеристики продукции ухудшались, то температуру на входе в реактор увеличивают, чтобы заставить катализатор работать активнее. Такое повышение температуры учитывается при прогнозировании срока замены катализатора. Проблема заключается в том, что приводящее к отклонениям явление при этом остается незамеченным и не устраняется. Это может вызывать потери продукции.

Можно измерить изменения температуры в пределах слоя, это позволит обнаружить различия в ходе экзотермической реакции. Другими словами, картина изменений температуры по всему реактору дает возможность ясно представить, как он работает.

Если какие-то процессы в реакторе влияют на его гарантированные рабочие характеристики, очень важно вовремя выявить их и определить их сущность и устранить.

Типичное расположение датчиков не позволяет получить полную картину термопроцессов, которые могут происходить вследствие следующих явлений: а) каналообразование; б) неравномерное распределение; в) локальный перегрев; На рисунке 1 показаны расположение датчиков в следствии выше перечисленных явлении.

а) б) в)

Рис.1 – Расположение датчиков вследствие следующих явлений:

а) каналообразование; б) неравномерное распределение; в) локальный перегрев

С целью повышения эффективности управления реакторами предлагается на основе моделирования температурных полей на основе информации, получаемой по существующему плану расположения датчиков, выявлять области наибольшей неравномерности полей при различных режимах работы реактора и различных составах сырья и дополнять этот план датчиками, устанавливаемыми в соответствующих областях неравномерности [2,3].

В результате моделирования реактора на технологической установке ЛЧ-24-7, местоположение датчиков, которые позволят более точно прогнозировать температурные поля, определено в виде (см. рисунок 2).

Уточнение параметров температурного поля, в свою очередь, позволяет операторам более обоснованно выбирать режим работы реактора.

Заметим, что существует возможность дополнить предложенную систему оптимизации установки датчиков моделью расчета пробега катализатора, что позволит повысить эффективность управления установкой в смысле экономических критериев.

Рис. 2 – Варианты расположения датчиков температуры в контрольных точках, которые позволяют обнаружить различные особенности распределения катализатора.


Литература:

  1. Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 335, 337.

  2. Вольтер Б.В., Сальников И.Е., Устойчивость режимов работы химических реакторов, 2 изд., М., 1981.

  3. Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. -М.: Химия, 1982 г.

Основные термины (генерируются автоматически): технологической установке ЛЧ-24-7, работы реактора, Моделирование функционирования систем, контрольных точках, нескольких контрольных точках, производительности реактора, функционирования систем регенерации, систем регенерации воздуха, распределенными параметрами, повышение температуры, максимальной производительности реактора, расположения датчиков, определения производительности реактора, безопасная работа реактора, показатели работы реактора, расположение датчиков, расположения датчиков температуры, режимах работы реактора, режим работы реактора, результате моделирования реактора.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос