Алматы 2015 Almaty
жүктеу/скачать 19,96 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Key words
- Ключевые слова
- Газ компрессорлық қондырғыдары отын берілінің динамикалық модельделі Түйіндеме.
- Түйін сөздер
- Dynamic simulation fuel supply to gas compressor unit Summary.
- Байкенова Г.М., Куттыбаева А.Е., Нуржанова Д. бакалавр
Ключевые слова: пористый кремний, ультрафиалет, нанокристалл. Bazhikov K.T., Bazarbay A.S., Uteshova M.A.
silicon, their connection with phase composition of the samples and were suggested possible ways of their modify. It shows, that the position peak of PL changes in limits 210-270 nm in depending of excerpt surface time on atmosphere, of the original technology production and the method surface modification. Key words: porous silicon, photo luminescence, nanocrystal УКД 681.51:629.783 Байбатшаев М.Ш. Лукманова Ж.С. Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева, г. Алматы, Республика Казахстан azeshova@mail.ru ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ГПА Аннотация. Система UniSim является разработкой Honeywell и представляет собой набор средств моделирования, позволяющих улучшить функционирование предприятия в течение всего жизненного цикла − от проектирования технологических процессов с использованием статических и динамических моделей, проверки системы управления и обучения операторов до использования в режиме реального времени для управления и оптимизации, мониторинга и планирования работы предприятия.
модели, имитационная модель, режимы работы ГПА
В настоящее время проведение экспериментальных исследований на объектах нефтегазовой отрасли связано со значительными сложностями обусловленными необходимостью оформления соответствующих согласований и режима экономии энергоресурсов (изменение режимов работы ГПА требует дополнительных затрат энергоресурсов), поэтому разработка алгоритмического обеспечения и создания инструментальных средств для исследований на основе имитационных моделей объектов и средств управления является актуальной научно-технической задачей. Для эффективного внедрения систем усовершенствованного управления сложными технологическими процессами нефтегазовой отрасли требуется:
79 – предоставление эффективного инструмента проведения комплексных исследований для выбора оптимальных режимов эксплуатации технологических объектов управления на основе компьютерного моделирования с настройкой многосвязной системы управления; – управление временем – приостановка, возобновление, ускорение и замедление мо- делирования; – экраны для мониторинга динамики процессов, переменные инструктора, функции полевого оператора (удаленного управления), экран многопеременных трендов, экраны параметров технологических потоков, процедуры управления; ‒ оценка результатов: автоматические тренировочные упражнения, программирование сценариев, внесение возмущений в ход моделируемых процессов, мониторинг тревожных сообщений и событий, контроль и оценка знаний, отчеты и протоколы; Для решения поставленных задач разработан комплекс «Автоматизированная система управления производством» на базе программно- аппаратных средств компании Honeywell рисунок 1. В состав комплекса входят: 1. Сервер UniSim Design и UniSim Operations, служащий для построения статических и динамических моделей сложных технологических процессов – преимущественно нефтепереработки и нефтехимии, а также создания тренажеров для обучения операторов. 2. Сервер распределенной системы управления Experion PKS. 3 Структурная схема комплекса «Автоматизированная система управления производством» 4. Сервер Profit Suite, предназначенный для реализации алгоритмов усовершенствованного управления. Возможности комплекса позволяют воспроизводить модели различных технологических процессов служащих для построения реальных систем многосвязного управления [1]. Алгоритмы базового регулирования реализуются в динамической модели в среде UniSim Design или на контроллере C300. APC- алгоритмы выполняются в пакете Profit Suite, связанном с моделью через распределённую систему управления или минуя ее по интерфейсу OPC DA. Рисунок 1 - Принцип работы комплекса «Автоматизированная система управления производством» Возможность обмена данными по OPC DA позволяет осуществлять интеграцию с пакетами сторонних производителей, например, подключать сценарии Matlab. В работе на примере установки АВТ демонстрируются возможности разработанного программно-аппаратного комплекса усовершенствованного управления технологическими процессами. Разработанный комплекс позволяет построить систему усовершенствованного управления, включая: создание модели технологического процесса; построение базовой системы регулирования; разработку виртуальных анализаторов; построение многосвязных регуляторов; синтез системы, оптимизирующей уставки регуляторов [2]. Конкретные цели функционирования таких систем задаются заказчиком и формализуются в виде тех или иных критериев управления. Среди критериев управления могут быть: математические критерии, например, моделирование задачи оптимизационного управления режимом компрессорного цеха газоперекачивающих агрегатов, в частности управление подачи топлива в ГПА рисунок 2. 80 Рисунок 2 - Модель ГПА в UniSim Алгоритм расчетов следующий. Задачей цехового регулятора состоит в стабилизации заданного значения производительности или давления на выходе цеха. Это задача достигается за счет изменения оборотов нагнетателей загруженных в трассу газоперекачивающих агрегатов в ответ на внешние возмущения – изменение подачи газа на входе или отбор газа на выходе цеха, при изменении уставки по режиму цеха. Существуют многочисленные комбинации режимов работы агрегатов, при которых цеховой параметр будет равен заданному значению, но агрегаты будут загружены по-разному и следовательно суммарные затраты энергии на транспортировку того же количества газа будут разными. При этом до решения задачи оптимизации в регуляторе режима необходимо учесть ряд условий включения в работу,
характеризующих готовность к автоматическому управлению газоперекачивающих агрегатов (ГПА), схему работы ГПА (последовательная, параллельная), близость к ограничителям параметров в САУ ГПА [3]. Для расчета оптимизационной задачи распределения нагрузки учитываются входные данные алгоритма расчета (1) допустимой зоны работы ГПА, дискретные параметры работы САУ ГПА:
1 1 1 Q1 1 1 1 1 1 1 (1) Аналоговые параметры работы нагнетателя, где Q (1)производительность турбины низкого давления, и параметры работы привода где Т продукты сгорания перед ТВД и за ТНД:
1 _ . 1 _ . 1 _ . 1 1 1 _ . 1 1 _ . (2) 81 Зона допустимых оборотов турбины низкого давления: ) (
( _ . _ . _ _ . . ТНДниз ТНДниз ТHД выс ТНД n MAX n n MIN n выс Критерий оптимальности распределения нагрузки определяется с решением (2) целевой функции: Q i СОСТ ТЕХ i ТОПЛ m i i ТОПЛл K Q N Q N min
) ( ) ( . . , . 1 . (3) с ограничением для (2) каждого ГПА: max
min ТНД ТНД ТНД n n n где: Q ТОПЛi
– расход топливного газа i-го ГПА м 3 /мин; K ТЕХ.СОСТi - коэффициент технического состояния i-го ГПА ; N i – мощность нагнетателя i-го ГПА; n ТНД – обороты турбины низкого давления (ТНД) об/мин. Когда один из агрегатов работает на пределе своих возможностей, у других агрегатов еще есть резерв по мощности [4]. Что бы использовать этот резерв, распределение нагрузки между агрегатами выполняется в соответствие с их коэффициентами технического состояния. Управляющие воздействия пропорциональны коэффициентам технического состояния, означает что агрегаты находящиеся в худшем техническом состоянии, получают меньшие управляющие воздействия. В программной среде UniSim реализованные принципы работы регулятора, построена совместная модель регулятора режима и математическая модель компрессорного цеха с двумя параллельно работающими ГПА (рисунок 3). Регулятор режима состоит из общего блока, обеспечивающего распределение нагрузки между агрегатами, и собственно агрегатных регуляторов [5]. Рисунок 3 - Принцип работы регулятора в среде Unisim. Агрегатные регуляторы расположены в системах управления агрегатной автоматики и могут рассматриваться на уровне общецеховой модели как инерционные звенья, вход которых – уставка по оборотам нагнетателя, а выход – обороты нагнетателя. Расчет производительности нагнетателя находится по формуле (4): e k k P A Q 735 6 . 13 (4) Где А к -
коэффициент конфузора нагнетателя; e - плотность на входе в нагнетатель кг/м 3 ; ∆P k – перепад на конфузоре нагнетателя кГс/см 2 .
82 Потребление топливного газа пропорционально мощности нагрузки нагнетателя и коэффициенту технического состояния привода турбины высокого давления. Мощность турбины вычисляется в модели по: ) (
1 ) ( G 1 1 вх k k вх вых вх cp вх вых cp T P P T Z R k k a T T Z R k k a N
(5) где a - поправочный коэффициент; 1
k – показатель изоэнтропы; к – показатель адиабаты; R– газовая постоянная;
* *
Zср – коэффициент сжимаемости газа по средним параметрам процесса сжатия 2 см кгс
Т вых – температура газа на выходе из нагнетателя о K ; Т вх – температура газа на входе в нагнетатель о K ; G – расход газа через нагнетатель кг/с; Мощность цеха изменяется воздействием на регуляторы топлива САУ ГПА в сторону увеличения или уменьшения частоты вращения ТНД в зависимости от характера внешнего возмущения. Значения температуры и давления (5) на выходе нагнетателя моделируются согласно уравнениям газовой динамики:
вход вход вход Т ZRT ZRT п п Т 1 1 0 0 2 0 (6)
вход вход Р ZRT ZRT п п Р 1 0 0 2 0 1 1 (7)
где: n – частота вращения нагнетателя ГПА, об/мин; n 0 – номинальная частота вращения нагнетателя ГПА, об/мин; 0 – приведенная степень сжатия; – показатель политропы. Нагнетатель ГПА после окончания пуска работает в диапазоне оборотов 3300-5600 об/мин, при достижении которого включается регулятор-ограничитель в САУ ГПА. В модели производится расчет и выдача сигналов характеризующих приближение оборотов к ограничителям. Данные сигналы участвуют в формировании функции цены при подборе параметров системы в итерационном процессе повторных симуляций [6]. Параметр оптимизации – суммарные затраты топливного газа (6), (7). Таким образом задается условия нахождения оптимального соотношения коэффициентов распределения нагрузки Z. Оптимизационный алгоритм изменяет значения коэффициентов Z i каждого ГПА тем самым, перераспределяя производительность между агрегатами. Коэффициент технического состояния, находим по формуле (8):
)
) ( . . 1
пол пол пас пол Н СОСОТ ТЕХ К (8)
где: η
пол(пас) – паспортный политропический КПД нагнетателя; η пол
– политропический КПД нагнетателя. 83 Таким образом, регулятор режима функционирует в автоматическом режиме и обладает избыточной информацией для самонастройки. С помощью программного обеспечения UniSim совместно реализована модель для исследования и имитации режимов работы нагнетателя ГПА с целью использования результатов исследований при построении и внедрении современных систем автоматизированного управления технологическим оборудованием компрессорных цехов газотранспортной системы. Предлагается использование компонентов имитационных моделей путем их преобразования в программные функциональные блоки PLC. ЛИТЕРАТУРА 1. Шемин Ф.Г. и др. Компьютерный тренинг: Опыт подготовки операторов технологических процессов нефтепереработки // Социальное партнерство, 2002 2. Гершберг А.Ф. и др. Компьютерный тренажер для обучения операторов установки каталитического риформинга в ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез» // Автоматизация в промышленности. 2003. 3. Дозорцев В.М., Кнеллер Д.В. Технологические компьютерные тренажеры: все что вы всегда хотели знать.. // Промышленные АСУ и контроллеры. 2004. 4. Назин В.А. Автоматизированные системы обучения персонала технологических установок // Автоматизация в промышленности. 2006. 5. Соркин Л.Р. Имитационное моделирование для обучения операторов и оптимизации производства // Промышленные АСУ и контроллеры. 2008. 6. Дозорцев В.М. Компьютерные тренажеры для обучения операторов технологических процессов. – М., Синтег, 2009. REFERENCE 1. Shemin F.G. i dr. Komp'juternyj trening: Opyt podgotovki operatorov tehnologicheskih processov neftepererabotki // Social'noe partnerstvo, 2002 2. Gershberg A.F. i dr. Komp'juternyj trenazher dlja obuchenija operatorov ustanovki kataliticheskogo riforminga v OOO «PO «Kirishinefteorgsintez» // Avtomatizacija v promyshlennosti. 2003. 3. Dozorcev V.M., Kneller D.V. Tehnologicheskie komp'juternye trenazhery: vse chto vy vsegda hoteli znat'.. // Promyshlennye ASU i kontrollery. 2004. 4. Nazin V.A. Avtomatizirovannye sistemy obuchenija personala tehnologicheskih ustanovok // Avtomatizacija v promyshlennosti. 2006. 5. Sorkin L.R. Imitacionnoe modelirovanie dlja obuchenija operatorov i optimizacii proizvodstva // Promyshlennye ASU i kontrollery. 2008. 6. Dozorcev V.M. Komp'juternye trenazhery dlja obuchenija operatorov tehnologicheskih processov. – M., Sinteg, 2009. Байбатшаев М. Ш., Лукманова Ж. С. Газ компрессорлық қондырғыдары отын берілінің динамикалық модельделі Түйіндеме. Жүйе Honeywell UniSim əзірлеген жəне бүкіл өмірлік циклінің барысында кəсіпорынның жұмыс істеуін жақсартуға модельдеу жиынтығын білдіреді - жобалау процесінде нақты уақыттағы бақылау жəне оңтайландыру пайдалануға статикалық жəне динамикалық модельдерін, тест басқару жəне оператор оқыту пайдалана отырып, кəсіпорынның мониторинг жəне жоспарлау. Түйін сөздер: газ компрессор қондырғысы, автоматты басқару жүйесі, динамикалық модельдер, компрессордың режимі модельдеу. Baybatshaev M.Sh., Lukmanova Z. S.
the functioning of the enterprise during the entire life cycle - from the design process using static and dynamic models, test management and operator training to use in real-time control and optimization, monitoring and planning of the enterprise. Key words: gas compressor unit, automatic control system, dynamic models, simulation model, mode of compressor 84 УДК 61:658.284 Байкенова Г.М., Куттыбаева А.Е., Нуржанова Д. бакалавр жүктеу/скачать 19,96 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|