Введение к работе
Актуальность работы. Одним из основных направлений развития химической промышленности является интенсификация действующих производств за счёт перевода параметров технологического процесса на критические значения. В связи со сложностью и потенциальной опасностью производств, в состав которых входят экзотермические химические реакторы, актуальна задача разработки и совершенствования существующих алгоритмов управления.
Химические реакторы непрерывного действия, в которых протекают экзотермические реакции, входят в состав таких производств, как полимеризация этилена, стирола, винилхлорида, производство аммиака и др. Процесс полимеризации этилена под высоким давлением осуществляют или в трубчатом, или в автоклавном реакторе. Сложные условия протекания реакции предъявляют особые требования к аппаратурному оформлению и системе управления процессом. Пуск и останов химического реактора представляют собой пошаговую реализацию установленной последовательности операций, выполнение которых требует высокой квалификации оператора-технолога.
Особенностью пусковых режимов автоклавных реакторов полимеризации этилена под высоким давлением является возможная потеря устойчивости, приводящая к резкому разогреву смеси в аппарате и даже её взрыву с последующим выбросом продуктов реакции в атмосферу. Кроме этого реактор, являясь одним из основных аппаратов химико-технологической установки, оказывает влияние на связанное с ним технологическое оборудование, и наоборот.
Ранее были предложены (Б.В.Вольтер, А.Э.Софиев и др.) различные подходы к построению систем управления пусковыми режимами полимери-зационных реакторов. Однако задача разработки алгоритмов управления переходными режимами реакторов остается актуальной в виду сложности процесса полимеризации и предрасположенности к возникновению аварийных ситуаций, что отрицательно сказывается на качестве получаемого продукта, на сроках службы реакторного оборудования и на состоянии окружающей среды.
Поэтому в состав системы управления технологическим процессом не- / обходимо включение алгоритмов контроля и управления пусковыми режи- і мами химических реакторов, что снижает риск возникновения аварийных ч-ситуаций в процессе эксплуатации данного оборудования, а также позволяет^ контролировать действия оператора во время проведения пуска реактора.
Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов управления пусковыми режимами автоклавных реакторов в производстве полиэтилена высокого давления, обеспечивающих уменьшение аварийных остановов процесса за счет автоматизации пусковых операций реактора с учетом устойчивости процесса.
В соответствии с данной целью были поставлены и решены следующие задачи:
-
Разработка комплекса алгоритмов управления пуском автоклавного реактора полимеризации этилена на основе математической модели.
-
Разработка методики контроля устойчивости реактора в пусковых режимах.
-
Выбор геометрических размеров полимеризационного реактора.
-
Разработка рекомендаций по построению системы управления пуском автоклавного реактора полимеризации этилена.
Методы исследования. Для решения поставленных задач были использованы методы математического моделирования и идентификации моделей, элементы теории чувствительности, методы теории катастроф, методы исследования устойчивости и экспериментальные исследования с использованием вычислительного эксперимента.
Достоверность результатов работы подтверждает сопоставление расчётных и экспериментальных данных.
На защиту выносится:
-
Методика исследования устойчивости пусковых режимов полимеризационного реактора.
-
Алгоритм пуска автоклавного реактора в производстве полиэтилена высокого давления.
-
Проектирование реактора полимеризации этилена с учётом ограничений по устойчивости.
-
Построение системы управления пусковыми режимами автоклавного реактора на основе разработанного алгоритма.
Научная новизна заключается в следующем:
1. Предложена методика оценки устойчивости состояний реактора полиме-
- ризации этилена в пусковых режимах.
2. Разработан алгоритм пуска полимеризационного реактора в производстве
полиэтилена высокого давления и приведены рекомендации для предот
вращения потери устойчивости реактором.
3. Предложенный подход к построению систем управления пусковыми режимами реактора полимеризации этилена на основе анализа устойчивости применим к другим объектам из класса экзотермических химических реакторов непрерывного действия.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
На основе анализа устойчивости разработан способ управления поли-меризационным реактором и решена задача проектирования экзотермического химического реактора. Результаты работы применимы при освоении производств с подобным технологическим оборудованием, а также внедрены в учебный процесс и используются при проведении практических занятий и выполнении курсовых и дипломных проектов в МГУИЭ.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на V Межд. конф.-выставке «Промышленные АСУ и контроллеры 2010: от А до Я» (Москва, 2010 г.), X Всерос. выставке н.-т. творчества молодежи НТТМ-2010 (ВВЦ, 29 июня - 2 июля 2010 г.), н. конф. студентов и молодых ученых МГУИЭ (Москва, 2008 г., 2010 г., 2011 г.).
Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них 3 - в журналах, рекомендованных ВАК, и подана заявка на получение патента.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа включает в себя введение, четыре главы, заключение, список литературы и приложения. Объём работы составляет 123 страницы машинописного текста, в том числе 43 рисунка, 3 таблицы. Список литературы включает в себя ПО наименований.
