Алгоритмічне забезпечення оптимізації температурного режиму випарника абсорбційно-холодильних установок виробництва аміаку

We analyzed evaporators at absorption-refrigeration plants in a secondary condensation unit of ammonia production as control objects. Coordinates of the vectors of state, control and external perturbations were determined. The necessity of solving the problem on minimizing the cooling temperature of a circulating gas at evaporators in order to improve the energy efficiency of production was substantiated. Based on the analysis of industrial hardware-technological implementation of units for primary and secondary condensation, we elucidated features of operating conditions of evaporators, which predetermine the parametric uncertainty in the functioning of control objects. The main one among these uncertainties is associated with the control action related to the consumption of reflux. By using the method of mathematical modeling, based on the developed algorithm, we defined patterns of control action related to the consumption of reflux on the efficiency of heat exchange processes at evaporators in the absorption refrigeration units. We have established the extreme character of dependence of the heat flow (cooling capacity) and the temperature of cooling a circulating gas on the consumption of reflux. Maximum cooling capacity, and therefore the minimum temperature of cooling a circulating gas at a certain temperature head, are predetermined by the achievement of a critical regime of the bubbling boiling of a refrigerant. A further increase in the temperature head with an increase in the consumption of reflux contributes to the establishment of the transitional regime and reduces effectiveness of the heat exchange surface. We determined indicators of energy efficiency for ammonia production, namely, natural gas consumption under conditions of change in the control action related to the consumption of reflux and values of coordinates for the perturbation vector. The developed algorithmic tools make it possible to carry out the task on minimizing the cooling temperature of a circulating gas using a gradient-free technique of the step type applying the methods for a one-dimensional search for an extremum. It is shown that minimizing the cooling temperature of a circulating gas could reduce annual natural gas consumption by 500 thousand nm3 on average.Проведен анализ как объектов управления испарителей абсорбционно-холодильных установок блока вторичной конденсации производства аммиака. Определены координаты векторов состояния, управления и внешних возмущений. Обоснована необходимость решения задачи минимизации температуры охлаждения циркуляционного газа в испарителях для повышения энергоэффективности производства. По результатам анализа промышленного аппаратурно-технологического оформления блоков первичной и вторичной конденсации выяснены особенности условий работы испарителей, обусловливающие параметрическую неопределенность в функционировании объектов управления. Основная из таких неопределенностей связана с управляющим действием расхода флегмы. Методом математического моделирования по разработанному алгоритму определены закономерности управляющего воздействия расхода флегмы на эффективность процессов теплообмена в испарителях абсорбционно-холодильных установок. Установлено экстремальный характер зависимости теплового потока (хладопроизводительности) и температуры охлаждения циркуляционного газа от расхода флегмы. Максимальная хладопроизводительность, а значит и минимальная температура охлаждения циркуляционного газа при определенном температурном напоре обусловлены достижением критического режима пузырькового кипения хладагента. Дальнейшее увеличение температурного напора с повышением расхода флегмы способствует установлению переходного режима и снижению эффективности поверхности теплообмена. Определены показатели энергоэффективности производства аммиака, а именно расхода природного газа в условиях изменения управляющего воздействия расхода флегмы и значений координат вектора возмущений. Разработанное алгоритмическое обеспечение позволяет осуществить решение задачи минимизации температуры охлаждения циркуляционного газа безградиентным способом шагового типа с использованием методов одномерного поиска экстремума. Показано, что за счет минимизации температуры охлаждения циркуляционного газа годовой расход природного газа может быть снижена в среднем на 500 тыс.нм3Проведено аналіз випарників абсорбційно-холодильних установок блоку вторинної конденсації виробництва аміаку як об’єктів керування. Визначені координати векторів стану, керування та зовнішніх збурень. Обґрунтована необхідність розв’язання задачі мінімізації температури охолодження циркуляційного газу у випарниках для підвищення енергоефективності виробництва. За результатами аналізу промислового апаратурно-технологічного оформлення блоків первинної і вторинної конденсації з’ясовані особливості умов роботи випарників, що зумовлюють параметричну невизначеність у функціонуванні об’єктів керування. Основна з таких невизначеностей пов’язана з керуючою дією витрати флегми.Методом математичного моделювання за розробленим алгоритмом визначені закономірності керуючої дії витрати флегми на ефективність процесів теплообміну у випарниках абсорбційно-холодильних установок. Встановлено екстремальний характер залежності теплового потоку (холодопродуктивності) та температури охолодження циркуляційного газу від витрати флегми. Максимальна холодопродуктивність, а отже і мінімальна температура охолодження циркуляційного газу за певного температурного напору, обумовлені досягненням критичного режиму бульбашкового кипіння холодоагенту. Подальше збільшення температурного напору з підвищенням витрати флегми сприяє встановленню перехідного режиму і зниженню ефективності поверхні теплообміну. Визначені показники енергоефективності виробництва аміаку, а саме витрати природного газу в умовах зміни керуючої дії витрати флегми та значень координат вектора збурень. Розроблене алгоритмічне забезпечення дозволяє здійснити розв’язання задачі мінімізації температури охолодження циркуляційного газу безградієнтним способом крокового типу з використанням методів одномірного пошуку екстремуму. Показано, що за рахунок мінімізації температури охолодження циркуляційного газу річна витрата природного газу може бути знижена в середньому на 500 тис. нм

Формування бази даних ідентифікатора комп'ютерної системи керування відділення синтезу виробництва аміаку

The object of research is the control system of the synthesis department of the large-tonnage ammonia production unit of the AM-1360 series. An analysis of the functioning conditions of the synthesis department was carried out. The significant influence of the content of inerts in the synthesis cycle on the energy efficiency of ammonia production is shown, the optimal value of which depends both on the accepted level of prices for energy carriers and on the method of using purge gases. The need to create a computer-integrated control technology to optimize the use of purge gases is established. The function of the identifier of such a control technology is defined, namely, continuous refinement based on current information about the state of the main sections of the synthesis department, such as the synthesis column, primary and secondary condensation. The operation of these stations takes place in the conditions of seasonal and daily changes in the heat load, which causes parametric uncertainty of such parameters of the connection of the mathematical model as the concentration of ammonia in the circulating gas at the outlet of the stations listed above. Numerical assessment of these uncertainties according to the results of analytical studies for such technological objects is most often performed using stochastic approximation methods. Let’s note that the significant inertia of the objects of the synthesis department under certain conditions makes it impossible to adapt the parameter to its actual value. An algorithmic base has been created for the formation of an information array of the identifier of the computer-integrated control technology of the ammonia synthesis department, which ensures the separation of transient modes under conditions of uncertainty and allows to perform the task of identifying processes in the synthesis column, in the primary and secondary condensation units. The proposed algorithm allows to perform convergence in the department both on the general and on the component material balances. The algorithm is implemented in the MatLab application program package and tested by means of simulation based on experimental data of industrial operation of AM-1360 series ammonia synthesis units.Об’єктом досліджень є система керування відділення синтезу великотоннажного агрегату виробництва аміаку серії АМ-1360. Проведено аналіз умов функціонування відділення синтезу. Показано суттєвий вплив вмісту інертів у циклі синтезу на енергоефективність виробництва аміаку, оптимальна величина якого залежить як від прийнятого рівня цін на енергоносії, так і від способу використання продувних газів. Встановлена необхідність створення комп'ютерного-інтегрованої технології керування для оптимізації використання продувних газів. Визначена функція ідентифікатора такої технології керування, а саме безперервне уточнення за поточною інформацією про стан основних дільниць відділення синтезу, таких як колона синтезу, первинна та вторинна конденсація. Робота цих дільниць відбувається в умовах сезонних та добових змін теплового навантаження, що зумовлює параметричну невизначеність таких параметрів зв'язку математичної моделі, як концентрації аміаку у циркуляційному газі на виході перелічених вище дільниць. Чисельна оцінка цих невизначеностей згідно результатів отриманих аналітичних досліджень для таких технологічних об'єктів найчастіше виконується із застосуванням методів стохастичної апроксимації. Зазначимо, що суттєва інерційність об'єктів відділення синтезу за певних умов унеможливлює адаптацію параметра до його дійсного значення. Створена алгоритмічна база для формування інформаційного масиву ідентифікатора комп'ютерно-інтегрованої технології керування відділення синтезу аміаку, яка забезпечує відокремлення перехідних режимів в умовах невизначеностей та дозволяє виконати задачу ідентифікації процесів у колоні синтезу, в блоках первинної та вторинної конденсації. Запропонований алгоритм дозволяє виконати збіжність у відділені як по загальному, так і по компонентному матеріальним балансам. Алгоритм реалізовано в пакеті прикладних програм MatLab і апробовано шляхом імітаційного моделювання за експериментальних даних промислової експлуатації агрегатів синтезу аміаку серії АМ-1360

Системний аналіз блоку вторинної конденсації в контексті підвищення енергоефективності виробництва аміаку

We established the mismatch between real and design coefficients of heat transfer, which is predetermined by the underestimation of condensation thermal resistance. The processes of heat exchange in a condensation column are identified and the equations for determining the coefficients of heat exchange, heat transfer and the concentration of ammonia in the circulation gas at the outlet of the column are derived. By applying the method of mathematical modeling, we defined necessary conditions for temperature distribution to exclude from the circuit of the unit for synthesis a turbo-compressor refrigeration unit with electric drive of capacity up to 4000 kW·h and reduction in the cooling temperature of circulation gas from 0 °C to – 5 °C at maximum thermal load with circulation gas on the complex of secondary condensation.The hardware-technological design is developed for the stage of secondary condensation based only on the absorption and steam-ejector refrigeration systems that utilize the heat of material flows of low (above 100 °C) and super-low (to 90 °C) potentials. We defined efficiency indicators for the reduction of specific energy consumption by electricity and natural gas, which are 60 kW·h/t NH3 and 1.2 m3/t NH3.Приведены результаты исследований по эффективности процессов теплообмена комплекса вторичной конденсации типового для Украины агрегата синтеза аммиака. Выполнена идентификация процессов теплообмена конденсационной колонны. Методом математического моделирования осуществлен синтез энергоэффективного технологического оформления стадии вторичной конденсации с применением только теплоиспользующих холодильных систем. Предложенная технология обеспечивает снижение потребления электроэнергии и природного газа соответственно на 60 кВт·ч/т NH3 и 1,2 м3/т NH3Наведені результати досліджень по ефективності процесів теплообміну технологічного комплексу вторинної конденсації типового для України агрегату синтезу аміаку. Виконана ідентифікація процесів теплообміну конденсаційної колони. Методом математичного моделювання здійснено синтез енергоефективного технологічного оформлення стадії вторинної конденсації із застосуванням лише тепловикористовуючих холодильних систем. Запропонована технологія забезпечує зниження споживання електроенергії і природного газу відповідно на 60 кВт·год/т NH3 і 1,2 м3/ т NH

Assessment of the forecast of the operating mode of the complex of ammonia secondary condensation production in uncertainty conditions

The article describes the analysis of conditions of secondary condensation complex functioning. There, the software algorithm for estimating the forecasts of functioning mode is developed, which makes it possible to prepare the complex operator in conditions of existing uncertainty for making decisions in supervisor control mode

Ідентифікація процесу теплообміну випарників абсорбційно-холодильних установок за умов невизначеності

Analysis of the evaporator of the absorption refrigerating secondary condensation unit of ammonia production was performed. The need to minimize the temperature mode of operation of the evaporator, which provides for energy efficiency in ammonia production by decreasing natural gas consumption was substantiated. Statistical processing of experimental data with assessment of the quality of obtained information was performed. Identification of the heat exchange process of the evaporator was performed and the equation for numerical evaluation of uncertainty of coefficients of thermal efficiency, heat transfer and condensation thermal resistance was obtained. According to the results of statistical modeling of the primary condensation unit, the equation for numerical evaluation of uncertainty of ammonia concentration in circulating gas at the evaporator inlet. The authors proved the possibility of its application for identification and mathematical modeling of heat exchange process at existing relationship of ammonia concentration in the circulating gas at the evaporator inlet and condensation thermal resistance. Algorithmic support of numerical evaluation of uncertainties and calculation of target indicators of the evaporator’s efficiency was created. The technical structure of the automated system for identification and timely obtaining of the mathematical model of the evaporator, which is adapted to the existing information system of the industrial ammonia synthesis unit, was developed.Проведен анализ функционирования испарителей абсорбционно-холодильных установок блока вторичной конденсации типового для Украины агрегата синтеза аммиака. Обоснована необходимость минимизации температуры вторичной конденсации за счет создания автоматизированной адаптивной системы оптимального программного управления. Установлены уравнения для численной оценки неопределенности тепловой нагрузки испарителя и коэффициента теплопередачи. Разработано алгоритмическое обеспечение для решения задач идентификации и создания математической модели. Определена техническая структура автоматизированной системы для их реализацииПроведено аналіз функціонування випарників абсорбційно-холодильних установок блоку вторинної конденсації типового для України агрегату синтезу аміаку. Обґрунтована необхідність мінімізації температури вторинної конденсації за рахунок створення автоматизованої адаптивної системи оптимального програмного управління. Встановлені рівняння для чисельної оцінки невизначеності теплового навантаження випарника та коефіцієнту теплопередачі. Розроблено алгоритмічне забезпечення щодо розв’язання задач ідентифікації та створення математичної моделі. Визначена технічна структура автоматизованої системи реалізаці

Алгоритмічне забезпечення оптимізації температурного режиму випарника абсорбційно-холодильних установок виробництва аміаку

We analyzed evaporators at absorption-refrigeration plants in a secondary condensation unit of ammonia production as control objects. Coordinates of the vectors of state, control and external perturbations were determined. The necessity of solving the problem on minimizing the cooling temperature of a circulating gas at evaporators in order to improve the energy efficiency of production was substantiated. Based on the analysis of industrial hardware-technological implementation of units for primary and secondary condensation, we elucidated features of operating conditions of evaporators, which predetermine the parametric uncertainty in the functioning of control objects. The main one among these uncertainties is associated with the control action related to the consumption of reflux. By using the method of mathematical modeling, based on the developed algorithm, we defined patterns of control action related to the consumption of reflux on the efficiency of heat exchange processes at evaporators in the absorption refrigeration units. We have established the extreme character of dependence of the heat flow (cooling capacity) and the temperature of cooling a circulating gas on the consumption of reflux. Maximum cooling capacity, and therefore the minimum temperature of cooling a circulating gas at a certain temperature head, are predetermined by the achievement of a critical regime of the bubbling boiling of a refrigerant. A further increase in the temperature head with an increase in the consumption of reflux contributes to the establishment of the transitional regime and reduces effectiveness of the heat exchange surface. We determined indicators of energy efficiency for ammonia production, namely, natural gas consumption under conditions of change in the control action related to the consumption of reflux and values of coordinates for the perturbation vector. The developed algorithmic tools make it possible to carry out the task on minimizing the cooling temperature of a circulating gas using a gradient-free technique of the step type applying the methods for a one-dimensional search for an extremum. It is shown that minimizing the cooling temperature of a circulating gas could reduce annual natural gas consumption by 500 thousand nm3 on average.Проведен анализ как объектов управления испарителей абсорбционно-холодильных установок блока вторичной конденсации производства аммиака. Определены координаты векторов состояния, управления и внешних возмущений. Обоснована необходимость решения задачи минимизации температуры охлаждения циркуляционного газа в испарителях для повышения энергоэффективности производства. По результатам анализа промышленного аппаратурно-технологического оформления блоков первичной и вторичной конденсации выяснены особенности условий работы испарителей, обусловливающие параметрическую неопределенность в функционировании объектов управления. Основная из таких неопределенностей связана с управляющим действием расхода флегмы. Методом математического моделирования по разработанному алгоритму определены закономерности управляющего воздействия расхода флегмы на эффективность процессов теплообмена в испарителях абсорбционно-холодильных установок. Установлено экстремальный характер зависимости теплового потока (хладопроизводительности) и температуры охлаждения циркуляционного газа от расхода флегмы. Максимальная хладопроизводительность, а значит и минимальная температура охлаждения циркуляционного газа при определенном температурном напоре обусловлены достижением критического режима пузырькового кипения хладагента. Дальнейшее увеличение температурного напора с повышением расхода флегмы способствует установлению переходного режима и снижению эффективности поверхности теплообмена. Определены показатели энергоэффективности производства аммиака, а именно расхода природного газа в условиях изменения управляющего воздействия расхода флегмы и значений координат вектора возмущений. Разработанное алгоритмическое обеспечение позволяет осуществить решение задачи минимизации температуры охлаждения циркуляционного газа безградиентным способом шагового типа с использованием методов одномерного поиска экстремума. Показано, что за счет минимизации температуры охлаждения циркуляционного газа годовой расход природного газа может быть снижена в среднем на 500 тыс.нм3Проведено аналіз випарників абсорбційно-холодильних установок блоку вторинної конденсації виробництва аміаку як об’єктів керування. Визначені координати векторів стану, керування та зовнішніх збурень. Обґрунтована необхідність розв’язання задачі мінімізації температури охолодження циркуляційного газу у випарниках для підвищення енергоефективності виробництва. За результатами аналізу промислового апаратурно-технологічного оформлення блоків первинної і вторинної конденсації з’ясовані особливості умов роботи випарників, що зумовлюють параметричну невизначеність у функціонуванні об’єктів керування. Основна з таких невизначеностей пов’язана з керуючою дією витрати флегми.Методом математичного моделювання за розробленим алгоритмом визначені закономірності керуючої дії витрати флегми на ефективність процесів теплообміну у випарниках абсорбційно-холодильних установок. Встановлено екстремальний характер залежності теплового потоку (холодопродуктивності) та температури охолодження циркуляційного газу від витрати флегми. Максимальна холодопродуктивність, а отже і мінімальна температура охолодження циркуляційного газу за певного температурного напору, обумовлені досягненням критичного режиму бульбашкового кипіння холодоагенту. Подальше збільшення температурного напору з підвищенням витрати флегми сприяє встановленню перехідного режиму і зниженню ефективності поверхні теплообміну. Визначені показники енергоефективності виробництва аміаку, а саме витрати природного газу в умовах зміни керуючої дії витрати флегми та значень координат вектора збурень. Розроблене алгоритмічне забезпечення дозволяє здійснити розв’язання задачі мінімізації температури охолодження циркуляційного газу безградієнтним способом крокового типу з використанням методів одномірного пошуку екстремуму. Показано, що за рахунок мінімізації температури охолодження циркуляційного газу річна витрата природного газу може бути знижена в середньому на 500 тис. нм

Розробка апаратно-програмного забезпечення комп'ютерно-інтегрованої технології комплексу вторинної конденсації виробництва аміаку

The object of research is the technological complex of secondary condensation (TCSC) and the control system of a typical ammonia synthesis unit of the AM-1360 series. The analysis of the conditions of its functioning and hardware and technological design was carried out. The coordinates of the control vector are determined. The features of the proposed functional diagram and the necessary algorithmic software for the computer-integrated control technology of the TCSC with a correction subsystem for decision-making under uncertainty are established. The implementation of the proposed solutions is complicated by the use of the information and control complex TDC-300 (USA) with closed-type software installed on the existing ammonia synthesis units. The need for such a control complex to implement a decision-making subsystem under conditions of uncertainty is shown to supplement the existing control system with hardware and software of an «open» type. A computer-integrated TCSC technology based on a three-level hierarchical structure has been created. The implementation of the zero and first levels of such a structure form single software and hardware complex consisting of a programmable logic controller and an automated operator's workplace based on an industrial computer with installed software. A software implementation of decision-making on the correction of the coordinates of the control vector by additional hardware and software based on the VIPA logic controller and the Zenon SCADA system was made. A scheme of network information flows has been implemented, which illustrates the functioning of the decision-making correction subsystem in the general structure of the TCSC computer-integrated control technology. Implementation of the developed system allows, under the existing uncertainties, to reduce the secondary condensation temperature by an average of 3 °C, which ensures an annual reduction in natural gas consumption by 1 million nm3. The proposed approach to the possibility of combining «open» and «closed» type hardware and software can be applied in other industries.Об’єктом дослідження є технологічний комплекс вторинної конденсації (ТКВК) та його система керування типового агрегату синтезу аміаку серії АМ-1360. Проведено аналіз умов його функціонування та апаратурно-технологічного оформлення. Визначені координати вектору керування. Встановлені особливості запропонованої функціональної схеми та необхідного алгоритмічно-програмного забезпечення комп’ютерно-інтегрованої технології керування ТКВК з підсистемою корекції для прийняття рішень в умовах невизначеності. Впровадження запропонованих рішень ускладняється застосуванням на діючих агрегатах синтезу аміаку інформаційно-керуючого комплексу TDC-300 (США) зі встановленим програмним забезпеченням «закритого» типу. Показана необхідність для такого керуючого комплексу з метою реалізації підсистеми прийняття рішень в умовах невизначеності доповнення існуючої системи керування апаратурно-програмними засобами «відкритого» типу. Створена комп’ютерно-інтегрована технологія ТКВК на базі трирівневої ієрархічної структури. Реалізація нульового та першого рівня такої структури утворюють єдиний програмно-технічний комплекс у складі програмованого логічного контролера та автоматизованого робочого місця оператора-технолога на базі промислового комп’ютера зі встановленим програмним забезпеченням. Здійснена програмна реалізація прийняття рішень щодо корекції координат вектору керування додатковим апаратно-програмним забезпеченням на базі логічного контролера VIPA та SCADA-системи Zenon. Реалізована схема мережних інформаційних потоків, яка наочно ілюструє функціонування підсистеми корекції прийняття рішень у загальній структурі комп’ютерно-інтегрованої технології керування ТКВК. Впровадження розробленої системи дозволяє в умовах існуючих невизначеностей знизити температуру вторинної конденсації в середньому на 3 °C, що забезпечує річне зниження споживання природного газу на 1 млн. нм3. Запропонований підхід щодо можливості поєднання апаратно-програмних засобів «відкритого» та «закритого» типу може бути застосованим і в інших виробництвах

Розробка інтелектуальної системи керування технологічним комплексом вторинної конденсації виробництва аміаку

This paper has analyzed the functioning conditions for the technological system of secondary condensation (TSSC) in a typical ammonia synthesis unit of the AM-1360 series with the use of a system-control approach. The coordinates of control vectors and external disturbances have been determined. An algorithm has been developed for predicting the coordinates of the control vector for the subsystem of decision support under the conditions of external disturbances for such a complex inertial object with high metal consumption as TSSC. The method of mathematical modeling was used to determine, based on the developed algorithm, the patterns and quantitative dependences of the influence of external disturbances such as the temperature of primary condensation and the flow rate of circulation gas on the efficiency of TSSC heat exchange processes. The regularity of increase in the heat flows and coordinates of control vector with an increase in the temperature of primary condensation has been established. The parametric sensitivity of the coordinates of the control vector under the conditions of change in the temperature of the primary condensation has been determined, which, compared with the circulation gas flow rate, exceeds it by more than six times. The executed software implementation of the algorithm employing the MATLAB programming environment makes it possible, owing to the embedded client part (ORC client), free software access to the current data on the technological process. The functional structure of computer-integrated TSSC technology with the proposed correction subsystem under a supervisory control mode has been designed. Correction solutions involving the additional hardware and software based on the programmable logic controller VIPA and SCADA-system Zenon have been practically implemented. The implementation of the developed system ensures the stabilization of the secondary condensation temperature at the regulatory level of −5 °C, which reduces the consumption of natural gas by almost 1 million nm3 per year.Проведен анализ условий функционирования технологического комплекса вторичной конденсации (ТКВК) типового агрегата синтеза аммиака серии АМ-1360 с применением системно-управляющего подхода. Определены координаты векторов управления и внешних возмущений. Разработан алгоритм прогнозирования координат вектора управления для подсистемы поддержки принятия решений в условиях действия внешних возмущений для столь сложного инерционного объекта с большой металлоемкостью как ТКВК. Методом математического моделирования по разработанному алгоритму определены закономерности и количественные зависимости воздействия внешних возмущений, таких как температура первичной конденсации и расход циркуляционного газа на эффективность процессов теплообмена ТКВК. Установлена закономерность увеличения тепловых потоков и координат вектора управления с повышением температуры первичной конденсации. Определена параметрическая чувствительность координат вектора управления в условиях изменения температуры первичной конденсации, которая по сравнению с расходом циркуляционного газа превышает ее более чем в шесть раз. Выполненная программная реализация алгоритма с применением среды MATLAB обеспечивает благодаря встроенной в него клиентской части (ОРС-клиент) свободный программный доступ к текущим данным технологического процесса. Разработана функциональная структура компьютерно-интегрированной технологии ТКВК с предложенной подсистемой коррекции в режиме супервизорного управления. Проведена практическая реализация решений по коррекции дополнительным аппаратно-программным обеспечением на базе программируемого логического контроллера VIPA и SCADA-системы Zenon. Внедрение разработанной системы обеспечивает стабилизацию температуры вторичной конденсации на регламентном уровне –5 °С, что позволяет снизить потребление природного газа почти на 1 млн. нм3 в годПроведено аналіз умов функціонування технологічного комплексу вторинної конденсації (ТКВК) типового агрегату синтезу аміаку серії АМ-1360 із застосуванням системно-керувального підходу. Визначені координати векторів керування та зовнішніх збурень. Розроблено алгоритм прогнозування координат вектора керування для підсистеми підтримки прийняття рішень в умовах дії зовнішніх збурень для такого складного інерційного об’єкта з великою металоємністю як ТКВК. Методом математичного моделювання за розробленим алгоритмом визначені закономірності та кількісні залежності впливу зовнішніх збурень, таких як температура первинної конденсації та витрата циркуляційного газу на ефективність процесів теплообміну ТКВК. Встановлена закономірність збільшення теплових потоків та координат вектора керування з підвищенням температури первинної конденсації. Визначена параметрична чутливість координат вектора керувань в умовах зміни температури первинної конденсації, яка у порівнянні із витратою циркуляційного газу перевищує її більш ніж у шість разів. Виконана програмна реалізація алгоритму із застосуванням середовища MATLAB забезпечує завдяки вбудованій в нього клієнтської частини (ОРС-клієнт) вільний програмний доступ до поточних даних технологічного процесу. Розроблено функціональну структуру комп’ютерно-інтегрованої технології ТКВК із запропонованою підсистемою корекції в режимі супервізорного керування. Здійснена практична реалізація рішень щодо корекції додатковим апаратно-програмним забезпеченням на базі програмованого логічного контролера VIPA та SCADA-системи Zenon. Впровадження розробленої системи забезпечує стабілізацію температури вторинної конденсації на регламентному рівні –5 °С, що дозволяє знизити споживання природного газу майже на 1 млн.нм3 на рі

Розробка енергоефективного апаратурно-технологічного оформлення абсорбційно-холодильних установок виробництв аміаку

The object of research is the equipment and technological design of absorption refrigeration units (ARUs) for the technological system of secondary condensation of large-scale ammonia production. Improving the energy efficiency of ARU is an urgent problem in the general process of reducing operating costs for natural gas in these industries as a whole. Based on the results of analytical studies, the feasibility of combining absorption-refrigeration and vapor-ejector cycles was substantiated, which ensures a decrease in the boiling temperature of a weak water-ammonia solution in the cube of the generator-rectifier and an increase in the condensation pressure in the ARU cycle. Under such circumstances, it becomes possible to increase the concentration of the refrigerant due to the rectification of steam with a part of the liquid refrigerant without using a pump with the removal of the dephlegmator from the ARU circuit. Experimental studies and material-thermal calculations of ARU cycles were carried out to determine the basis of comparison and the proposed version of the ARU scheme. It has been proven that the new technological design of ARU provides an increase in cooling capacity from 3.22 MW to 3.6 MW (by 12 %), the thermal coefficient from 0.527 to 0.551 (by 4.6 %), a decrease in the circulation ratio from 7.77 to 7.1 (by 8 %), and a decrease in the secondary condensation temperature by 2.5 ℃. It is shown that for the proposed version of the technological design of ARU, there is a change in specific costs – an increase in electricity by 1.48 kWh/t NH3 and a decrease in natural gas by 0.41 nm3/t NH3. Taking into account existing cost indicators for natural gas and electricity, the application of the proposed technology ensures a decrease in annual operating costs by UAH 7 million (USD 185,000), and therefore an increase in the economy of ammonia production as a wholeОб’єктом досліджень є апаратурно-технологічне оформлення абсорбційно-холодильних установок (АХУ) технологічного комплексу вторинної конденсації великотоннажних виробництв аміаку. Підвищення енергоефективності АХУ становить актуальну проблему у загальному процесі зниження експлуатаційних витрат по природному газу цих виробництв в цілому. За результатами аналітичних досліджень обґрунтована доцільність поєднання абсорбційно-холодильного та пароежекторного циклів, що забезпечує зниження температури кипіння слабкого водоаміачного розчину в кубі генератора-ректифікатора та підвищення тиску конденсації в циклі АХУ. За таких обставин з'являється можливість збільшення концентрації холодоагенту за рахунок ректифікації пари частиною рідкого холодоагенту без застосування насосу із вилученням зі схеми АХУ дефлегматора. Проведено експериментальні дослідження та матеріально-теплові розрахунки циклів АХУ з визначенням бази порівняння та запропонованого варіанту схеми АХУ. Доведено, що нове технологічне оформлення АХУ забезпечує збільшення холодопродуктивності з 3,22 МВт до 3,6 МВт (на 12 %), теплового коефіцієнту з 0,527 до 0,551 (на 4,6 %), зниження кратності циркуляції з 7,77 до 7,1 (на 8 %) та зниження температури вторинної конденсації на 2,5 ℃. Показано, що для запропонованого варіанту технологічного оформлення АХУ спостерігається зміна питомих витрат – збільшення по електроенергії на 1,48 кВтгод/т NH3 та зниження по природному газу на 0,41 нм3/т.NH3. Враховуючи існуючі вартісні показники по природному газу і електроенергії застосування запропонованої технології забезпечує зниження річних експлуатаційних витрат на 7 млн грн.($185000), а отже і підвищення економічності виробництва аміаку в цілом