Проектирование автоматической системы управления температурным режимом печи пиролиза П-101 установки (стр. 5 из 16)
ЭЭ= Пд ( Вп – Вд )+Вп Цп ( РНдп-РНпп )] + НдDВ– DЗавт – ЕКдоп;
где:
Пд – прибыль от реализации единицы тех. водорода до автоматизации;
Вд, Вп – объем реализации тех. водорода до и после автоматизации;
РНдп,РНпп – расходные нормы топливного газа до и после автоматизации
Цп – цена продукта установки;
Нд – постоянные расходы в себестоимости еденици продукции до автоматизации;
DЗавт – затраты на эксплуатацию средств автоматизации.
2.8 Технологический анализ печи пиролиза П-101
Ведущими называются параметры, незначительное изменение которых приводит к существенному изменению результативного показателя. С целью уменьшения затрат на автоматизацию из технологических параметров в качестве объектов автоматизации выбираются ведущие параметры.
На рисунке изображена блок – схема печи П-101.
Рис. 5 блок – схема печи П-101.
Цель – увеличение процентного содержания водорода.
В процессе выбора ведущих параметров были проанализированы данные регламента . Было установлено, что процентное содержание водорода в большей степени зависит от температуры в печи, следовательно, ведущим параметром является температура в печи. Но так как температуру в печи не измеряем, а процесс непрерывный, интенсивный, поэтому о температуре в печи судим по температуре на выходе с печи.
Зависимость процентного содержания водорода в пирогазе от температуры на выходе из печи показана на рисунке 6.
Рис. 6 Зависимость процентного содержания водорода в зависимости от температуры пирогаза на выходе из печи.
Проанализировав рисунок 6, видим, что максимальный выход водорода происходит при температуре 850 ОС. В соответствии с рисунком, температура пирогаза на выходе с печи должна поддерживаться с точностью ±5 ОС, т.е 845±5 ОС.
В настоящее время на производстве в печи пиролиза по регламенту поддерживается температура 800±50 ОС. Существующий уровень автоматизации объекта не обеспечивает необходимый уровень точности поддержания температуры. Поэтому не выполняется задача управления печью.
В настоящее время температура печи регулируется расходом топливного газа, с помощью одноконтурной САР. Этого недостаточно для решения поставленной задачи управления, т.к. на температуру в печи влияет и нагрузка по сырью.
В дипломном проекте предлагается повысить точность поддержания температуры путем введения каскадного регулирования с компенсацией возмущений по расходу топливного газа и нагрузке в печи.
Ку→Тпирогаза = 845±5 ОС.
Тпирогаза – температура пирогаза на выходе из печи.
2.9 Выбор и обоснование критерия оптимального управления технологической стадии
После установления экономической целесообразности внедрения системы автоматизации необходимо обеспечить оптимальное функционирование автоматизированного технологического процесса. Для этого должно быть реализовано оптимальное управление им, что в свою очередь требует выбора соответствующего критерия.
За цель автоматизации печи приняли повышение процентного содержания водорода в пирогазе.
Критерий оптимального управления – это показатель, который включается в систему автоматизированного управления технологическим процессом и по отклонению, которого от оптимального уровня осуществляется управление процессом.
Ку→%содержание Н2 в пирогазе
По данному критерию управлять процессом возможно, однако это требует усложнения существующего уровня автоматизации за счёт введения дополнительных приборов учёта и контроля, что требует больших капитальных затрат.
Так как по данному критерию управлять процессом нецелесообразно, то управлять процессом будем по косвенным параметрам. Следовательно, за критерий управления принимается ведущий параметр:
Ку→Тпирогаза = 845±5 ОС.
Основу критерия оптимального управления технологическим процессом получения технического водорода принимается поддержание температуры на выходе с печи, что приведет к увеличению полноты реакции и, следовательно, процентного содержания водорода в пирогазе.
2.10 Выводы
Таблица 8.
| Сравнение ТЭП и ЭП | ||
| Объект автоматизации | Печь пиролиза | |
| эксплуатационные показатели печи пиролиза | % содержание Технического водорода и объем пирогаза. | |
| Цель автоматизации | повышения надежности получения водорода заданного качества | |
| Ведущий параметр | Температура в печи: | |
| Точность поддержания ведущего параметра | До автоматизации | После автоматизации |
Т = 800  50 0С | Т = 845  5 0С | |
| Критерий оптимального регулирования | Ку→%Н2=65-78% | Ку→%Н2=77-78% |
| Схема регулирования | одноконтурная | Каскадная |
| Критерий экономической целесообразности | Кр = Пд ( Вп – Вд )+Вп Цп ( РНдп-РНпп )] + НдВ– Завт – ЕКдоп–> max | |
| Предполагаемые результаты автоматизации | ||
| Точность поддержания температуры пирогаза на выходе из печи | Увеличивается | |
| % брака | Уменьшается | |
| Объём производства тех. водорода | Увеличивается | |
| Расходная норма топливного газа | Уменьшается | |
| Прибыль | Увеличивается | |
| Экономический эффект | Положительный | |
В результате выполнения технико-экономического анализа установлено:
На установке получения технического водорода существуют следующие проблемы:
- улучшения психофизиологических условий труда оператора;
- увеличения объема производства водорода;
- повышения надежности получения водорода заданного качества;
- снижения себестоимости технического водорода.
Из анализа работы установки выяснилось что:
–на установке имелись случаи производства брака, технический водород не полностью удовлетворяет требованиям нормативной документации;
–частично брак подаётся на повторную переработку, в результате чего увеличивается себестоимость продукта;
–получение брака связано с неточным поддержанием технологических параметров.
Для решения существующих проблем сформулированы следующие цели автоматизации на уровне производства:
– ликвидация наработки брака за счёт повышения точности поддержания технологических параметров.
Уровень автоматизации установки достаточно высокий, однако, из-за того, что управление осуществляется одноконтурными САР, не полностью учитываются все возмущающие воздействия.
В дипломном проекте предлагается повысить точность поддержания температуры путем введения каскадного регулирования с компенсацией возмущений по расходу топливного газа и нагрузке в печи.
Дефектной стадией в производстве является печь пиролиза. Эта стадия принята за объект автоматизации.
Обоснован и сформулирован критерий экономической целесообразности. Экономический эффект предложенного варианта автоматизации достигается за счет точности поддержания технологических параметров, при этом повысится: надежность получения водорода заданного качества, увеличился объем производства. А так же уменьшится наработка брака, который частично возвращался в рецикл, что приведет к уменьшению расходных норм.
Для определения ведущего параметра проанализированы зависимости ТЭП процесса от его технологических параметров. На основании результатов анализа было установлено, что процентное содержание тех. водорода зависит от точности поддержания температуры печи пиролиза. На основании полученной зависимости был определён оптимальное значение ведущего параметра и его допустимая дисперсия:
Ку→Тпирогаза = 845±5 ОС.
Возможность поддержания температуры в данном диапазоне будет определена после автоматизации.
3. Идентификация объекта управления
3.1 Постановка задачи
В качестве технологического объекта управления в дипломном проекте рассматривается печь пиролиза.
В результате технико-экономического обоснования объекта автоматизации было установлено, что на установке получения технического водорода существуют следующие проблемы:
- улучшения психофизиологических условий труда оператора;
- увеличения объема производства водорода;
- повышения надежности получения водорода заданного качества;
- снижения себестоимости технического водорода.
Для решения существующей проблемы были сформулированы соответствующие цели автоматизации (см. раздел 2).
На сегодняшний день уровень автоматизации печи П-101 достаточно низок для выполнения поставленной задачи (используются ТСА 80х годов). Поэтому, предлагается усовершенствовать существующую систему управления путем внедрения каскадной схемы автоматического регулирования, и замены технологических средств автоматизации.