Ход работы

1. Выбрали на стартовом экране следующие компоненты: Methane; Ethane; Propane; n-Butane; n-Pentane; n-Hexane; n-Heptane.

2. Выбрали термодинамический пакет Peng-Robinson, проверили наличие рассчитанных коэффициентов бинарного взаимодействия.

3. На экране построения структурной схемы разместили материальный поток obj_0 и ввели данные, согласно таблице 1.

Таблица 1 – Параметры входного потока

Параметр	Значение
Давление, кПа	5000
Температура, С	5
Массовый расход, кг/ч	10000
Methane	70
Ethane	8
Propane	8
n-Butane	5
n-Pentane	5
n-Hexane	2
n-Heptane	2

4. Разместили на схеме клапан obj_1 и материальный поток obj_2. Перешли в динамический решим, нажав на соответствующую кнопку. В окне настроек клапана ввели параметры, указанные в таблице 2.

Таблица 2 – Параметры регулятора входного клапана

Параметр	Значение
Kv	100
Процент открытия клапана	30

5. Разместили на схеме двухфазный сепаратор obj_3 и 4 материальных потока (obj_4, obj_5, obj_8, obj_9), а также 2 клапана: obj_6 (клапан давления) и obj_7 (клапан уровня). Присоединили к клапану obj_6 потоки obj_4 и obj_8, к клапану obj_7 – потоки obj_5 и obj_9. К сепаратору присоединили поток obj_2 как входной, поток obj_4 как выходной поток газа, поток obj_5 как выходной поток жидкости. Во вкладке «Динамика» сепаратора ввели значения диаметра и высоты, согласно таблице 3.

Таблица 3 – Геометрические параметры сепаратора

Параметр	Значение
Диаметр, м	2
Высота, м	7

6. На вкладке «Динамика» окна настроек клапана давления выбрали сепаратор в выпадающем списке «Объект», регулируемый параметр – Pressure, а также задали уставку, пропускную способность и процент открытия, согласно таблице 4.

Таблица 4 – Настройки регулятора по давлению

Параметр	Значение
Уставка, кПа	4500
Kv	50
Процент открытия клапана	20

В чек-боксе поставили отметку «Использовать коэффициенты» и задали значения, согласно таблице 5.

Таблица 5 – Значения коэффициентов усиления

Параметр	Значение
Kp	28
Ki	0,1
Kd	0,05

7. Аналогичным способом задали уставку по уровню для клапана obj_7. Значения для задания приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Значения настройки регулятора по уровню и коэффициентов усиления

Параметр	Значение
Уставка, %	50
Kv	75
Процент открытия клапана	20
Kp	15
Ki	0,1
Kd	0,05

8. Разместили на схеме два индикатора для сепаратора. Один показывает по уровню, а другой – давление.

9. Собранная схема представлена на рисунке .

Рисунок 1 – Скриншот собранной схемы

10. Запустили схему на 5 секунд реального времени и остановили.

11. Установили в потоке obj_9 давление 100 кПа и снова запустили расчет.

12. Включили ускорение по времени и стали наблюдать, как изменяется давление и уровень в сепараторе. Через несколько минут параметры вышли на следующие значения: уровень уменьшался, а давление незначительно росло.

13. Для достижения необходимых уставок был изменен процент открытия клапана входного потока с 30 % на 20 %.

Наблюдение за параметрами показал, что уровень стал стремительно уменьшаться, а давление таже росло незначительно.

14. По мере приближения уровня и давления к значениям уставки был изменен процент открытия клапана входного потока с 20 % на 25 %.

Последующее наблюдение показало, что уровень продолжал снижаться, но скорость значительно уменьшилась.

15. Для прекращения снижения уровня процент открытия клапана входного был увеличена с 25 % до 28 %.

Наблюдение за процессом сепарации показало, что уровень снижался незначительно, а давление вышло на стабильные значения в диапазоне 4480 – 4490 кПа.

16. Чтобы уровень не снизился ниже уставки, был изменен процент клапана входного потока с 28 % до 29 %, после чего началось наблюдение за ходом сепарации. На первый взгляд уровень устоялся, но ускорив время а 20 раз и потом в 50 раз было обнаружено, что уровень продолжался снижаться.

17. Было принято решение изменить пропускную способность клапана уровня с 75 до 78 и вернуть процент открытия клапана входного потока на 30 %. Наблюдая за поведением сепарации без ускорения и с последующем ускорением до 50 раз установка вышла на стационарный режим. На рисунках 2 и 3 представлены графики изменения давления и уровня по времени. Внесенные изменения представлены в таблице 7.

Рисунок 2 – График изменения давления по времени

Рисунок 3 – График изменения уровня по времени

Таблица 7 – Таблица изменений, внесенных в параметры регуляторов

Параметр	Значения
Процент открытия клапана входного потока, %	30	20	25	28	29		30
Пропускная способность клапана уровня	75					78
Примечание: показатели, выделенные курсивом, являются исходными.

Вывод: в результате лабораторной работы проведено динамическое моделирование процесса сепарации с целью вывода установки на стационарный режим с заданными уставками: давление 4500 кПа и уровень 50%.

Для достижения целевых параметров был выполнен последовательный подбор настроек регулирующих органов:

1. Первоначальная регулировка осуществлялась изменением процента открытия входного клапана. Было установлено, что его снижение с 30% до 20% приводило к чрезмерно быстрому падению уровня, а увеличение до 28-29% лишь замедляло этот процесс, но не обеспечивало стабилизации.

2. Ключевым для успешного выхода на стационарный режим стало увеличение пропускной способности (Kv) клапана уровня с 75 до 78 с одновременным возвратом процента открытия входного клапана к исходному значению (30%).

Таким образом, работа продемонстрировала взаимосвязь и взаимовлияние параметров в сложной динамической системе.

В результате была достигнута стабилизация давления в диапазоне 4480–4500 кПа и уровня на заданной уставке в 50 %, что подтверждается графиками изменения параметров во времени.