диплом снеготаялка / ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ_патенты_с178

Разбросанность объектов автоматизации на большие расстояния. Добыча большей части нефти и газа производится так называемым кустовым способом. Несколько скважин, число которых порой достигает двадцати, объединяются в общий коллектор, называемый «кустовым». Расстояния между такими группами, объединенными в общую промысловую сеть, может исчисляться километрами.

Разнородность применяемых технических средств. Зачастую «старые» и «новые» технологии уживаются в рамках одной площадки, или применяются оборудование и технические средства различных производителей, что приводит к невозможности объединения разнородного оборудования в единую информационную систему.

Объединяющая первые два фактора дороговизна реализации проектов по модернизации АСУ ТП месторождений. Большинство крупных игроков на рынке АСУТП (такие как Honeywell, Emerson, Yokogawa, General Electrics и др.) предлагают комплексные решения по созданию «умных» месторождений, которые требуют колоссаль-

ных капиталовложений.

При имеющейся ситуации в российской нефтегазовой отрасли, столь высокие затраты на модернизацию могут привести к обратному эффекту. Т.е. экономия от внедрения «умных» технологий не оправдает затраты на их внедрение.

Поэтому, надо искать пути направленные на снижение стоимости модернизации. В этом направлении вполне может подойти такое решение как отказ от классической проводной схемы управления технологическим процессом, где центральным узлом является сеть передачи данных на основе медного или оптического кабеля, в пользу беспроводных систем связи. Естественно такая сеть должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к проводным сетям.

Основные требования можно сформулировать следующим образом:

1.Гарантированность доставки пакета данных.

2.Защищенность сети от постороннего вмешательства.

3.Достаточность ширины канала для организации сервисного и рабочего траффика.

4.Высокая отказоустойчивость.

5.Отсутствие запретов, или необходимость получения разрешения, на использование «частоты» радиовещания на конкретной территории.

6.Низкое энергопотребление устройств приема и передачи данных.

7.Низкая стоимость на этапах: проектирования, внедрения и эксплуа-

тации.

Конечно, беспроводные технологии не являются «ноу-хау» при создании автоматизированных систем. Без наличия беспроводных локальных сетей (WLAN, WMAN) или беспроводных глобальных сетей (WWAN) не обходится ни одно месторождение. Технологии – Wi-Fi, WiMAX, ZigBee,

391

GPRS, EDGE, 3G и другие широко используются для передачи данных.

Но при анализе достоинств и недостатков всех этих технологий, ни одна в полной мере не удовлетворяет сформулированным выше требованиям. Отсюда вытекает задача проанализировать наиболее распространенные технологии беспроводной связи. Выбрать технологию, наиболее удовлетворяющую требованиям. Проработать и выбрать путь решения адаптации выбранной технологии к сформулированным выше требованиям. Приоритетным направлением является применение сетей с низким энергопотреблением, но такие сети не обеспечивают достаточную скорость передачи данных. Одним из решений может быть разработка событийноориентированного протокола с приоритизацией траффика.

Литература

1.Редакционная статья. Новые разработки в приборостроении для нефтегазового комплекса. -Журнал КИПинфо, 2013 выпуск 14. -С. 7- 10.

2.Ассоциация энергетических исследований Кэмбриджа (Cambridge

Energy Research Associates, CERA). URL: http://www.cera.com.

АНАЛИЗ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ СИСТЕМАМИ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ТИПОВЫМИ НАСАДОЧНЫМИ АБСОРБЕРАМИ.

Соболь А.Ю.

ТюмГНГУ Институт кибернетики, информатики и связи

В промышленности используются процессы абсорбции для получения готового продукта, для выделения ценных компонентов из газовых смесей, для очистки газовых выбросов от вредных примесей, а также для осушки газов. Аппараты, в которых протекают процессы абсорбции, называют абсорберами. Они представляют собой крупногабаритные цилиндрические колонны, в которых происходит контакт газовой смеси и абсорбента. При этом один из компонентов смеси растворяется в абсорбенте и в дальнейшем может быть выделен в чистом виде. Абсорбер как объект управления представляет собой сложную техническую систему, обладающую большой инерционностью.

Система управления процессом абсорбции может быть разбита на ряд локальных контуров регулирования. Существуют различные системы управления абсорбционными установками. На большинстве предприятий основной интерес представляют установки с повторным использованием абсорбента. В таких системах абсорбент, насыщенный поглощенным газом, направляется в десорбер для очистки, а затем обратно в абсорбер.

392

Абсорбционная установка как объект управления представляет собой сложную крупногабаритную техническую систему, которая управляется локальными контурами регулирования: температуры реакционных газов, давления в колонне, уровня насыщенного абсорбента, расхода тощего абсорбента, расхода насыщенного абсорбента. Для каждого из этих контуров существуют как различные способы воздействия на управляемую величину, так и алгоритмы управления. Правильная и надежная работа всех этих систем обеспечивает эффективную работу абсорбционной установки

вцелом.

Кнастоящему времени разработано большое количество способов управления абсорберами. Повышение качества управления достигается за счет использования в алгоритмах управления обобщенных критериев качества работы системы управления.

В работе автора [1] описан способ управления процессом абсорбции путем изменения расхода абсорбента с коррекцией по концентрации абсорбируемого компонента в газе после абсорбции. Расход абсорбента корректируют по разности между концентрацией абсорбируемого компонента

вгазе после абсорбции и концентрацией этого компонента в газовой фазе, равновесной с абсорбентом, при температуре абсорбции, путем сравнения этой разности с заданной величиной. В данном случае обобщенным показателем, характеризующим эффективность протекания процесса, является разность фактической и равновесной концентраций абсорбируемого компонента.

В работе автора [2] описан способ управления процессом абсорбции с помощью расчета материального баланса процесса абсорбции, для чего используется рециркуляция жидкости (рис.1).

Рис.1 Схема абсорбции с частичной рециркуляцией абсорбента (Хк- концентрация абсорбента на выходе из абсорбера

Хн- концентрация абсорбента на входе в абсорбер; Хсм- концентрация абсорбента в рециркулирующей жидкости; Yк- концентрация абсорбируемого вещества на выходе из абсорбера; Yк- концентрация абсорбируемого на входе в абсорбер; (n-1) – количество вещества поглотителя.

Часть жидкости концентрацией Хк отбирается из нижней части ко-

393

лонны в качестве конечного продукта, а другая ее часть возвращается насосом наверх колонны, где жидкость присоединяется к поглотителю, имеющему начальную концентрацию Хн. В результате образуется смесь, концентрация которой равна Хсм, причем Хсм>Хн.

Жидкость, возвращаясь в колонну попутно охлаждается, что приводит к понижению температуры жидкости, орошающей колонну и к понижению температуры процесса.

Отношение числа киломолей жидкости, протекающей через абсорбер, к числу киломолей исходной жидкости называется кратностью циркуляции (n). Через абсорбер будет проходить nLкмоль и рециркулировать (n- 1)Lкмоль поглотителя, где L – расход поглотителя. Материальный баланс

процесса выразится уравнением (1):

G.(Yн-Yк) = L.(Xк-Xн) = n.L.(Хк-Хсм) (1)

Кратность циркуляции рассчитывается по формуле (2):

Линия АВ на диаграмме Y-X (рис.1) обозначает абсорбцию без рециркуляции (т.е. при n = 1), причем наклон этой линии равен отношению расходов фаз L/G, где L – расход абсорбента, а G – расход инертного газа.

При наличии рециркуляции рабочая линия имеет большой наклон (nL/G) и выражается отрезком АС. Наклон рабочей линии возрастает с увеличением n, однако предельное положение рабочей линии соответствует прямой AD, точка D которой находится на линии равновесия. Это положение рабочей линии отвечает максимальной величине n, когда поступающая

вколонну смесь находится в равновесии с уходящим газом.

Вработе автора [3] описан способ автоматического управления процессом абсорбции двуокиси серы трудно-растворимыми и слабощелочными реагентами, например известковым молоком. Способ реализован путем изменения расхода известкового молока в зависимости от концентрации поглощаемого компонента в отходящем газе с учетом значения рН известкового молока. Для повышения качества регулирования этот расход корректируется по разности рН известкового молока и исходной воды, идущей на его приготовление. Коррекция в работу автоматического устройства вносится по разности рН, полученного в аппарате известкового молока, и технической воды. Значение этой разности соответствует изменению концентрации гидроксильных ионов при добавлении дробленого известняка, т.е. нейтрализующей способности полученного известкового молока.

394

В работе автора [3] описан способ управления абсорбционнодесорбционными процессами очистки технологических газов, применяющийся в химической, газовой и нефтеперерабатывающей промышленности. Управление абсорбционно-десорбционным узлом реализовано путем изменения расходов поглотительного раствора, пара и сорбента в раствор. При этом расход сорбента изменяется в зависимости от концентраций поглощаемого компонента в неочищенном и очищенном газах, температуры орошения абсорбера. С целью оптимизации процесса расходы корректируются по концентрации поглощаемого компонента в насыщенном растворе, концентрации сорбента в растворе, а также по температуре верха и низа десорбера и давлению неочищенного газа.

Также в работе автора [3] описан способ управления процессом аб- сорбции-десорбции, который позволяет оптимизировать процесс за счет повышения его избирательности, уменьшения энергозатрат и потерь продукта. Управление процессом абсорбции производится путем изменения подачи абсорбента регулятором. Заданием при этом служит сигнал с блока вычисления обобщенного показателя — степени насыщения абсорбента , вычисляемого по соотношению, формула (4):

(4)

где Qn - расход насыщенного абсорбента, кг/ч; Qp - расход регенерированного абсорбента, кг/ч.

Температуру подаваемого в абсорбер регенерированного абсорбента регулируют подачей охлаждающего агента регулятором, заданием для которого служит сигнал с блока вычисления разности между текущим значением теплового, эффекта процесса абсорбции и заданным значением теплового эффекта; полученного расчетом теплового баланса.

Литература

1.Способ управления процессом абсорбции / Кузьмина Е. Я. и др.; Пат. 689711. -№2478106; заявл. 13.04.1977; опубл. 05.10.1979; бюл. № 37.

2.Дытнерский Ю.Ю. Основные процессы и аппараты химической технологии. пособие по проектированию. / Ю.И. Дытнерский/М. 1991г./ 496 с.

3.Болдырев И. А. Разработка и исследование информационноизмерительной системы для управления процессом абсорбции. / И.А. Болдырев/ диссертация на соискание ученой степени к.т.н / М. 2010г. 150 с.

395

РОЛЬ, МЕСТО И МЕТОДЫ ПОСТОРОЕНИЯ БЕСПРОВОДНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В СОСТАВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Стружков П.В.

г. Вологда, Вологодский государственный технический университет e-mail: y529ec@mail.ru

Современное понятие электротехнического комплекса достаточно сложно, обширно и включает в себя электротехническое и электромеханическое оборудование, объединенное различными системами, основные из которых – это системы управления и контроля, силовая часть привода [1].

Наиболее полно возможный состав электротехнического комплекса и его систем, в современном представлении, изложен в исследованиях И.В. Брейдо, П.И. Сагитова и Б.Н. Фешина. В соответствии с этими представлениями и классификацией, на современном этапе развития техники недостаточно подразделять электротехническое, электромеханическое оборудование и системы электротехнического комплекса на силовую и информационную части, как это было принято ранее. Условность такого деления связана с тем, что широкое внедрение полупроводниковой техники, создание новых способов и средств преобразования электрической энергии, использование новых материалов, качественное изменение методов и средств управления и регулирования, обусловленное интенсивным развитием и внедрением компьютерных и микропроцессорных систем и разработкой новых информационных технологий, размывает ранее существующие четкие границы между силовым и управляющим каналами электротехнических комплексов и систем. Расширились представления и о подсистемах, в том числе входящих в состав силовой части электромеханических систем. Примером могут служить исследования и разработки взаимосвязанных электроприводов технологических линий и комплексов, исследования и разработки в области мехатроники и супервизорных многосвязных систем управления автоматизированными электроприводами [2]. В соответствии с классическим определением система управления – это совокупность управляемого объекта и устройства управления, действие которой направлено на поддержание или улучшение работы объекта.

Системы управления электротехническими комплексами, включая и системы электроснабжения, электроприводы, электромеханические и мехатронные установки и системы, традиционно также делятся на автоматические и автоматизированные.

Достижения силовой полупроводниковой электроники, микропроцессорной и компьютерной техники, информационных технологий практически сняли ограничения на сложность и техническую реализуемость систем управления. По существу, современные системы управления и ре-

396

гулирования представляют собой интегрированные программноаппаратные комплексы, обеспечивающие на основе единых подходов и унифицированной элементной базы решение всего круга задач управления, регулирования и контроля. Место, состав и границы подсистем, образующих системы управления, можно установить, определив их функции и взаимодействие с другими подсистемами электротехнических комплексов.

Вобобщенном виде СУ ЭТС может содержать СПИ, СОИ, СФУК, средства и системы контроля (СК), СФУВ, имитационные модели (ИМ), прогнозирующие модели (ПМ). Принципы построения систем и подсистем управления, алгоритмы их функционирования, технические решения определяются не только вышеизложенными факторами, но и техническими средствами, применяемыми для реализации силового канала. Ситуация еще более усложняется, если объекты управления находятся в подземных условиях, например, если объектами управления являются угольный комбайн, скребковый конвейер или насосная станция с тиристорными электроприводами и другие устройства, да еще и объединенные в ЭТК. Известные методы и средства управления подобными ЭТК, из-за противоречивых и специфических требований к системе управления, ограничены и не позволяют в должной мере решить все проблемы по управлению. В результате возникает научная проблема создания и разработки локальной дистанционной системы управления электротехническими комплексами с тиристорными электроприводами для подземной добычи угля, являющейся неотъемлемой частью электротехнического комплекса и содержащей ранее неизвестные принципы и средства передачи и обработки информации.

Впроцессе проведенных исследований было установлено, что пока роль человека-оператора в шахтных условиях, на фронте технологического процесса, чрезвычайно велика и именно системы локального управления нижнего информационного уровня и связывают человека-оператора с верхним уровнем системы управления и интегрируют его в электротехнический комплекс, образуя, таким образом, полноценную систему автоматизированного управления технологическим процессом [3].

Ранее было показано место систем локального управления нижнего уровня в структуре ЭТК и сделан вывод, что в этой части системы управления имеется научная проблема, заключающаяся в том, что необходимо включить человека-оператора в контур управления ЭТК. В подземных условиях от правильного решения этой проблемы зависит не только производительность труда оператора, сколько его безопасность и безопасность работающих рядом с ним людей.

Здесь необходимо отметить особенности среды, в которой происходит функционирование рассматриваемой системы управления и которые значительно влияют на разработку эффективной системы локального управления. Прежде всего, подземные системы управления, большинство

397

которых тем или иным образом связаны с добычей угля, должны быть взрывобезопасными. Это накладывает значительные ограничения на уровень используемой электрической мощности и реактивные параметры используемых технических устройств. Кроме этого, локальные системы этого типа должны предоставлять возможность оператору активно участвовать в технологическом процессе и обеспечивать его подвижность в технологической зоне, то есть системы должны быть дистанционными. Но, с другой стороны, система дистанционного управления (СДУ), по требованиям безопасности, должна функционировать только в пределах прямой видимости и обеспечивать непрерывный контроль оператора над объектом управления с возможностью аварийного отключения за нормативное время. К этому следует добавить, что сама технологическая среда, в которой должно происходить функционирование системы локального дистанционного управления для подземных объектов, содержит большое количество металлических конструкций с изменяющейся конфигурацией, обладает большой запыленностью и насыщена большим количеством разнообразного электрооборудования, включая и системы связи и телемеханики. При этом должна выдерживаться электромагнитная совместимость с другими подсистемами управления и отсутствовать возможность несанкционированного запуска и управления с аналогичных систем, расположенных вне технологической зоны управления объектом.

Многопроводные СДУ, по причине несложности их реализации, традиционно широко применяются для управления различными объектами, в том числе и подземными. Однако системы управления, содержащие многожильный кабель, уже при количестве команд управления, превышающем десяток, и длине кабеля более 10 м становятся тяжелыми, громоздкими, малонадежными и даже опасными в подземных условиях из-за возможности зацепления кабеля за стойки крепи и другие элементы горной техники. Это приводит к тому, что, несмотря на наличие выносного пульта управления такими объектами, например, как очистной комбайн, реально пульт дистанционного управления крепится к корпусу комбайна и используется как пульт местного управления, то есть на практике функция дистанционного управления подвижным объектом, в большинстве случаев, не реализуется. Для беспроводных систем, действующих на малых расстояниях, был даже предложен специальный термин «радиосистемы ближнего радиуса действия» (РБД), но в рассматриваемой ситуации этот термин некорректен из-за существования систем индукционного управления , в которых отсутствуют явления формирования радиоволн, поэтому для обозначения и характеристики систем малого радиуса действия более уместным является термин «системы локального управления» [4].

Для реализации беспроводного дистанционного управления (БДУ) в принципе могут использоваться следующие виды энергии:

– энергия акустических колебаний;

398

–энергия светового излучения;

–энергия электрического, магнитного, электромагнитного полей. Однако, так как задача дистанционного управления в рассматривае-

мом случае решается для системы «человек-машина», работающей в основном в подземных условиях угольных шахт, на источник энергии управления налагаются дополнительные ограничения, основные из которых: взрывобезопасность; безвредность для человека при длительном воздействии; высокая проникающая способность; возможность близкого к изотропному излучению энергии с пульта, находящегося у оператора.

Пик интенсивности исследований систем БДУ для подземных условий и их аппаратная реализация и испытания, пришлись на восьмидесятые годы прошлого столетия. Научные исследования в этой области привели к тому, что ведущие зарубежные фирмы остановили свой выбор на системах радиоуправления сверхвысоких частот, чему в немалой степени способствовали технические успехи радиосвязи в области создания сотовых телефонов и средств мобильной связи, а также более лояльные санитарные нормы безопасности на высокочастотное излучение. При этом используется два основных варианта передачи энергии управления. Во-первых – непосредственно через технологическую среду, что в горных условиях в протяженных выработках, насыщенных металлом, уже на небольших расстояниях, приводит к появлению «мертвых зон», из которых управление невозможно, и в то же время неконтролируемое распространение энергии возможно на значительные расстояния, в том числе и в соседние выработки.

Литература

1.Брейдо И.В., Сагитов П.И., Фешин Б.Н. Классификационные признаки систем управления электротехническими комплексами и системами / КарГТУ // Труды университета.– 2002.

2.Брейдо И.В. Структурно–параметрическая оптимизация управляемых электроприводов подземных подвижных машин: Дис. … д–ра техн. наук. – Екатеринбург, 1996.

3.Фешин Б.Н. Супервизорные многосвязные системы управления автоматизированными электроприводами горнодобывающих машин: Дис. … д–ра техн. наук. – Алматы, 2001.

4.Советский энциклопедический словарь / Под ред. А.М. Прохорова.– 3–е изд.– М.: Сов. энциклопедия, 1984.

399

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ПАРОВОГО ПРЯМОТОЧНОГО КОТЛА

Топчу Е.А.

г.Тюмень, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет» Институт кибернетики, информатики и связи

e-mail: waryors@mail.ru

В статье рассмотрен способ определения эффективной работы котла, предложена формула для ее нахождения. Так же рассмотрена зависимость ЭР котла от изменения технологических параметров. И выявлены взаимосвязи между входными и выходными величинами в прямоточном котле.

Эффективность работы (ЭР) парового прямоточного котла определяется полнотой передачи теплоты топлива к рабочей среде.

Автор работы [1] рассматривает зависимость ЭР парового котла от изменения основных технологических параметров, при этом максимум ЭР может изменяться. Причины изменения условий работы котла, приводящих к варьированию эффективности его работы, могут быть разными. Такие изменения как: изменение нагрузки котла, случайные изменения состава топлива, изменение количества неорганизованного поступления воздуха (присосы) в газоходы котла, загрязнение поверхностей нагрева котла, ведущие к ухудшению теплообмена между дымовыми газами и теплоносителем и в следствие, к увеличению температуры уходящих газов. На рис. 1 показан результат этого изменения ЭР.

Рис. 1. Изменение ЭР котла

Автором работы предлагается использовать в качестве показателя эффективности работы котла коэффициент эффективности или просто эффективность работы (ЭР) котла, рассмотренный в работах [1,2], формула

400