4.3.4 Построение асутп подсистем

4.3.4.1 Подсистема отделения пиролиза

Задача оптимизации отделения пиролиза состоит в выборе технологических режимов каждой отдельной пиролизной печи по следующим управляющим параметрам: - оптимальный расход сырья в данную печь, - расход пара, - температура пирогаза на выходе из печи. Ограничениями являются качество этилена и пропилена, а также минимизация расхода сырья, максимальный выпуск компонента. Перечисленные задачи являются общими, а возникают еще локальные задачи, например, задача оптимального распределения нагрузки между параллельно работающими бензиновыми пиролизными печами. В итоге она является верхним уровнем иерархии задач, а задача текущей оптимизации – нижним. Для решения этих задач проводится выбор математической модели пиролизной печи. На основе результатов, полученных при проведении экспериментальных работ и моделировании отдельных элементов систем управления, разработана адаптивная математическая модель пиролизной печи, устанавливающая взаимосвязь основных выходных характеристик процесса от режимных параметров. Каждое из уравнений математических моделей представлено полиномом второго порядка:

y_p=k_po+∑k_pix_pi+∑ k_pix_pi²+∑∑k_pijx_pix_pj, где y_p – выходные параметры, зависящие от G^эт, G^пр, ρ, μ; x_pi – входные параметры, зависящие от S, V, T, P, M; k_pi – коэффициенты уравнений регрессии (a, b, c, d). Уравнение регрессии определяет максимально возможную структуру уравнений математической модели пиролизной печи.. В процессе отработки системы управления на объекте возможно некоторое упрощение исходной структуры, что улучшает адаптацию коэффициентов уравнений и приводит к сокращению вычислительных процедур при решении задач оптимизации, а следовательно, и продолжительности реализации программы на ЭВМ. Поэтому в промышленной АСУ ТП предусматривается возможность изменения структуры любых уравнений математических моделей с пульта управления ЭВМ.

Исследования показывают, что даже для линейной структуры эталонной модели с входными параметрами S и T ошибка аппроксимации статистических характеристик выходов этилена и пропилена не превышает погрешности измерения выходов этих компонентов с помощью хроматографического метода, которая составляет не более 4% отн.

Практически все входные и выходные переменные, включенные в эталонную математическую модель, можно измерить на промышленном объекте с помощью автоматических датчиков. Исключение составляет конверсия, которую для каждой эквивалентной пиролизной печи вычисляют по формуле:

μ = k Q_г ρ_п/(G_ж + Q_г ρ_п), где Q_г – объем газовой части в пробе пирогаза из печи, л; G_ж – масса жидкой части, г; ρ_п – плотность пирогаза, г/л; k – коэффициент, учитывающий образование твердых частиц(0,98).

4.3.4.2 Подсистема отделения газоразделения

В сырье, поступающем на газорозделение, содержится смесь из восемнадцати компонентов. Эта смесь разделяется на девять фракций: водородную, метановую, этиленовую, этановую, пропиленовую, пропановую, фракцию С₄, С₅, С₆ и выше. Поэтому на стадии решения задачи декомпозиции правомерно представить сырье в виде девятикомпонентной смеси. Разделение фракций проводится методом ректификации. В установку газоразделения входят блоки ректификационных колонн и сепараторов. На начальном этапе декомпозиции принимается, что число компонентов, одновременно распределяющихся между дистиллятом и кубовым продуктом каждой колонны, не более двух, концентрации остальных в одном из них близки к нулю и практически не влияют на точность материального баланса.

Основная задача оптимального управления отделением газоразделения заключается в минимизации энергетических затрат на получение фракций не ниже заданного качества и обеспечение планового выпуска этилена и пропилена. Решение задачи достигается при определении оптимальных значений управляющих воздействий ректификационной системы, в числе которых величины отборов верхних и нижних продуктов колонн, места ввода питания в колонны, расходы орошения, а также концентрация компонентов в выходных потоках тех колонн, продукты которых не являются товарными. В ректификационных колоннах возможна полимеризация кубового продукта, поэтому на его температуру наложены ограничения.