«Газовое азотирование - Получение производных аммония»
позиция, означающая исходное состояние или позиция, которая описывает достижение некоторого состояния.
Предлагается использовать две шахтные печи, в которых процесс газового азотирования (процесс 1) выполняется поочередно (по 12 часов):
● сначала идет загрузка деталей в шахтную печь процесса 1А и нагрев печи до 500 ОС
● затем идет процесс 1А;
●пока идет процесс 1А, осуществляют подготовку процесса 1Б
(загрузка деталей в шахтную печь процесса 1Б и нагрев печи до 500 ОС);
●затем идет процесс 1Б;
● пока идет процесс 1Б, осуществляют охлаждение печи процесса 1А; и выгрузку из нее упрочненных деталей;
Рис.2.5. Граф операций в сложной иерархической сети системы
«Газовое азотирование – Получение производных аммония»
● после запуска процесса 1А и процесса 1Б в постоянном режиме
протекает процесс 2 - процесс получения производных аммония, в котором возможно непрерывно менять скрубберную жидкость с производными аммония.
Процесс запускается по команде «Пуск» с пульта управления оператора, что приводит к срабатыванию перехода или в зависимости от того, какая печь газового азотирования начинает работать первой. Моменты завершения вспомогательных операций загрузки изделий в печь, нагрева, охлаждения и разгрузки определяются по сигналам соответствующих датчиков. Эти сигналы приписываются переходам сети и являются дополнительными условиями их срабатывания.
Когда процесс газового азотирования в одной печи (процесс 1А) завершен, то сразу же начинается процесс в подготовленной к этому моменту другой печи (процесс 1Б). Завершение процесса газового азотирования в одной печи и одновременное начало процесса в другой печи осуществляется по времени.
По окончании выгрузки изделий после нанесения на них покрытия и охлаждения могут сработать переходы, приводящие к повтору цикла (переходы или ) или возврату в исходное состояние (переходы или ). Какие именно переходы срабатывают, зависит от команды с пульта управления оператора.
Таким образом, достигается непрерывность газового потока, поочерёдно отходящего то из одной, то из другой печи газового азотирования и необходимого для параллельно протекающего процесса получения производных аммония (процесс 2, позиция ).
Как видно из рис. 2.5 срабатывание перехода или помещает в позицию точку, которая будет сохраняться в ней при повторе циклов. Это обеспечивает непрерывность протекания процесса 2.
Анализ графа операций. Анализ сети Петри, лежащей в основе графа операций, выполнен с помощью дерева достижимости.
Дерево представляет собой граф, вершины которого маркировки, а дуги показывают переходы, срабатывание которых переводит сеть из одной маркировки в другую. Корень дерева – начальная маркировка. Начальная маркировка соответствует исходному состоянию.
Для удобства анализа исходный граф (рис.2.6) представлен в виде сложной иерархической сети в которой позиции-дублёры, обозначенные на рис. двойными кружками, объединяют несколько позиций и представляют сложные операции, включающие в себя несколько простых операций. Например, программной или аппаратной реализации системы логического управления. С этой целью граф операций представляется в аналитическом виде, то есть в виде операторных формул. Операторными формулами представляются все позиции графа операций и все команды управления. После чего операторные формулы реализуются в виде схемы или в виде программы для программируемых логических контроллеров (ПЛК) на языке релейно-контактных схем .позиция Р2 включает в себя две позиции и представляет одну сложную операцию – подготовку 1А. Такое укрупнение сети облегчает её анализ. Анализ проводится на безопасность и живость, так как именно эти свойства сети Петри важны при моделировании технологических процессов.
Анализ по укрупненной иерархической сети на безопасность и живость возможен, так как позиции дублёры Р2, Р6, Р4, Р8 представляют собой программной или аппаратной реализации системы логического управления. С этой целью граф операций представляется в аналитическом виде, то есть в виде операторных формул. Операторными формулами представляются все позиции графа операций и все команды управления. После чего операторные формулы реализуются в виде схемы или в виде программы для программируемых логических контроллеров (ПЛК) на языке релейно-контактных схем .позиция Р2 включает в себя две позиции и представляет одну сложную операцию –
Рис.2.6. Анализ графа операций с помощью дерева достижимости:
Д - дублирование
подготовку 1А. Такое укрупнение сети облегчает её анализ. Анализ проводится на безопасность и живость, так как именно эти свойства сети Петри важны при моделировании технологических процессов.
Анализ по укрупненной иерархической сети на безопасность и живость возможен, так как позиции дублёры Р2, Р6, Р4, Р8 представляют собой автоматные сети . Позиция Р10 также может рассматриваться как дублёр, представляющий автоматную сеть и состоящий из двух позиций (операций):
●предварительное охлаждение аммиака до температуры 40ОС;
● собственно процесс 2 – процесс получения производных аммония.
Из дерева (рис.2.6) видно, что сеть безопасна, так как в каждой достижимой маркировке максимальное количество точек в позициях сети не превышает единицы. Безопасность важна при моделировании операций технологического процесса, так как точка в позиции в этом случае означает, что данная операция выполняется. Поэтому две и более точки в позиции не имеют смысла и означают, что сеть составлена неправильно.
Из дерева также видно, что сеть живая, так как в дереве нет тупиков и возможна последовательность переходов, срабатывание которых переводит сеть из любой достижимой маркировки в любую другую достижимую маркировку. Живость также важна при моделировании технологических процессов, так как означает, что процесс не остановится в некотором состоянии, и нет операций, выполнение которых недоступно в последующих циклах.
В маркировке (000100100100) переход t8 сработать не может, так как к моменту завершения процесса 1Б процесс 1А должен быть подготовлен. Аналогично не может сработать переход t3 в маркировке (001000010100) –
для того, чтобы завершился процесс 1А необходимо, чтобы процесс 1Б был бы уже подготовлен к запуску.
В маркировке (000001000010), означающей ликвидацию аварии, возникшей в ходе процесса 1А и процесса 2, переход t7, вообще говоря, сработать может и может, таким образам, начаться процесс 1Б совместно с
процессом 2. Безопасность и живость сети при этом сохраняются. Однако, целесообразно всё-таки в этом случае остановить систему до устранения аварии.
Обеспечения безопасности комбинированной системы «Газовое азотирование-Получение производных аммония» в случае аварийного выброса аммиака в атмосферу. Современная промышленность активно использует аммиак как в виде жидкости, так и газа, о чем свидетельствует краткий перечень соответствующих производств и технологий: аммиак - хладагент рефрижераторных установок на мясокомбинатах, реагент в техноло-гии газового азотирования деталей в машиностроении, исходное вещество для синтеза азотной кислоты, производных аммония, акрилонитрила (мономер для получения известного полимерного волокна «нитрон») и т.д.
В тоже время аммиак весьма токсичен и требует надежных мер для обеспечения безопасности персонала предприятий, населения и окружающей природной среды. Тем не менее периодически происходят инциденты с утечками аммиака, приводящие к серъезным негативным последствиям, в том числе к гибели людей. Так, в 2007 и 2008 годах на Микояновском мясокомбинате и на мясокомбинате в городе Балаково Саратовской области из-за выброса аммиака погибли люди х[ 30А ].
Обращают на себя внимание те факты, что в обоих случаях ликвидацию выброса аммиака проводили самым распространенным средством пожаротушения, а именно водой. Это обусловлено тем, что аммиак весьма активно растворяется в воде (1объем воды поглощает 700 объемов газообразного аммиака).
Следует отметить, что аммиак при пожаре образует также токсичные и агрессивные оксиды азота, а при определенной концентрации его в воздухе – происходит взрыв.
Нами разработана концепция проекта обеспечения профилактики выброса и горения аммиака путем использования автоматических средств пожаротушения типа спринклерных систем.
Первые системы такого типа были разработаны более 100 лет назад и к настоящему времени разработано много вариантов, широко распространенных во всем мире в силу актуальности проблем пожаров как производственных, так и жилых помещений. Один из известных вариантов спринклерных систем характеризуется тем, что при эффективном действии основной функции пожаротушения, они обладают значительной тепловой инерционностью, составляющей 3-5 минут. В условиях современного пожара при горении весьма распространенных в настоящее время полимерных отделочных и конструкционных полимерных материалов 5 минут достаточно, чтобы токсич-ные продукты горения этих материалов (угарный газ, хлористый водород, соединения типа фосгена и др.) вызывали тяжелое отравление персонала предприятия вплоть до летального исхода.
Модернизация таких систем проведена ООО«Гефест» и ООО «Горбезопасность», которая обеспечила быстродействие данных систем введением в их состав термопобудительных элементов - электрорезисторов. Существенно важно также обеспечение работы системы в автоматическом режиме и создание избирательного дистанционного пуска только тех оросителей, которые находятся в зоне аварии [ 24А ]..
Фирмы GRASSO и MAYKOM разработали холодильные установки с хладоносителями вода-аммиак (чиллеры) в контейнерном исполнении. Для обеспечения безопасности они использовали спринклерную систему защиты, но не указали на возможность использования ее против пожара.
Предлагаемая нами модернизация указанных современных быстро и избирательно действующих систем пожаротушения заключается в адаптации их к выполнению дополнительной функции, а именно обезвреживанию выбросов аварийных выбросов токсичного аммиака созданием водяных завес для других(кроме технологий охлаждения) производств, включая газовое азотирование аммиаком. Для этого необходимо дополнить спринклерные системы ООО«Горбезопасность», работающие на производствах, связанных с аммиаком, соответствующими датчиками на аммиак. Сигналы указанных датчиков должны включать спринклерную систему и создавать водяную завесу для локализации и детоксикации аммиачного облака.
В настоящее воремя промышленность выпускает аналоговый датчик аммиака серии μ-Gard марки MA-2-1120 с термокаталитическим сенсором (пеллистором) предназначен для непрерывного мониторинга аммиака в окружающем воздухе Используется в гаражах, холодильных установках и системах обогрева и является надежным детектором аммиака.
Структура системы управления. На основании проведенных исследований функционирования комбинированной системы «Газовое азотирование-Получение производных аммония» в ее состав нами включена спринклерная установка, которая должна реагировать на стадиях аварийной ситуации (рис. 7, позиции Р11и Р12).
Модель протекания операций в технологическом процессе в виде графа операций позволяет перейти к программной или аппаратной реализации системы логического управления. С этой целью граф операций представляется в аналитическом виде, то есть в виде операторных формул. Операторными формулами представляются все позиции графа операций и все команды управления. После чего операторные формулы реализуются в виде схемы или в виде программы для программируемых логических контроллеров (ПЛК) на языке релейно-контактных схем].
Структура системы управления на базе ПЛК процессами газового азотирования и получения производных аммония показана на рис. 2.7.
Рис.2.7. Управление комбинированной техническрй системой
«Газовое азотирование - Получение производных аммония
- Спринклерная система»
Согласно схеме сигналы с датчиков подаются на входы ПЛК, на выходе формируются управляющие воздействия. Определяются величина напряжения, подаваемого на нагревательные элементы печи газового азотирования и положение зазора в вентилях дозировки газовой смеси. Таким образом, поддерживаются постоянные температура 500°С и скорость потока аммиака
600 л/ч в печах газового азотирования. Концентрация и скорости подачи аммиака, давление в системе, температура в шахтной печи и температура в скруббере получения производных аммония поддерживают на уровнях, определяемом приоритетными оптимальными параметрами процесса газового азотирования.
Датчики концентрации аммиака в скруббере определяют команды по продолжении. Процесса поглощения аммиака, отходящих из шахтной печи азотирования, с образованием производных аммиака или выпуск из скруббера раствора производного аммония с заданной концентрацией продукта (амми-ачной воды, хлорида, нитрата или фосфата аммония).
Благодаря стандартным аналоговым сигналам 4–20мА или 2-10В датчик содержания аммиака в атмосфере MA-2-1120 совместим с серией контроллеров ADC. Согласно схеме на рис.2.7 сигналы с датчиков подаются на входы ПЛК, на выходе формируются управляющие воздействия. Определяются температура и концентрации аммиака в помещении предприятия
При концентрацию аммиака в атмосфере предприятия, превышающей ПСВ (предельно согласованные выбросы и при температуре реагирования датчика на возгорание в помещении предприятия ПЛК по соответствующей программе дает ; команды на исполнение:
● оповещения персонала предприятия аудио- и визуальными средствами о возгорании или превышении в атмосфере предприятия предельно согласованных выбросов аммиака;
●оповещения региональной МЧС об аварийной ситуации на предприятии;
● отключения электрического питания оборудования предприятия, находящегося в зоне водяной завесы спринклера;
● пуска воды для создания водяной завесы, обеззараживающей выброс токсичного аммиака или возгорание в случае пожара.