1.3 Басқару объектісінің жұмыс істеу принципі ж/е конструктивті хаттау

К-401 колоннасында күкіртті-тазалау ж/е деэтанизациялаудан кейін, фракция К-401 деэтанизаторының төменгі бөлігінен Т-405 жылуалмастырушыға келіп түседі де, 80—150⁰с температураға дейін қыздырылады ж/е одан әрі дебутанизатор колоннасына 15, 20, 24 тарелкаларына жіберіледі. К-402 дебутанизатор колоннасы 45 клапанды тарелкалармен жабдықталған, диаметрі 2400мм, биіктігі 40780мм, 14,5кгс/см² жұмыс қысымына есептелген. К-402 дебутанизатор колоннасының үстіңгі өнімі 45—70⁰с температурамен бірінші ХК410, ХК411 ж/е ХК411а ауа конденсатор-тоңазытқыштарына конденсациялануға, содан-соң фракция шығысында 40—50⁰с температура болатын Х413 сулы тоңазытқышқа түседі. Конденсацияланған фракция Х413 сулы тоңазытқыштан кейін К-402 дебутанизатор колоннасының конденсатын жинау үшін қызмет атқаратын Е-409 рефлюксті сиымдылыққа келіп түседі. Конденсат Е-409 рефлюксті сиымдылықтан Н-421(Н-422) насосымен суландыру ретінде К-402 дебутанизатор колоннасына біртіндеп беріледі, ал балансты артық К-403- Е-408 пропанды колонналарындағы шикізаттың буферлі сиымдылығына бағытталады.

1.4 ТОУ басқару жүйесінің суреттеліуі

Өндірістік құрылғылардың мінездемесі.

2.1 Кесте

Аппарат-тың пози-ция-сы	Аты ж/е қысқаша мінездеме,жа- салу материалы	Жұмыс істеу көлемі, өнімділігі ж/е басқа параметрлері	Геометриялық өлшемдері, Мм	Санақтық мәні ж/е режимдік параметрлердің өлшемдері, Мах
				Температура, 0С	Қысым Кгс/м2	Тереңдік, м	Физ.-хим. параметрлер
1	2	3	4	5	6	7	8
К402	Ректификационды колонна 45 тарелкалы	Q=130м3/с	D=2400 H=40780	149	14.5	-	-
К403	Ректификационды колонна 60 тарелкалы	Q=60м3/с	D=1800÷2400 H=49950	112	24	-	-
Т405	Жылуалмастырғыш-қыздырғыш	F=63*2м2	D=500 L=6915	150	32	-	-
Т406	Қайнатқыш	F=235м2	D=1000 L=4000	190	14.5	-	-
Т407	Жылуалмастырғыш-қыздырғыш	F=63*2м2	D=500 L=6915	150	32	-	-
Т408	Қайнатқыш	F=182м2	D=1000 L=5800	165	24	-	-
Е408	Буферлік сиымдылық	V=322	D=2400 L=7330	50	12.5	-	-
Е409	Рефлюксті сиымдылық	V=32м2	D=2400 L=7330	50	14.5	-	-
Е410	Рефлюксті сиымдылық	V=32м2	D=2400 L=5800	50	24	-	-
Х413	Сулы тоңазытқыш	F=170м2	D=800 L=6000	40	14.5	-	-
Х414	Сулы тоңазытқыш	F=157м2	D=800 H=6000	55	24	-	-
ХК410÷411а	Тоңазытқыш-ауа конденсаторы	F=5650м2		66	14.5	-	-
ХК412÷413а	Тоңазытқыш-ауа конденсаторы	F=3756м2		50	24	-	-
Н419 (420)	Насос	Q=53.5м2/с H=370м.ст.ж
Н421 (422)	Насос	Q=13.4м3/с H=116м.ст.ж
Н423 (424)	Насос	Q=103м3/с H=370м.ст.ж

К-402 дебутанизатор колоннасының шаршылы өнімі, С₅ фракция ж/е 150⁰с –тан жоғары температурамен Т-407 жылуалмастырғыш-қыздырғыш арқылы К-403 дебутанизатор колоннасының шикізатына жылуын береді, Т-402а, Т-402 жылуалмастырғышы К-401 дебутанизатор колоннасының шикізатына жылуын береді. Жұмыс істеу қысымы 24кгс/см², биіктігі 49950мм ж/е диаметрі 1800-2400мм, 60 клапанды тарелкалармен жабдықталған К-403 пропанды колоннасының шикізаты Е-408 буферлі сиымлыдықтан Н-419 (Н-420) насосымен тартылады ж/е Т-407 жылуалмастырғыш-қыздырғыш арқылы К-402 дебутанизатор колоннасындағы шаршылы өнімнің жылуының есебінен 50⁰с-тан 84⁰с-қа дейін қыздырылып, К-403 пропанды колоннасының 32,37 ж/е 42 тарелкаларына беріледі. К-403 пропанды колоннасының жоғарғы өнімі 50-65⁰с температурасымен ХК-412, ХК-413 ж/е ХК-413а ауа тоңазытқыш-конденсаторына конденсацияға, содан-соң Х414 сулы тоңазытқышына түседі. Содан конденсацияланған фракция К-403 дебутанизатор колоннасының жоғарғы өнімін жинау үшін қызмет ететін Е-410 рефлюксті сиымдылығына келіп түседі. Конденсат Е-410 рефлюксті сиымдылықтан Н-423 (Н-424) насосымен суландыру ретінде К-403 пропанды колоннаға біртіндеп беріледі, ал балансты артық 50⁰с-тан 40⁰с-қа дейін суытатын Х-403 сулы тоңазытқыш арқылы сілтілік тазартуға бағытталады ж/е одан әрі 400 секциядан түзу сызықпен 412 поз. шығарылады. К-403 депропонизот колоннасының шаршылы өнімі әрі қарай К-404 колоннасына бөлінуге беріледі.

2 Басқару жүйесінің жүйе – техникалық синтезі

2.1 Басқару критериі ж/е автоматтандыру жүйелеріне талап

Жаңа автоматтандыру жүйесін құру мақсатында дайын өнімнің өз бағасынан энергия шығынының азаюына, қызмет көрсететін персоналдық ж/е технологиялық қондырғының операторының жұмысының төмендеуіне, реттеу сапасының ж/е процестің экологиялық жоғарылауына, технологиялық процестің ағынының ең оптималды режимге жақындауына, өз бағасының түсуіне ж/е қондырғыда алынатын өнімнің сапасының жоғарылауына қызмет етеді.

Жаңа автоматтандыру жүйесі технологиялық процесті реттеудің ең оптималды сапасымен қамтамасыз етуі, процестің бүтіндей жүріп жатқаны жөнінде толық мәлімет беруі, процесс кезінде жүріп жатқан процесс жайлы мәліметті көрсетіп, пайда болған ауытқуларды ескертіп отыруы ж/е апатты жағдайларды болдырмау үшін талапқа сай іс-әрекеттер қолдануы, жүріп жатқан процестің технологиялық режимнің шегіне қайта келуі, сырқы ортаның әсерлеріне тұрақты болуы, техникалық қызмет көрсеткенде, жөндеу кезінде ж/е эксплуатация кезінде ыңғайлы болуы тиіс.

ТОУ басқарудың негізгі критериі газофракционды қондырғыда алынатын өнім фракциясының сапасы, ал құрамы мен энергия шығынын шектеген кездегі өнімділігі максимизациялау тапсырмасы болып табылады.

Қондырғының технологиялық схемасын анализдеп екі идентификациялы сонда жүріп жатқан процесс жайлы ж/е аппаратты өрнектеу, типтік объекттің ж/е оның арасындағы буферлік сиымдылық көрсетуге болады. ТОУ декомпозициясының структуралық схемасы 3.1-суретте көрсетілген:

Бұл технологиялық процесте оңай жанатын мұнай өнімдері қатысатындықтан ж/е жоғарғы қысымдар бар болғандықтан жаңа автоматтандыру жүйесі пневматикалық ж/е ұшқыннан қорғалған, жоғарғы қысымдарға ж/е мұнай өнімдеріне тұрақты ж/е жоғарғы метрологиялық мінездемесі бар приборлармен жабдықталуы тиіс.

РУ1, РУ2—ректификациялық қондырғылар; БЕ- буферлік сиымдылық; ТФ1,ТФ3- бөлінуге түсетін фракциялар.

Басқару ж/е бақылау жүйесі өндірістің үздіксіз режимінде сенімді болуы керек.

2.2 Басқару жүйесінің функцияларын басқаруды таңдау негізі

2.2.1 Ректификациялық қондырғылардың автоматтандвыру

Ректификациялық қондырғылар бу қоспалары мен сұйық қоспаның кері байланысының нәтижесінде құрайтын заттарға сұйық біртекті қоспаларды бөлу үшін қызмет етеді.

Ректификациялық қондырғының структуралық ж/е принциптік схемалары 2.2—2.3-суреттерде көрсетілген. 2.2-суреттегі технологиялық параметрлер мен ағыстардың келесі белгіленулерін қабылдаймыз:

С_n, С_g, С_k дистилятты ж/е шаршылы сұйықтыққа бөлінуге түсетін бинарлы қоспадағы оңай ұшатын компоненттердің концентрациялары.

1- ректификационды колонна;

2- қоректену көзін қыздырғыш;

3- қайнатқыш;

4- тоңазытқыш;

5- флегмалық сиымдылық;

Gп, Gд., Gк., Gгр., Gт., Gхл., Gфл.- қоректену көзінің, дистиляттың, кубтық өнімнің, қайнатқышты қыздыратын будың, қоректену көзін ысытатынға жылутасығыштың, хладагенттің ж/е флегманың шығындары;

• Ггр.- қыздыратын будың энтальпиясы;

• tт., tхл.- жылутасығыш пен хладагенттің температурасы;

• Рк.- колоннадағы қысым;

• Lк., Lфл.- флегмалық сиымдылық пен колоннаның кубының тереңдігі;

• L- тарелкадан ағатын сұйықтың мөлшері;

• n- колоннадағы тарелкалар саны;

• V- тарелкадан кетіп жатқан будың мөлшері;

• х ж/е у – сұйық ж/е булы фазалардағы оңай ұшатын компонентердің концентрациялары;

• Yi*- x_i құрамды сұйықпен тең болатын будағы оңай ұшатын компонеттің концентрациясы.

Индекстер:

• F- қоректену көзінің параметрлері үшін;

• i- тарелкаға қатысты көлемдер үшін;

• f- қоректену көзінің тарелкасына қатысты көлемдер үшін;

• n- үстіңгі тарелкаға қатысты көлемдер үшін;

• V- булы фазаның параметрлері үшін.

Бөлінетін қоспа мен өнімнің ағындағы материалдық балансы мына өрнекпен өрнектеледі:

G_n=G_д+G_к;

Оңай ұшатын компоненттің материалдық балансы:

G_nC_n=G_дC_д+G_кC_к;

Қайнатқыш үшін жылу балансының теңдігі:

G_грГ_гр=VГ_к+q₁

мұндағы: V- колоннаның төменгі бөлігіндегі бу ағыны; Г_к- кубтық сұйықтың еруінің уделді жылуы.

Колоннаның кубы үшін материалдық баланс:

S_k мұндағы: G_ж- колоннаның астыңғы бөлігіндегі сұйық ағыны; S_k- колоннаның көлденең қимасының ауданы.

Флегмалық сиымдылық үшін материалдық баланс:

мұндағы: V₁- колоннаның үстіңгі бөлігінің бу ағыны; S_ФЛ- флегмалық сиымдылықтың көлденең қимасының ауданы.

Қоректену көзін ысыту үшін жылу балансы:

G_nC_pn(t_n⁰-t_n)=G_mC_pm(t_m^вх-t_m^вых)+q₂;

ж/е дефлегматор үшін

V₁G₁=G_хлC_рхл(t_хл^вых-t_хл^вх)+q₃

Колоннаның үстіңгі бөлігіндегі газдық фазаның материалдық балансы:

Колоннаның ішіндегі ағындар үшін материалдық баланстарды жазамыз.

Төменгі бөлігі үшін (А қоректену тарелкасынан төмен) материалдық баланс: L_i=V+G_k;

X_i=1/L; (Vy_i-1+G_kx₀;

үшін

x_i=1/L; (Vy_i-1+G_kx₀-G_nxL_F);

булы фаза үшін:

Y_i=Y_i-1e^-Kvi/V+Y₁^*(1-e^-Kvi/V);

мұндағы: K_vi- барлық тарелканың ауданына қатысты булы фазамен массаберу коэффициенті.

Тарелкалар үшін келтірілген теңдеулер i=1,2,…,n колоннаның материалдық балансың теңдеуін жаза отырып, келесі теңдеулерді аламыз:

Y₀=x₀

мұнда i=1,2,…,f-1

мұнда i=f,…,n

Қоректендіруші тарелка номері тұрақты болып алынып және өзгеретін болса, шикізат кірісін оптималды етеді. Колонна биіктігі бойынша x_i, y_i заттардың концентрациялары және масса алмасу процесін ескере отырып G_n , X_{i ,} V, C_т параметрлері мен колонна тарелкаларындағы (10) масса алмасу кинематикасын теңдеулер жүйесімен есептейміз.

Теңдеулер жүйесіне кіретін 3,1÷3,25 айналмаларын талдап, реттегіштің әсер етуші сигналы және шығыс координаталарын табамыз.

Бастапқы қоспа ректификациялаушы құрылғыға технологиялық линияның басқа аппараттарынан келгендіктен ректификация процессіне температура, шығын өзгеруі әсер етеді. Әсер етуші факторларға жылытушы бу энтальпиясын, жылу алмастырушыны, суытушыны және қоршаған ортаға жылу шығынын (q_1, q_2, q₃) енгізуге болады. Жоғарыда айтылған әсер етуші факторлардан шығын мен температураны тұрақтандырады және қалғандарын ескермейді. Сонымен қатар флегма шығынын, колоннадағы қысымды тұрақтандырамыз.

Реттеуші әсерге жылытушы бу шығынын, кубтық өнімді, флегма шығынын айтуға болады.

Өнім концентрациясы G_д және С_к колонна өлшемі L_к және L_фл флегма сыйымдылығы мен колоннадағы қысым Р_к процестің шығыс координаталары (10) болады.

Ректификациялық құрылғының автоматтандыру жүйесінің бірнеше түрін қарастырайық.

Вариант 1. Қарапайым автоматтандыру схема құрамына бір контурлы АСР қоспасы кіреді.

Жалпы бұл жүйе материалды және жылу балансын, дистиллят құрамын тұрақтандырады. Дистиллят құрамын тұрақтандырушы колонна басындағы 1 температура реттегіш болып табылады. Шығын реттегіші 2 құрылғыға келетін қоспа көлемін тұрақтандырады. Реттегіштер 3 және 4 сұйық фаза балансын реттейді, ал шығын реттегіш 5 флегма санын тұрақтандырады. Бу шығынын реттегіш жылытушыға (кинятильник) келетін бу көлемін тұрақтандырады.

Жоғарыда айтылған автоматтандыру жүйесінің бірнеше кемшіліктері бар. Реалды жағдайды ескермей жылытушы бу көлемін тұрақтандыру бу көлемін жылытушы будың шығынын көбейтеді.Компенсациялаушы әсер жоқтығы өнім құрамының динамикалық қателіктерін тудырады. Себебі. Колонна соңындағы реттегіш реттеуші координатадан ауытқу туралы сигнал алады, бүкіл колонна биіктігі бойынша сұйықтың құрамы өзгергеннен кейін. Өнім температурасын оның құрамын тұрақтандыру үшін қолданудың келесі кемшілігі бар: температура мен қысым ауытқуының әсерінен өнім құрамының өзгеруі прибор қателіктерінің (5) тудыратын қателіктер тең болады.

Вариант 2. (2,5-сурет) бұл ректификациялау қондырғысында автоматтандыру жүйесінің жеке параметрлерін тұрақтандырушы бір контурлы АРЖ мен қатар шығынды тұрақтандыратын каскадты АРЖ қолданған. (1 және 2 реттегіш).

2.5 сурет. Каскадты АРЖ ректификация қондырғысында қысым мен температура режимін тұрақтандырушы АРЖ қолданылған автоматтандыру жүйесі.

Реттегіш 3 көмегімен колоннадағы температуралық режим реттеледі.Колоннадағы қысым 4 реттегішімен ал флегма сыйымдылығы 5 реттегіші арқылы тұрақталынады. Флегма санының тұрақтылығы 7 реттегіші көмегімен іске асырылады.Қарастырылған автоматтандыру жүйесі дәл осы технологиялық режим үшін тиімді болады.

Буферлік сыйымдылық.

Бұл объекттің күйін сипаттаушы негізгі параметрі болып сұйықтық деңгейі болып саналады. Жеңілдетілген принципиалдық және структуралық схемалар 3,6-3,7 суретте көрсетілген.

2.6-сурет. Сыйымдылық жұмысын көрсетуші принципиалдық схема.

Объект

H

Gкір

Gшығ

2.7-сурет. Сыйымдылық жұмысын көрсетуші структуралық схема.

Сыйымдылықтың материалдық балансын құрамыз:

dH

S —— =G_Bx-G_Bых

dt

мұнда: G_BX, G_BыX-сыйымдылыққа кіруші және шығушы шығын көлемі.

Ѕ-сыйымдылық қиындысының ауданы.

Реттеу каналдары үшін беріліс функцияларын шығару

Конденсат шығыны- колоннадағы сұйықтық деңгейі.Колоннаның кубы үшін материалдық балансты қарастырайық:

dL_k

S_k——— = G_Ж-V- -G₀

dt

Тейлор қатарына аударсақ:

dL_k0 d∆L_k

S_k (——— + ———) = G_Ж0 + ∆G_жоV_о-∆V-G_k0-G_k

dt dt

Тұрақты (стационарлы) күйді сипаттаушы теңдеу:

dL_k0

S_k (———)=G_Ж0V₀-G_k0

dt

Ауыспалы (динамикалық) сипаттаушы теңдеу:

d∆L_k

S_k = ——— = ∆G_ж-∆V-∆G_k

dt

Шексіз түрде өсуді сипаттаймыз.