Прохоренко Н.Н. Надежность технологических систем (1084929), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

При этом разумно пользоваться следующими правилами.

1. Чем уже разрешенный диапазон отклонения, тем меньше будет вероятность работоспособности его ХТС, тем, следовательно, хуже качество его разработки.

2. Чем больше число заданных параметров, тем меньше вероятность работоспособности, и опять-таки хуже качество создаваемой ХТС.

Например, в технологии производства керамзитового песка (наполнителя легких бетонов) технологи потребовали температуру в печи обжига 1000⁰С с разрешенным диапазоном 20⁰С, т.е. 2% от номинала. И это не каприз технолога, а проявление природных свойств сырья. При всех огромных усилиях научного плана сделать эту технологию высоко качественной не удалось: максимальная вероятность работоспособности получалась не более 0,65.

Другой пример. Студент делал магистрский диплом, исследуя работоспособность ХТС производства серной кислоты из серного колчедана. Анализируя технологический регламент на проектирование, он насчитал 29 заданных параметров, часть из них (температура катализатора в реакторах доокисления) имела узкие диапазоны отклонения. Вероятность работоспособности получилась равной 0,3%. Это значит, что из 1000 созданных в «железе» ХТС этого типа работоспособными будут КАКИЕ-ТО три установки. Качество разработки этой ХТС архинизкое, и жизнь подтвердила этот вывод: установка более не создается в металле, нет заказчиков - дураков.

3. Чем больше число заданных параметров, тем сложнее физико - химико - математическая модель разрабатываемой ХТС, тем труднее разработка алгоритма и программы расчета заданных параметров, а это тоже показатель низкой надежности ХТС.

4. Разработка математической модели.

Разработку математической модели разумно начинать с любого вида оборудования в составе ХТС, который имеет хотя бы один заданный параметр на процесс физико - химического превращения, или на процесс тепло - массообмена или гидродинамики, или из технических условий завода - изготовителя на этот вид оборудования (см. выше об источнике заданных параметров).

Математическая модель любого вида оборудования представляет из себя запись законов сохранения (и в этом и состоит естественно - научная строгость и объективность метода расчета оценки вероятности работоспособности ХТС). Чтобы математическая модель этого вида оборудования была замкнутой, приходится запись законов сохранения дополнять количественной информацией об интенсивностях процессов превращений и переноса (коэффициенты тепло - массоотдачи, коэффициенты гидродинамического сопротивления, коэффициенты диффузии и кинематической вязкости и т.д.).

Определение:

Математическая модель называется замкнутой, если число искомых функций (величин) равно числу уравнений в модели.

При разработке математической модели разумно пользоваться следующими правилами.

1. При рассмотрении конкретного вида оборудования ХТС все входные потоки и их параметры считаются известными величинами, хотя и записываются в буквенном виде. Искомыми величинами безусловно являются заданные параметры и выходные потоки с их характеристиками.

2. Все величины, представляющие из себя мировые константы, записываются в модель численно с размерностью в системе СИ. Например, R₀ = 8314 кдж / кмоль*К, g = 9,81 м / сек² и т.д. Все искомые и те величины, которые определены с некоторой точностью записываются буквенно.

Следует проявить особую осторожность с таким понятием как физико - химическая постоянная. На самом деле эта «постоянная» зависит от всего на свете и является обычной искомой функцией, требующей своего уравнения для поиска ее величины.

3. Запрещается обозначать одну и ту же величину разными буквенными символами. Запрещается для двух разных по природе величин применять одинаковый буквенный символ. Иначе никогда не решить проблему замкнутости модели.

Разумнее всего сделать отдельный лист для списка обозначений и заполнять его по мере появления какой-то новой величины. При записи в этот лист обозначений следует подробно словесно описать смысл обозначения и указать его размерность в системе СИ.

Выполнение этого правила по существу является подготовкой для проведения вычислительных работ на ЭВМ, и, главное, помогает студенту в достижении замкнутости модели.

4 После разработки математической модели любого вида оборудования следует дотошно просчитать все искомые величины и убедиться, что их сумма равна числу уравнений в модели. Это совершенно императивное требование в курсовой работе, так как совокупность всех частных замкнутых математических моделей составляет замкнутую математическую модель ВСЕЙ ХТС.

5. Если давление технологических потоков в каких-то местах технологической схемы ХТС является одной из искомых величин (или тем более - заданным параметром), то математическая модель всей ХТС замыкается гидравлической моделью ВСЕЙ ХТС. Так как монтажно - технологической схемы ХТС еще нет (это в будущем будут делать проектировщики), то длина, диаметр трубопроводов и газоходов, их повороты, сужения и внезапные расширения каналов еще не известны (а запорная и регулирующая арматура уже есть на технологической схеме). В такой ситуации приходится учитывать только гидравлику оборудования и реакторов, предусмотренных студентом в технологической схеме. Здесь же надо аппроксимировать характеристики насосов и вентиляторов, газодувок и дымососов в виде полинома с коэффициентами, которые имеют точность, определяемую в нормативной документации на указанные движители технологических потоков.

При разработке математической модели ХТС студент должен обратить внимание на следующие моменты.

1. Стремясь получить расчетный аппарат для определения величин заданных параметров, воочию видно, как лавиной увеличивается число других неизвестных величин. Это заставляет искать уравнения, позволяющие определить эти новые неизвестные величины. Практика исследования работоспособности промышленных ХТС показывает, что размерность математической модели (т.е. число искомых, неизвестных величин) на 2-а порядка больше числа заданных параметров.

2. Сами правила разработки математической модели ХТС вызваны системностью рассмотрения. Действительно, параметры выходных потоков из одного вида оборудования являются параметрами входных в соседнее оборудование согласно технологической схеме. Следовательно, возмущения в одном с усилением / ослаблением передаются в другой. Обратные связи, примененные разработчиком технологии во имя эффективности и экологической безопасности, передают возмущения ВСЕЙ ХТС снова на ее вход.

3. Наибольшую системность рассмотрения работоспособности ХТС имеет математическая модель гидравлики, здесь поневоле приходится рассматривать гидравлическое сопротивление целой совокупности аппаратов и реакторов, причем каждое из этих сопротивлений в свою очередь зависит от расходов потоков и их параметров состояния в каждом виде оборудования.

Прямым подтверждением этого вывода является тот факт, что пусковые бригады ХТС 90% времени и усилий тратят именно на гидравлику ХТС. Как только гидравлика отлажена, давления и расходы в установке стали близки к номинальным, так тепловые и массообменные процессы, химические превращения в ХТС начинают «работать» автоматически.

5. Расчет номинальных значений параметров технологических потоков,

габаритов нестандартного оборудования и выбор стандартного.

Подавляющее большинство студентов МИТХТ им. М.В. Ломоносова до сих пор делают эти расчеты по старинке, вручную, используя калькуляторы. В данном курсовом проекте, целью которого является получение величины вероятности работоспособности ХТС, разумно сразу разработать алгоритм и программу расчета указанных величин на ЭВМ. Дело в том, что большие куски и блоки этой программы будут использованы в дальнейшей работе. Исполнение этого пункта предполагает обычную рутинную счетную работу, в которой студент должен продемонстрировать навыки работы с персональным компьютером в режиме пользователя.

Закончить выполнение этого пункта необходимо таблицей параметров потоков в технологической схеме разрабатываемой ХТС. В целом этот этап разработки курсового проекта фиксируется графической работой на листе ватмана формата А, где изображается сама технологическая схема, символические контуры оборудования и пронумерованные технологические потоки из аппарата в аппарат.

В самом низу чертежа с технологической схемой левее штампа расположить таблицу параметров технологической установки в следующем виде.

Таблица параметров технологических потоков.

В эту таблицу заносятся те величины, которые рассчитал сам студент или литературные данные о процессе. Перечень наименований во втором столбце таблицы не строго определен, а зависит от разрабатываемой ХТС.

1. Установление множества внешних воздействий.

Все величины, входящие в математическую модель (см. п. 4), можно разделить на две группы, на два множества. К первой относятся искомые величины, в том числе и заданные параметры. Ко второй - все остальные. По существу это те величины, которые известны заранее, по постановке задачи, но известны с какой-то точностью, с каким-то разбросом около среднего, номинального, проектного значения. Вот они то и являются элементами множества внешних возмущений, воздействий на ХТС. Именно эта неточность, отклонение, этот разброс около неизвестного истинного значения величин второй группы и является возмущением ХТС, именно они заставляют заданные параметры ХТС выходить за разрешенный диапазон отклонения и приводить ХТС в состояние отказа.

Для всех ХТС множество внешних воздействий оказалось возможным разбить на три непересекающиеся группы.

1. Сырьевые и энергетические потоки на входе в ХТС.

На практике колеблются массовые потоки сырья, концентрации компонент в них, их влажность, дисперсный состав сырья. Здесь же может измениться давление греющего пара или его температуры, т.к. что-то случилось в котельной или в паровой сети завода, то переключили природный газ с Бухарского на Тюменский, то привезли не тот мазут для печей ХТС, то «прыгает» напряжение или частота тока в силовой электросети завода, то изменилась температура оборотной воды, идущая на охлаждение в каком-то процессе и т.д. Все это не выдумка, не запугивание бедного студента, а реалии бытия ХТС на химическом предприятии.

Характеристики

Список файлов книги