ТЕХНОЛОГИЯ КАРБАМИДА

Информационное обеспечение АСУТП

Информация, необходимая для расчета управляющих воздействий в соответствии с алгоритмами, изложенными выше, обеспечивается алгоритмами контроля. В частности алгоритм первичной обработки поступающей в УВМ информации предусмат­ривает масштабирование, линеаризацию, внесение поправок к зна­чениям расходов в связи с отклонением величин давлений и темпе­ратур от расчетных, фильтрацию и сглаживание.

В случае, если погрешность при измерении массовых расходов больше погрешности, определяемой классом точности датчика и преобразователя (плотность потока р предполагается постоянной), вводится поправочный коэффициент.

Для жидких потоков авторами [27] получены выражения плотности (в т/м3) в виде аппроксимирующих полиномов: для жидкого аммиака

Pnh3 — 1,5359- Ю-3-< - f- 0,64 (VIII.8)

Для раствора карбамида

Pp. к -0,6172-10-^ + 0,2792СК 0,673- 10"^СК4- 1,01114 (VIII.9)

Где t — температура потока, °С; Ск — концентрация карбамида в растворе, масс. доли.

Интерполяционные уравнения для вычисления рсо2 и рн20 имеются в статье [28].

Для учета количества потребляемого тепла используются полученные 127] по справочным данным аппроксимирующие поли­номы значений энтальпии і (в МДж/т) перегретого пара высокого 272 (Р = 0,9—2 МПа) и низкого (Р = 0,7—0,9 МПа) давлений — соответственно (VIII.10) и (VIII.11):

І = (0,6386ґ — 10"3 0,3856г2 — 28J13P — 0,467ЗР2 + 0,08218Pt ■+ 575,98) 4,1868

(VIII.10)

І = (0,4344^ — 44,105P + 0,1551 Pt + 601,73) 4,1868 (V111.11)

Где t — температура пара, °С; P — давление пара, МПа.

Ввод информации о расходах и температурах жидкостных и газовых потоков, температурах и давлениях в технологических аппаратах осуществляется от датчиков аналоговых величин.-Для ввода значений расхода электроэнергии, выработки готового продукта, расхода РУАС применены нестандартные число-им­пульсные датчики.

Некоторую сложность представляет замер расхода РУАС. Поскольку на этом участке из-за высокой агрессивности и кристал - лизуемости среды трудно установить расходомер, расход опреде­ляется косвенно с помощью датчика импульсов по числу оборотов основного вала насоса.

Обработанные значения технологических параметров записы­ваются в специальном массиве оперативной памяти УВМ и затем используются для расчета текущих значений показателей работы агрегатов. При отсутствии полной первичной информации в мас­сиве памяти сохраняются предыдущие значения расчетных пока­зателей. Вся информация о технологическом процессе прежде, чем попасть в массив обработанных значений параметров, проверя­ется на соответствие текущего (действительного) значения пара­метра пределам достоверности и максимальной скорости измерения 129 J. Если значение параметра не удовлетворяет этим условиям, то оно отбрасывается и в расчет принимается предыдущее значение этого параметра. Кроме того, для временного отключения какого - либо датчика при работе системы (проверка или ремонт) алгорит­мом контроля предусматривается для каждого параметра признак отключения датчика, который вводится в УВМ оператором или, в случае отключения датчиков на неработающих агрегатах, про­граммно. При наличии этого признака в памяти УВМ сохраняется предыдущее значение параметра.

В соответствии с алгоритмом первичной обработки информации истинное значение технологического параметра,,r-,aiYr\-bt (VIII. 12)

Где a,, bj — коэффициенты аппроксимации; У, — Кк — для ли­нейных шкал; Yj = ]/ Км — Для нелинейных шкал (Км — ма" шинный код).

Этим же алгоритмом учитываются корневые поправки к значе­ниям расходов, т. е. изменение плотности измеряемого потока в зависимости от текущих значений его давления, температуры, концентрации.

Проверенная информация сглаживается по формуле экспонен­циального сглаживания [27]

У(п) = у(п— 1) + 1с[у{п) — у(п— 1)] (VII 1.13)

Где у (п) — несглаженное текущее значение параметра; у (п — — 1) — сглаженное значение на предыдущем опросе; %с — коэф­фициент сглаживания.

Оптимальное значение коэффициента сглаживания в смысле минимума среднеквадратичной ошибки равно [27]:

Где Ryy (0), Ryy (1) — значения автокорреляционной функции параметра у для интервала времени t = 0 и т = Т (Т — интервал опроса параметра у) соответственно.

В разработанной авторами [27] программе предусматривается периодическая коррекция коэффициентов сглаживания по урав­нению (VIII. 14).

При использовании уравнения (VIII.13) предварительно про­веряется соответствие предыдущего сглаженного значения у (п — — 1) пределам достоверности, и в случае несоответствия у (п) принимается равным текущему значению у (п). Это позволяет при различного рода сбоях быстро восстановить информацию в массиве обработанных значений технологических параметров.

Кроме того, алгоритм контроля предусматривает расчет значе­ний технологических параметров, усредненных за час, хозрасчет­ных — за смену, сутки и месяц с подведением итоговых показате­лей потребления сырья, энергии и выпуска продукта, а также контроль соответствия технологических параметров регламентным нормам. Причем, для основных параметров предусматривается регистрация на оперативном бланке времени информации о дли­тельности нарушения режима и наихудшего значения параметра за весь период нарушения.

Как было отмечено выше, задачи управления технологическим процессом решаются АСУТП с использованием математической модели агрегата карбамида как ХТС, включающей модели отдель­ных аппаратов и узлов агрегата. Математическая модель колонны синтеза основана на уравнении для степени превращения С02 в карбамид хв, которое получено авторами [27] как эмпирическое интегральное кинетическое уравнение:

*„-=** {1 — ехр [— тп/(3,2 4-3.5W)]} (VIII. 15)

Обобщенное уравнение зависимости х* — f (t, Р, L, W) при­ведено в гл. II. 274

Уравнение для вычисления тп получено преобразованием уравнения (1.57) и имеет следующий вид [27|:

T[i _ 6°PqmV 2,303 - х*ц (VI11.16)

9 Co2 + ?NH3 + ІРІ'АС

Уравнение для вычисления рсм приведено в гл. II.

В уравнения, используемые для расчета хв, помимо значений технологических параметров Рс, tc, qCo2, <?nh3> ?руас входят величины W и L, которые не могут быть непосредственно измерены. Их значения оцениваются при расчете материального баланса всего агрегата карбамида, в частности, по данным о составе ре­циркулируемого РУАС.

При составлении материального баланса колонны синтеза состав потоков на выходе из колонны определяется известными стехиометрическими соотношениями с учетом вычисленного зна­чения хв.

Состав и количество газов дистилляции на обеих ступенях давления вычисляются с помощью эмпирических уравнений для степени отгона (ah доли ед.) NH3, С02 и Н20 в зависимости от равновесного давления в системе NH3—С02—CO(NH2)2—Н20, расчет которого выполняется в соответствии с работой [7], и давления в системе дистилляции соответствующей ступени.

Поток газов дистилляции II ступени служит исходным для расчета материального баланса конденсатора II ступени (рассмат­ривается вариант частично разомкнутой технологической схемы, предусматривающий утилизацию газов десорбции и других отхо­дящих газов в производстве нитрата аммония). В этом аппарате, как установлено опытным путем, С02 и Н20 конденсируются из газовой фазы практически полностью. Состав и количество обра­зующегося при этом РУАС определяются с учетом количества Н20, подаваемой в аппарат, и с использованием аналогичного упомянутым эмпирического уравнения для степени распределения NH3 между фазами в зависимости от текущего и равновесного давления над РУАС, расчет которого изложен также в работе [7].

Аналогичным путем вычисляется количество и состав РУАС, рециркулируемого из промывной колонны в зону синтеза. Распо­лагая этими данными, легко вычислить значения L и W итерацион­ным методом.

В качестве математической модели конденсатора II ступени дистилляции и промывной колонны могут быть также использо­ваны уравнения (111.20)—(111.22).

При использовании уравнения (111.22) в алгоритме управления агрегатом производства карбамида, реализуемого с помощью УВМ, с достаточной для практических целей точностью можно принять, что количество С02 в РУАС низкого давления gcof0" равно количеству С02 ^согк'д\ содержащемуся в плаве синтеза

275

После дистилляции I ступени и определяемому при расчете мате­риального баланса агрегата. Величину /п можно оценить, исходя из количества NH3 в плаве синтеза после дистилляции I ступени, определяемого по указанной методике, с учетом степени размыка­ния рецикла аммиака в текущий момент времени, например, за счет приготовления товарной аммиачной воды. Значения tn и Рп измеряются в конденсаторе II ступени дистилляции обычным путем и вводятся в УВМ. После вычисления wn по уравнению (III.22) можно рассчитать количество остальных компонентов раствора УАС низкого давления 0/nh3c", Действительно,

„РУАС II „ пл. к. д і ЧСОг " 9СОг

„РУАС II „РУАС II? NH3 — М^СО,

„РУАС II „РУАС II

Чн„0 - wirtco,

Зная состав и количество РУАС низкого давления, легко вычислить количество и состав РУАС высокого давления, рецирку­лнруемого в колонну синтеза. Наличие сведений о рециркулируе­мом потоке позволяет решить задачу стабилизации L и W на входе в колонну синтеза.

Один из вариантов математической модели статики процесса вакуум-выпарки раствора карбамида изложен в работе 130].

Информация о хозрасчетных показателях, обрабатываемая УВМ, используется для расчета технико-экономических показа­телей (ТЭП) производства карбамида в целом, т. е. производитель­ности, расходных коэффициентов по основным видам сырья и энергии и себестоимости продукта (271.

Производительность цеха за час вычисляется по уравнению:

П = >+?р2кСр-к - + рР. к{vK-vgcp к - v кс; к (VIII. 17)

Где qK — количество сухого карбамида, поступающего на склад, по счетчикам весов; </р. к, Ср. к — количество раствора карбамида, поступающего на выпарку, и концентрация в нем карбамида, масс, доли, соответственно[25]; к, Ср. к — количество и концентрация раствора карбамида, поступающего из другого цеха; VK, VH — объем раствора карбамида в сборнике в конце и начале часа соответственно (вычисляются в зависимости от уровня). Расходный коэффициент по аммиаку Ка'

Kg= qa-(^K. a-^H. a)pNH,-ga (VIII.18)

Где qa — расход NH3 на цех; VK. a, V„. а — объем NH3 в сборнике в конце и начале часа; рмн3 — плотность NH3; — количество NH3, переходящее с газами в цех аммиачной селитры.

Расходный коэффициент по пару Кп:

ДС. Д „В

К " +--------------------------------------- 2------------ .--------------------------------- (VIII.19)

Г! п — (Кк — VH) рр кСр к -)- ?р кСр к

Где —количество пара, потребляемого в отделении синтез - дистилляции; qп — количество пара, потребляемого в отделении выпарки.

Расходный коэффициент по электроэнергии Кэ'- = (VI 11.20)

Где qs — расход электроэнергии на цех.

Расходный коэффициент по охлаждающей воде Кв-

*в = тг (VIII.21)

Где qB — расход охлаждающей воды на цех.

Итоговые количества сырья, энергии и выработки за смену, сутки и месяц определяются на основе усредненных часовых рас­ходов за соответствующие периоды времени.

По величинам расходных коэффициентов вычисляется себе­стоимость карбамида:

S0=Vs,/CЈ + So (VIII.22)

Где Кі — расходные коэффициенты; S, — стоимость единицы соответствующих затрат; S'0 — условно-постоянные расходы [удельные затраты, не учтенные расходными коэффициентами уравнений (VIII.18)—(VIII.21) ].

Для обеспечения заданной точности соответствия значений управляемых переменных и заданий регуляторам, выдаваемых УВМ в процессе управления технологическим режимом, осуще­ствляется коррекция управляющих воздействий 111 на величину At/,-, которая периодически уточняется. Первоначально приме­нялся способ статической коррекции кода задания регуляторам. Однако этот способ недостаточно эффективен и связан со сниже­нием быстродействия системы управления.

В связи с этим был разработан метод динамической коррекции задающего воздействия [31], т. е. способ коррекции кода задания по текущим значениям отклонения управляемого параметра в течение всего периода отработки задания в отличие от однократ­ной коррекции кода по статическому отклонению. Этот способ подробно изложен в статье [31 J. Математическое моделирование динамики контура управления на ЦВМ показало, что применение коррекции кода задания при оптимальных настройках регулято­ров и оптимальном выборе интервала дискретности управления

277

Приводит к повышению быстродействия системы управления. Кроме того, способ динамической коррекции задающих воздей­ствий УВМ позволяет повысить точность отработки управляющих воздействий. Следовательно, с учетом существенного снижения времени вывода управляемого процесса на оптимальный режим, он повышает эффективность системы управления.

В статье [31 ] проиллюстрирована динамика отработки задания УВМ по изменению температуры дистилляции I ступени от 154 до 158 °С при наличии коррекции кода и без нее на действующем объекте. Статическая ошибка реализации задания УВМ при наличии динамической коррекции равна нулю, а требуемое на отработку задания время составляет 5 мин. Без коррекции кода эти показатели составляют соответственно 1,5 °С и 16 мин.