Мұнайға серік газдарды утилизациялау кезіндегі ГТҚ - ның өртеу камерасындағы үрдісті басқару жүйесін құру
Мазмұны
Кіріспе
1 Технологиялық
бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...7
1.1 Газды утилизациялау зауытының
қызметі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
1.2 Газды турбиналық қондырғының (ГТҚ)
циклдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... .7
1.3 Газды турбиналық қондырғының (ГТҚ) жұмыс істеу принципі ... ... ...10
1.4 Өртеу камерасының жұмыс істеу принципі мен
құрылымы ... ... ... ... .12
1.5 Мұнайға серік газдардың химиялық
құрамы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... .16
2 Мұнайға серік газдарды утилизациялау кезіндегі ГТҚ-ның өртеу
камерасындағы үрдісті басқару жүйесін
құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .18
2.1 Басқару нышаны ретінде қарастырылатын технологиялық үрдістің
сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
2.2 ГТҚ-ның өртеу камерасындағы үрдісті басқару құрылымын құру. Жобалау
және зерттеу тапсырмасын
анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
2.3 ГТҚ-ның өртеу камерасындағы үрдістің математикалық аппаратын құру.
Программа құраушысының
сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 22
2.4 ГТҚ-ның өртеу камерасындағы үрдісті басқарудың зиятты ішкі жүйесін
құру. Адаптивті анық емес реттегіштің ұйымдастыру
қағидасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
2.4.1 Тапсырманың мазмұнды
қойылуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...26
2.4.2 Анық емес лингвистикалық ережелер қорын
құру ... ... ... ... ... ... .27
2.5 Оқу
үрдісі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .30
2.6 Өртеу камерасындағы жалынды автоматты түрде тұрақтандыратын
ішкі жүйе
құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... .31
2.6.1 Нышанның статикалық және динамикалық сипаттамаларын
анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..31
2.6.2 Реттегіштің тиімді реттелетін параметрлерін
есептеу ... ... ... ... ...34
2.6.3 Өтпелі үрдісті
құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... 36
2.7 ГТҚ-ның АБЖ-сін
құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...38
2.7.1 ГТҚ-ның АБЖ-сінің ақпараттық
жабдықтауы ... ... ... ... ... ... . ... ...38
2.7.2 ГТҚ-ның АБЖ-сін ұйымдастыруды
жабдықтау ... ... ... ... ... ... .. ...40
2.7.3 ГТҚ-ның АБЖ-сінің алгоритмдік және программалық
жабдықтау ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42
2.7.4 Өтпелі үрдісті есептеу
алгоритмі ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ...43
2.7.5 ГТҚ-ның АБЖ-сінің техникалық
жабдықтау ... ... ... ... ... ... .. ... ... 45
2.7.5.1 Техникалық құрал-жабдықтар
құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... .49
2.7.5.2 Қолданылған
аспаптар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..50
2.7.5.3 Автоматтандыру сызбасын
сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .51
3 Экономикалық
бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...52
3.1 ГТҚ-ның АБЖ-н ендірудің экономикалық тиімділігінің
негізі ... ... ... ..52
3.2 ГТҚ-ның АБЖ-н ендірудің экономикалық тиімділігі мен
өтелімділік мерзімін
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... .52
3.2.1 Қызметкерлердің төлемақысы (әлеуметтік мұқтаждар аударылымын
есепке ала
отырып) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 52
3.2.2 Автоматтандыру құрал-жабдықтары мен аспаптарына кететін
шығын ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..53
3.2.3 Басқару жүйесін қолдану кезіндегі шығындарды
анықтау ... ... ... 55
3.2.4 Қызметкерлер үшін жалпы жалақының жылдық қорын
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...56
3.3 Экономикалық тиімділікті
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .57
4 Еңбекті қорғау
бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...59
4.1 Еңбекті қорғау түсінігі. Еңбекті қорғау жайлы ұлттық саясаттың
негізгі
қағидалары ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... 59
2. Еңбекті қорғауды
ұйымдастыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
...60
4.3 Өндірістік факторлар
классификациясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..61
4.4 Төтенше жағдайдың алдын-алу
шаралары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...61
4.4.1 Апат, өрт, жарылыс және басқа да төтенше жағдайдың
себептері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...61
4.4.2 Өрт және басқа да төтенше жағдай кезіндегі міндеттемелер мен іс-
қимылдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 62
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер тізімі
Тақырыбы: Мұнай газ саласындағы газды утилизациялау процесін
автоматтандыру
Кіріспе
Мұнайға серік газды жинау, дайындау, тасымалдау және өңдеу үшін жаңа
инфрақұрылым құру қажет. Бұл мәселе барлық мұнай өндіретін өнеркәсіптердің
кезектегі проблемасы. Бұған дейін, тіпті қазіргі уақытта да мұнайға серік
газдар факелдерде өртелініп, атмосфераға едәуір зиян келтіруде. Факелдерде
өртелінген газдан қоршаған ортаға түсетін зиянды компоненттер адам
ағзасының физиологиялық деңгейде дұрыс жұмыс істеуіне, айта кетелік, жүйке
жүйесіне, иммундық жүйеге кері әсерін тигізуде.
Экологиялық тұрғыдан мұнайға серік газдарды толығымен утилизациялау –
мұнай кеніштерінің орналасу аумағының экологиялық жағдайын жақсарту демесек
те, әрі қарай ластануына тосқауыл болатыны кепіл.
Мұнайға серік газды утилизациялаудың 2 бағыты болуы мүмкін:
1. Энергетикалық.
Көбіне газды утилизациялау осы бағытта жүреді, себебі энергетикалық
өндіріс нарықта шектелмеген үлкен сұраныста. Мұнайға серік газ –
экологиялық тұрғыдан таза отын болып табылады. Мұнай өндірісіне энергия
үлкен мөлшерде қажет және серіктес газды энергия өндіру бағытында қолдану
экономикалық тұрғыдан тиімді.
2. Мұнай химиялық.
Мұнайға серік газды өндіру барысында құрғақ газ, бензин, жеңіл
көмірсутектердің кең фракциясы (ЖККФ) бөлінеді. ЖККФ-сы каучук, пластмасса
және басқа да мұнай химия өндіріс саласының шикізаты болып табылады.
Өндірістің дамуы қазіргі заман талабына сай жаңа, алдыңғы қатарлы
технологияны қолдануы ықпал болмақ. Өндірістің өнімділігін арттыру, кез-
келген өндірістік шығындарды азайту, басқару сапасын жақсарту мақсатында
жаңа автоматтандырылған басқару және бақылау жүйесін құру қажет.
Дипломдық жобаның басты мақсаты мұнай-газ саласындағы мұнайға серік
газдарды утилизациялау, яғни әрі қарай өндіріп қолданысқа жіберу болып
табылады. Газды турбиналық қондырғыға (ГТҚ) жіберу арқылы электр энергиясын
өндіріп, әрі қарай электр желісіне беру мақсатында жаңа басқару жүйесін
құру қажет.
Бұл дипломдық жобаның мақсаты ГТҚ-дағы мұнайға серік газын
утилизациялау технологиялық үрдісті автоматтандыру және зерттеу.
Мұнайға серік газды утилизациялау кезінде ГТҚ-ның өртеу камерасындағы
үрдісті басқару жүйесі құрылған.
Утилизациялау үрдісі ГТҚ-ның газ-ауалық басқару тапсырмасының
шешімдеріне қатаң талап қоюымен ерекшеленеді. Бірақ қазіргі уақыттағы
басқару тәжірибелері үлкен нәтижелер бермеді. Сондықтан күрделі нышан үшін
жасалған басқару жүйесін құру барысында автоматты басқару жүйесін құру
сұрақтарына көп көңіл бөлінді. Жаңа жүйені құру кезінде программалық
жабдықтау, айта кетелік, анық емес логиканы қолдану арқылы құрылған.
Программалық жабдықтауды келесі тапсырмаларды шешу үшін қолданылған:
- басқару нышанын айғақтау және алынған моделді бейімдеу арқылы басқару
тапсырмаларын шешу;
- басқару жүйесінің құрылымын таңдау;
- басқару жүйесінің техникалық құрал-жабдықтарын таңдау және
математикалық жабдықтауды құру.
Дипломдық жобада Құмкөл кенішінде орналасқан газды утилизациялау
зауытындағы ГТҚ-ның АБЖ-сін ендірудің экономикалық тиімділігі мен
өтелімділік мерзімін есептеу келтірілген. Еңбекті қорғау және қауіпсіздік
техникасы сұрақтары қарастырылған. Қоршаған ортаны қорғау, төтенше
жағдайларды алдын-алу шараларына көңіл бөлінген.
1 Технологиялық бөлім
1.1 Газды утилизациялау зауытының қызметі
Петро Қазақстан компаниясының қоршаған ортаны қорғауға бағытталған
ең үлкен жобаларының бірі – Газды утилизациялау зауытын құру (сурет 1).
Сурет 1 - Газды утилизациялау зауыты
2001 жылдың 27 ақпан айында компания басшылар кеңесінде Құмкөл мұнай
кенішінде серіктес газды утилизациялайтын электргенератор қондырғысын
орнатуға қаржы бөлінген. Құрылыс 2002 жылдың басында басталды.
Инвестициялық салым 46 млн. АҚШ долларын құрады. Зауыт жылына 177 млн. м3
газын пайдаға жаратып, 55 мегаватт электр энергиясын өндіреді. Өндірілген
электр энергиясының үлкен бөлігі компанияның объектілерінде қолданылады.
Бұл жобаның ерекшелігі – оның кешендігі, яғни өнімнің құбырдан бастап
электр энергиясы айналуға дейін толық, қалдықсыз өңделуі.
Жобаның экологиялық артықшылығына келетін болсақ, газды утилизациялау
зауытын іске қосу мұнай өңдіру барысында атмосфераны ластаудың тікелей және
жанама факторларын жою.
2. Газды турбиналық қондырғының (ГТҚ) циклдері
Жұмыс ортасындағы қабылдау және берілу жылуы мен жасалынған жұмысты
жылу қозғалтқышының жұмыс денесі (ауа мен өртеу өнімдері), яғни идеал газ
деп қарастыруымызға болады. Оның күйін келесі теңдікпен сипаттауға болады:
(1.2.1)
мұңдағы - қысым, Па
- 1 мольдің қөлемі, кез келген газ үшін 22,4
м3моль
- газ тұрақтысы
- температура, К
Молекулярлық массасы болатын нақты газдар мен газ қоспалары
үшін:
(1.2.2)
- тұрақты көлем мен - тұрақты қысым кезінде идеал газдың
салыстырмалы жылусыйымдылығы қысым мен температураға тәуелсіз. Нақты
мәнінде температура ұлғаюымен жылусыйымдық қатты өзгермейді, ол газ немесе
газ қоспасының құрамына байланысты.
Тұрақты энтропия (изоэнтроптық) процестер келесі теңдікпен
сипатталады:
(1.2.3)
(1.2.1) ескере отырып келесі қатынасты аламыз:
(1.2.4)
мұңдағы ,
1 және 2 индекстері - бастапқы және соңғы күйді білдіреді.
Изоэнтроптық процестерді есептеу үшін келесі теңдік ыңғайлы:
(1.2.5)
Екі кез келген қималар үшін жазылған орныққан ағынның энергиясын
сақтау теңдігі:
(1.2.6)
мұңдағы - энтальпия;
- бөлінген жылу;
- жұмсалған жұмыс;
- ағын жылдамдығы.
Жылу алмасусыз жүретін процестер (адиабатиялық, ) үшін жұмыс
келесі формуламен бейнеленеді:
(1.2.7)
мұңдағы, - толық салыстырмалы энтальпия.
Идеал газ үшін:
(1.2.8)
компрессорда жұмсалатын жұмыс,
(1.2.9)
турбинада жұмсалатын жұмыс,
(1.2.10)
(1.2.5)-дан -ны ауыстыра отырып, изоэнтроптық қысу процесінің жұмысын
аламыз:
(1.2.11)
Ал кеңею процесінің жұмысы:
(1.2.12)
мұңдағы, - компрессордағы қысу дәрежесі;
- турбинадағы кеңею дәрежесі.
Қысу кезінде жұмсалынған қуат:
,
(1.2.13)
және кеңею кезінде жұмсалған қуат:
(1.2.14)
мұңдағы - энергия шығыны;
- компрессордың изоэнтропты ПӘК-і;
- турбинаның изоэнтропты ПӘК-і.
Келесі өрнекті интегралдау әдісімен (1.2.11) және (1.2.12)
теңдіктерін алуға болады (орныққан ағын жұмысы үшін):
(1.2.15)
Қарапайым ГТҚ ауа қысатын компрессор, осы қысылған ауа ортасында
өртеу камерасында отын өртенеді және турбина өртеу өнімдері кеңеюі жүреді.
Кеңею процесі кезінде газдың орташа температурасы қысу кезіндегі ауа
температурасынан жоғары болғандықтан, турбина шығынды ескере отырып,
компрессор күрекшелерінің айналуына керекті қуаттан да артық қуат өндіре
алады. Олардың айырымы ГТҚ-ң пайдалы қуатын береді.
Жұмыс денесі (ауа, өртеу өнімдері) әрдайым жаңарып отырады,
атмосферадан алынады, атмосфераға түседі.
ГТҚ-ң ПӘК-і пайдалы қуаттың отын өртеу кезіндегі жылу шығынына қатынасын
білдіреді:
(1.2.16)
1.3 Газды турбиналық қондырғының (ГТҚ) жұмыс істеу принципі
Газ турбинасы – біртекті ағымдық қозғалтқыш. Отынды өртеу газдың қысу
температурасының ұлғаюына алып келеді. Компрессор ауаны сорып, оны қысып
өртеу камерасына жібереді. Осы камераға отын да түседі және оны өртеу
нәтижесінде ауа қызады. Осы ыстық ауа турбина бойымен жүріп энергия
шығарады.
Газ турбинасы – газдың потенциалдық энергиясы кинетикалық энергияға,
кинетикалық энергиясы айналу валының механикалық энергияға айналуы жүретін
күш қозғалтқышы. Турбина валы жұмыс машинасымен жалғасқан.
Жұмыс денесінің потенциалдық энергиясының кинетикалық энергияға айналу
сипатына қарай турбина активті және реактивті болып бөлінеді. ГТҚ-да жұмыс
циклінің 2 түрі қолданылады: тұйықталмаған және тұйықталған.
Сурет 1.1 - Тұйықталмаған цикл
1-компрессор; 2-өртеу камерасы; 3-газ турбинасы; 4-электр генератор; 5-
электрқозғалтқыш; 6-ауа сорабы; 7-сүзгіш; 8-шығу түбекшесі; 9-отын сорабы.
Тұйықталмаған циклде (сурет 1.1) компрессор тазарту сүзгіші арқылы
атмосферадан ауа сорып, белгілі бір қысыммен өртеу камерасына жібереді,
сонымен қатар өртеу камерасы сұйық немесе газ тәріздес отын да түседі.
Өртеу камерасындағы өртелінген өнімдер мен ауаның араласуы нәтижесіндегі
ыстық газ туринаға келіп түседі. Газ турбинасында газдың жылу энергиясы
айналу валының механикалық жұмысына алып келеді. Өңделген газ шығу
түбекшесі арқылы атмосфераға шығады. ГТҚ-ның жұмысын электрқозғалтқыш іске
қосады.
Тұйықталған циклде де ауа – жұмыс денесі болып табылады, бірақ тұйық
контурда айналады: компрессор-пеш-турбина-ауа салқындатқыш-қайтадан
компрессор т.с.с. Компрессор ауаны жұмыс қысымына дейін қысады, ал қыздыру
процесін пеште жасайды. ГТҚ-ны іске қосу үшін электр қозғалтқыш
қолданылады, ал контурды толықтыру үшін – сүзгішті ауа насосы мен бекіту
вентилі қолданылады. Тұйықталған жұмыс істеу циклі күрделірек болғандықтан
басқа да қосымша құрама жабдықтарды талап етеді. Осы циклдің ең басты
артықшылығы – кез-келген отын түрін қолдану, яғни қатты түрін де.
Тұйықталмаған циклде отынның қатты түрі қолданылмайды.
Жоғары қысымды газ кіріс компрессорлардан коллекторге келіп түседі.
Коллектордағы қысымды қысым регуляторы арқылы реттейді. Коллектордағы газ
апаттық тоқтату клапаны арқылы отындық газ дайындау бөлімшесіне түседі.
Отынды дайындау бөлімшесі отындық газдың құрамындағы сұйықты бөліп
алу, оны әрі қарай сүзу және қажетті температураға дейін қыздыру үшін
қажет.
Құрылымға 2 сепаратор, жылуайырбастағыш, реттегіш, бақылау-өлшеу
құралдары. Сепараторлар, бірі-бірінің үстіне орнатылған цилиндр тәріздес
ыдыстар. Әр қайсысы 2 бөліктен тұрады. Жоғарғы сепаратордың бірінші
бөлігінде газдан сұйықты ажырату (сепарация) процесі жүрсе, екіншісінде
газды сүзу процесі жүреді. Төменгі сепаратор жоғарғы сепаратордан түсетін
сұйықты жинау процесі жүреді. Төменгі сепаратордағы сұйық деңгейін реттетін
реттегіштер бар.
Шығыста газдың температурасы 70 0С болу үшін қыздыру пешінде сүзілген
газды қыздырады. Газ температурасын қыздыру пешіндегі жылу тасымалдағыштың
ағынын өзгерту арқылы температура реттегішімен реттейді.
1.4 Өртеу камерасының жұмыс істеу принципі мен құрылымы
Техникалық талаптар мен негізгі көрсеткіштер. ГТҚ-да қолданылатын
негізгі отын түрі газ болып табылады. Газдың құрамының көбісі көмірсутектер
болып табылады.
Табиғи газдардың құрамында көбіне метан (СН4) ғана болса, ал мұнайға
серік газ құрамы С2Н6, С3Н8, С4Н10 и С5Н12.
Мұнайға серік газдардың құрылымы әртүрлі күрделі молекулалардан
құрылған. Әдетте, сутектің салмақтық үлесі 11-13,5%, ал көміртектің
салмақтық үлесі 86-87,5%.
Көп жағдайда отынның құрамында күкірт, оттегі, азот, ылғал және
жанбайтын заттар кездеседі.
Отын жану кезінде жылу бөлінеді, өлшем бірлігі - кДжкг. Жылу мөлшерін
келесі формула арқылы анықтауға болады:
(1.4.1)
мұндағы - отындағы ылғал мен басқа да компоненттердің массалық үлесі.
Сутектің қышқылдану кезінде бөлінетін немесе отынның өзінде болатын
ылғал өртеу өнімдерінің құрамы сұйық немесе бу түрінде болуы мүмкін. Осыған
байланысты төмен және жоғарғы өртену жылуы болып бөлінеді.
Соңғысы (1.4.1) формуласы арқылы анықталады кДжкг. ГТҚ-да ылғалды
теңгеру мүмкіндігі жоқ, сондықтан есептеу барысында қолданамыз.
анықтау үшін 288 К стандартты температурасы қолданылады.
Өртеу камерасындағы үрдістерді есептеу материялық және жылулық баланс
негізінде жасалады:
(1.4.2)
мұндағы .
Теория жүзінде отынның толық өртенуіне қажетті ауа шығыны қарапайым
реакциялардың материалдық балансының молекулярлық және атомдық салмақтары
арқылы анықталады, ауадағы оттегінің көлемдік үлесі мен массалық
үлесі ескеріледі. Теория жүзінде сұйық отынның өртенуіне қажетті ауа
көлемі, м3кг (Т=273К, р=0,1013 МПа),
(1.4.3)
(1.4.4)
мұнайға серік газ үшін
(1.4.5)
(1.4.6)
Ауаның қажетті артықтығымен отынның жану шартын стехиометрлік (сайма-
сайлық) деп атайды, яғни ауаның нақты өртеу камерасына түсетін көлемінің
теория жүзінде қажетті ауа мөлшеріне қатысын -ауаның артылу
коэффициенті. Көбіне кері қатынасты қолданған ыңғайлы (отынның артылу
коэффициенті).
ГТҚ-ның экономикалық тиімділігіне әсер ететін басты факторлардың бірі
- өртеу камерасындағы жүретін үрдістің сапалылығы, яғни отынның толығымен
жануы мен кедергі (өртеу камерасындағы қысымның жоғалуы).
Отынның толығымен жануы жылу ПӘК-імен бағаланады. ПӘК-і жұмыс денесіне
іс жүзінде берілген жылудың отын жылуына қатысын білдіреді:
(1.4.7)
Жоғары калориялық отын, яғни табиғи газ немесе мұнайға серік газдарды
қолданғанда салыстырмалы энтальпия үлкен: .
Жану үрдісі. Отын мен ауа қоспасының химиялық реакция ретінде
қабылданатын уақыт бірлігінде әсерлесетін затының моль саны тең деп
есептейміз:
(1.4.8)
реакция уақыты
(1.4.9)
мұндағы -const;
- молекулаларды активациялау энергиясы.
Көмірсутекті жану реакциясы үшін активации молекулаларды активациялау
энергиясы - 80-160 кДж(г моль).
(1.4.8) және (1.4.9) қатынастары сапалық бағалауға арналған, себебі
жану тізбетік механизм болып табылады және атом мен радикал сияқты аралық
активті центрлер түзеді. Әрине, бұл центрлер үрдісті күрт үдетеді.
Қысымның, көбіне температураның жоғарылауына байланысты реакция ағыны
үдейді. Айталық, температура мен уақыт ішінде отынның
қышқылдануы 99,5-99,8%-бен өтеді.
температура кезінде реакция жылдамдығы ең үлкен болады;
кезінде кері реакция жылдамдығы үлкейіп, жанудың аяқталуына кедергі болатын
Н2О мен СО2 ажырауы байқала бастайды.
Қарапайым жану моделіне сәйкес отынның қышқылдануының химиялық
реакциясы жану шебі деп аталатын жұқа қабатта өтеді. Жану шебі ауа мен
отынды өртеу өнімдерінің қоспасынан бөледі.
Жалынның пайда болуын және орнықтылығын қамтамасыз ету үшін реакция
қажетті деңгейде өте алатын қоспа керек, және реакция барысындағы жылу
өртеу өнімдерінің температурасын айтарлықтай көтеруге мүмкіндігі жеткілікті
болуы қажет. Жану үрдісінде пайда болған атомдар мен радикалдардың
араласуы мен жылуөткізгіштігінің әсерінен көрші қабаттардың қызуына, яғни
оларда химиялық реакцияның жүруіне алып келеді. Нәтижесінде жалын шебі
қоспа бағытында жылжиды. Жалын шебінің таралуының ең үлкен жылдамдығы
стехиометрлік емес, аса байытылған қоспаларда () мәресіне жетеді.
ауа мен басқа да әртүрлі жанғыш заттар қоспасы үшін 0,35—2,7 мс-ке
тең. Егер қоспа температурасы 370 К-ден 670 К-ге дейін көтерілсе, 5-
15 есе үлкейеді.
Турбуленттік ағындарда жалын шебі үздіксіз жұқа қабат емес, көп
мөлшердегі ошақтар шашыраңқысы ретінде болады. Оның қозғалысының жылдамдығы
айтарлықта өседі. Егер нашар ағатын дене енген ағын бөлігінде ауа
ағынындағы жану орнықтылығы күрт өседі, себебі жылдамдық мәні төмен, тіпті
теріс болуы да мүмкін. Тиімді қоспа құрамының айтарлықтай ауытқуы –
төмендеуі немесе өсуі, ауа артылуы – реакция кезіндегі жылу бөліну мен оның
жылдамдығы төмендеуіне алып келеді. Ол шала жану, тіпті жану тоқтап қалуына
себеп болады, яғни жалынның ысырылуына алып келеді. Жалынның ысырылуы
кезіндегі газ жылдамдығы:
(1.4.10)
мұндағы - геометриялық өлшем;
—температураөткізгіштік.
Ауа мен отын қоспасының аса байытылу (отынның көптігі, 1)
немесе аса кедейлену (отынның аздығы, 1) кезіндегі жыллынның
ысырылуы салыстырмалы төмен жылдамдықпен өтеді. Орнықтылықтың ең үлкен мәні
(ысырылудың ең үлкен жылдамдығы) стехиометрлікке сәйкес келеді, бірақ
қоспаның құрамы аса байытылған (2 суреттегі 1 қисығы).
Ауа мен отын араласуы кезіндегі жану үрдісінің жылдамыдығына химиялық
реакция емес, диффузиондық салмақтасымалдағыш үрдісі кедергі болады. Мұндай
жану диффузионды жану деп аталады. Сұйық немесе газтәріздес отын жану
бөлімшесіне ұсақ шашыраңқы түрде түседі, және ауамен активті түрде араласа
бастайды. Ауа артылуының орташа коэффициенті мен ағын жылдамдығын өзгерту
барысында орнықты жану шектері айтарлықтай кеңейеді. ГТҚ-ның өртеу
камерасына сай турбуленттік ағын кезінде, қоспа дайындау турбуленттік
диффузия нәтижесінде жүреді, ал жалын ұзындығы қысқарады және ағын
жылдамдығына тәуелсіз. Жанудың үдеуі мен жалынның ұзындығының қысқаруы ауа
мен отын араласу барысындағы ауа артылуына алып келеді.
Диффузионды жану кезінде болатын жалын ысырылуы, жану бөліміне
түсетін: 1) отынның көптігі (1, қоспаның аса байыту кезіндегі
ысырылу); 2) ауаның көптігі (1, аса кедею кезіндегі ысырылу); 3) отын
менауның көптігі, ағын жылдамдығы мен араласу жылдамдығын үлкен болуы.
Ысырылу алдындағы жалын шебінің қалындауы удеуді тудырады, ал
температураның төмендеуі жану реакциясының баяулауын тудырады. Осының
арқасында, үрдісті интенсификациялау шегі пайда болады және реакция
жылдамдығы ең үлкен мәніне жетеді. Кинетикалық және диффузионды жану
кезіндегі жалын ысырылуының жылдамдығының қоспа құрамынан сапалық
тәуелділіктері 2 суретте көрсетілген (отын ауа қатынасы, 1).
Сурет 2 – Жану үрдісінің ең үлен орнықтылық шарттары.
1-2 – сәйкесінше кинетикалық және диффузионды жану
Біртекті ауа және отын қоспасының жануына қарағанда, диффузионды
жанудың орташа жылдамдығы төмен. Оның ең үлкен мәні тұрақтандырғыштың
стехиометрлік қатынастары кезінде қол жеткізіледі, оның орташа мәні -
1. Диффузионды жану кезінде толығымен жану да төмен, себебі отынның
бір бөлігі төмендетілген температурамен факелдің сыртқы қабатына түсуі
мүмкін. Ауа артылуының орташа коэффициентінің айтарлықтай өзгерісі кезінде
ғана толығымен жануды қамтамасыз етеді, бұл аз, бірақ тезникалық жағынан
жеткілікті шарт болып табылады (99,5-99,9 %-ға дейін). Бірақ гомогенді
қоспаларды өртеу кезінде бұндай өзгеріс мүмкін емес. Температураның мен ауа
қысымының төмендеуі, ағынның турбуленттілігінің ұлғаюы, отын тамшыларының
диаметрінің ұлғаюы немесе орынауыстырудың нашарлауы орнықты жану диапазонын
қысқартады (1.3 суреттегі нұсқама).
1.5 Мұнайға серік газдардың химиялық құрамы
Барлық көмірсутек газдарын шығу тегі бойынша үлкен топқа бөлуге
болады:
1.Біріншілік көмірсутек газдары – жер қойнауынан тікелей өндірілетін
газдар. Жер қойнауында таралуы және құрамы бойынша олар табиғи және мұнайға
серік газдар болып бөлінеді. Табиғи газдарға таза газ кен орындарының
газдары жатады. Газконденсатты кен орындарының газдары жер бетіне аз
мөлшерде (50-500 гнм3 газ) 200-300 0С-қа дейін қайнайтын ауыр
көмірсутектерді (конденсаттарды) шығарады.
Серік газдар – мұнай кен орындарында мұнаймен бірге өндірілетін газдар.
2. Екіншілік көмірсутек газдары – мұнайды өңдегенде табиғи мұнай
көмірсутектерінің термокатализдік түрленуі (деструкциялануы) есебінен
түзілетін жеңіл көмірсутектер. Бұл газдардың құрамында, әдетте, метаннан
пентанға дейінгі көмірсутектер болады, олар қаныққан немесе қанықпаған
болуы мүмкін.
Мұнайға серік газдар – мұнайдан пласт қысымын (ондаған МПа) мұнайды
дайындау қондырғыларының сепараторлырының қысымына ( ≈1,0 МПа) дейін
төмендету кезінде бөлінетін мұнайдың жеңіл көмірсутектік бөлігі.
Мұнайға серік газдардың құрамы күрделі: олардың көпшілігінде гексан
C6H14 және одан жоғары көмірсутектер бар. Бұл газдарда метан CH4 және
этанның C2H6 үлесі 33 %-дан 92 %-ға дейін, метан және этанның жалпы типтік
үлесі 60-75 %, пентан және одан да жоғары көмірсутектердің жалпы үлесі 1,5-
3 %. Пропан және одан жоғары көмірсутектер газдар үшін конденсацияланатын
деп есептеледі де, әдетте, олар газды өңдегенде бөлініп алынады. Мұнайға
серік газдарда мұндай көмірсутектер 300-1200 гм3, табиғи газдарда – 20-100
гм3.
Серіктес газдарда инертті компоненттер – азот N2 және көмірқышқыл
газы CO2 (1-10 %), кейде күкіртсутек H2S бар.
Мұнайға серік газдарды өңдеу өнімдері:
1) тауарлы газ, ол өнеркәсіптік және тұрмыстық отын ретінде газ
құбырларына жіберіледі;
2) газ өңдеу процесінде газдан бөлініп алынған C3-C6 жеңіл
көмірсутектердің кең фракциясы (ЖККФ);
3) сұйытылған газ – ЖККФ-тан бөлініп алынған С3 және С4 көмірсутектерінің
концентраты;
4) тұрақты газ конденсаты;
2 Мұнайға серік газдарды утилизациялау кезіндегі ГТҚ-ның өртеу
камерасындағы үрдісті басқару жүйесін құру
2.1 Басқару нышаны ретінде қарастырылатын технологиялық үрдістің
сипаттамасы
Электр энергиясын өндіру барысында әсер ететін негізгі факторлар:
- қоршаған ортаның температурасы, себебі температура жоғары болған кезде
турбинаның аса қызып кетпеуі үшін турбинаға түсетін жүктемені азайту керек;
- газды жеткізу, реттеу, себебі газ қысымының төмендеуіне байланысты
өндірілетін электр энергиясының қуаты төмендейді. Сол себептен, газды дұрыс
реттеп жіберу керек.
Электр энергиясын тұтынудың өсуі әсерінен турбинаға түсетін жүктеме де
өседі, сондықтан турбинаның айналу жиілігін сақтап тұру үшін қолданылатын
газдың қысымын және соған байланысты көлемін көбейту керек, ал егер газдың
жеткізуі шектелінсе, ГТҚ-ның қуаты да шектелінеді.
Одан басқа, ең маңызды параметрлердің бірі өртеу камерасындағы
алаудың сақталуын, қозуын, температурасын Procontrol P-44 реттелетін газ-
ауалық бүріккіштің ашылуыжабылуы.
Магистральдағы газ қысымның қажеттілігінен аз болғандықтан ауа
қысатын компрессор қондырылады. Осылай, газ ГТҚ-ға белгілі қысыммен келеді
және сонымен қатар діріл мен лүпіл ГТҚ басқару щитінен, яғни Procontrol P-
44 модульдерінен бақыланатын және реттелетін параметрлерге тәуелді.
2.2 ГТҚ-ның өртеу камерасындағы үрдісті басқару құрылымын құру.
Жобалау және зерттеу тапсырмасын анықтау
Өртеу камерасындағы үрдісті басқару тапсырмасы жұмыс тәртібінің
таңдалуын қамтамасыз етеді. Таңдалынған жұмыс тәртібі барысында газ бен
ауаның араласуы нәтижесінде туындайтын үрдістің, яғни жану жыдамдығы мен
салыстырмалы шығындары кезінде өртеу камерасында қажетті орнықты жануды алу
– автоматтандырудың негізгі тапсырмасы болып табылады.
Өртеу камерасындағы жануды (жалынды) тұрақтандыру үшін газ, ауа
шығынын, жанудың жылдамыдығын қажеттті деңгейде реттеу керек.
Мақсатымызға жету үшін қазіргі қолданыстағы жүйеден бас тартып, жануды
тұрақтандыратын жаңа басқару жүйесін құруды ұсынамын.
Қолданыстағы бақылау жүйесі үрдісті басқару жүйесінің мынадай түрін
құруға мүмкіндік береді (сурет 3).
Сурет 3 – Қолданыстағы басқару жүйесі
Салыстыру бөлімінде жалын параметрлері (жану жылдамдығы, температура)
берілген мәндермен салыстыру үдірісі жүреді, ал реттегіш реттеу қателігін
теңгеретін басқарушы әсер туғызады. Мұндай басқару принципі ауытқуы бойынша
басқару деп аталып, қолдануы жағынан оңайлығын және басқарудың жоғары
тиімділігін көрсетеді, себебі бұл жүйе жалынның тұрақтылығын, реттелетін
шаманың ауытқуының себебіне қарамастан (газ шығыны, ластану деңгейі және
қоспа қысымы), қажетті деңгейде қамтамасыз етеді. Егер осындай жүйе құрсақ,
онда біз мақсатымызға жеттік десек те болар еді. Алайда, бұл жүйе өртеу
камерасында жүретін үрдістердің физика-химиялық құбылыстардың қиындығы мен
өзара байланысын қарастырмайды. Осы үрдістерге сұраптама жүргізгенде,
басқару нысаны, яғни өртеу камерасы үлестірілген параметрлі, сызықты емес
сипаттамасы бар нышандар қатарына жататыны анықталды. Әрине, мұндай
нышандар 3 суретте көрсетілген басқару жүйесін құруға болмайтындығын
көрсетеді. Мұндай жүйелер сызықты емес сипаттамалары бар нышандарды тиімді
басқаруды, өтпелі үдірістің орнықтылығын қамтамасыз ете алмайды.
Ұсынылған басқару құрылымын жүзеге асыру үшін, жаңа қағиданы, яғни
аралас басқару жүйесін қолдануды ұсынамын. Бұл әдіс нышанға келгенге дейін
негізгі ұйытқу әсерлерін теңгереді, ал кейбір күрделі ұйытқу әсерлерін кері
байланыс арқылы теңгереді. Аралас қағида негізгі ұйытқуларға байланысты
жүйенің инварианттығын қамтамасыз етеді. Қазіргі күнде бұндай қағида
өндіріс нышандарын басқаруда ең тиімді болып табылатындықтан, іс жүзінде
жиі қоладанылатын болды. Одан басқа, басқарудың аралас қағидасы кері
байланысты жүйені қолдануға мүмкіндік береді, себебі бұл жағдайда жүйені
сызықты моделдермен жуықтауға болады. Мәселен, басқару каналы негізгі
ұйытқу әсерлерін теңгереді, ал қалған ұсақ-түйек ұйытқуларды кері
байланысты жүйеге қалдырады. Яғни, ауытқу бойынша басқару жүйесіне
реттелетін шаманың ауытқуының айтарлықтай қысқа диапазонында жұмыс істеуі
ғана қалады. Жүйенің қысқа диапазонда жұмыс істеуі нышанды сызықты
моделдермен, сонымен қатар сызықты берілу функциясымен жуықтауға мүмкіндік
береді.
Кейбір өндірістік нышандар үшін басқарылатын ұйытқулардың өлшенетін
ұйытқулар деп қарастыратын қандай да бір шығыстағы талап етілген сыртқы
параметрге тәуелділігін құруға мүмкіндік береді. Аналитикалық әдісті
қолдану нышан моделін қарапайымдауға байланысты қателіктер мен қажетті
коэффициенттерді есептеуде кететін қателіктерді тудырады. Сондықтан алынған
тәуелділікті қолдану басқару нышанының орнықты жұмыс тәртібіндегі нөлден
өзгеше реттеу қателігіне алып келеді.
Көптеген өндірістік басқару нышандары сызықты емес болғандықтан,
стандартты реттегішті қолдану реттеудің қанағаттандырмайтын нәтижесін алуға
себеп болады.
Егер басқарудың аралас әдісін қолданса, аталған кемшіліктерден
құтылуға болады. Берілген шамалардан үлкен ауытқулар кезінде басқару
әсерінің (программа құраушысын есептеу) мәні қолданылады, ал жуықтау
кезінде реттегіш өз қызметін атқара бастайды, яғни жүйені нақты берілген
күйге шығаруын қамтамасыз етеді және өлшенбейтін ұйытқулардың әсерін
жойады. Бұл жағдайда басқару жүйесінің құрылымын келесі түрге келтіруге
болады (сурет 4):
Сурет 4 – Программалы құраушысы бар аралас жүйе
U – берілу әсері; Y – басқару нышанының шығысы;
- өлшенетін ұйытқулар; - өлшенбейтін ұйытқулар.
Егер жұмыс істеу кезінде басқару әсерінің программа құраушысын
есептеу кезінде өлшенетін параметрге тәуелділігін нақтылап алса, онда
аталған жүйенің сапасын айтарлықтай жақсартуға болады. Бұл қасиет есептеу
формуласына салынған қателерді жөндеумен қатар адаптивті болып табылатын
жүйенің қызмет етуі кезіндегі нышанның параметрлерінің өзгерісіне
дайындығын, ыңғайлануын қамтамасыз етеді. Осы мақсатпен адаптивті анық емес
реттегіш қолдану ұсынылып отыр. Бұл жағдайда басқару жүйесі келесі түрге
келеді (сурет 5):
сурет 5– Адаптивті анық емес реттегіші бар аралас жүйе
Адаптивті анық емес реттегіштің қызметі – программа құраушысының
қателіктері мен өлшенетін параметрлер және берілу әсерлері арасындағы
тәуелділіктерді түзу. Анық емес реттегіштің тиімділігін өсіру үшін аралас
жүйе құрамына анық емес реттегіштің оқу (оқыту) ішкі жүйесін қосуға болады.
Адаптивті анық емес реттегіш жұмысының бастапқы кезенінде оқудың ішкі
жүйесіне тәжірибелі оператор-эксперттің ақпарат жиынтығын салады, ал
оқытудан кейінгі анық емес реттегіш жинаған деректерді нышан моделін
нақтылауға және әсер ететін ұйытқуларды анықтауға қолданылады. Басқарылатын
жүйенің құрылымы келесі түрді қабылдайды (сурет 6):
Сурет 6 - Адаптивті анық емес реттегіші және ішкі жүйесі бар аралас жүйе
Жоғары қысымды газ бен ауаның араласу және жану үрдісін басқаратын
күрделі жүйені жүзеге асыру үшін берілген құрылым ең тиімді болып табылады.
Берілген үрдіс инерционды, стационарлы емес басқару нышаны болғандықтан,
нышан толық ақпаратпен қамтамасыз етілмеген, айта кетелік, газ құрамы
немесе өртеу камерасында өтетін технологиялық үрдістің жүруі. Үрдіс
бірқатар параметрлерге тәуелді:
- газ температурасы;
- газ шығыны;
- ауа температурасы;
- ауа шығыны;
- өртеу камерасындағы температура;
- өртеу камерасындағы қысым;
- жану жылдамдығы.
2.3 ГТҚ-ның өртеу камерасындағы үрдістің математикалық аппаратын құру.
Программа құраушысының сипаттамасы
Дипломдық жұмыстың мақсаты моделдеудің негізінде ГТҚ-ның өртеу
камерасындағы жалынның тұрақтандыру шегін нақты есептеу әдістерін құру.
Газдинамикалық үрдістерді, қоспа түзілу және жану үрдістерін моделдеу
таңдалынған теңдіктердің сандық шешімдерінің негізінде жасалынады.
Математикалық моделді есептеу негізінде қозғалысты сипаттау үшін
үздіксіздік теңдігі мен Навье-Стокс қозғалысы теңдіктер жүйесі қолданылады:
(2.3.1)
(2.3.2)
Жүйені тұйықталуы үшін турбуленттіліктің k-( стандартты моделі
қолданылады. Бұл стандартты модель көптеген есептер шығару барысында
өзіннің қолайлығын көрсетті.
Модель ағынның барлық аудандарындағы турбуленттіліктің дамуы жайлы
жорамалдау негізінде жүзеге асады, бұл ағынның молекулярлық тұтқырлығын
елемеуге мүмкіндік береді. Моделдің мәні екі теңдіктің нәтижелерінің
көмегімен турбуленттілік жылдамдықтар мен турбуленттілік масштабты тәуелсіз
анықтау болып табылады. Турбуленттіліктің кинетикалық энергиясын
тасымалдау:
(2.3.3)
және жылдамдықтың шашырауы (диссипация):
(2.3.4)
мұндағы – жылдамдықтың құраушысының орташа градиентімен шартталған
турбуленттіліктің кинетикалық энергиясын ескереді;
– жылдамдықтың құраушысының лүпілдік градиентімен шартталған
турбуленттіліктің кинетикалық энергиясын ескереді;
– қысуға турбуленттік лүпілдің әсерін ескереді;
=1,0; =1,3 – k және ( параметрлері үшін Прандтляның
турбуленттілік сандары;
=1,44; = 1,92; = 0,87 – модель тұрақтылары;
– турбулентілік тұтқырлық.
k турбуленттіліктің кинетикалық энергиясы мен ( шашырауы арасында
байланыс орнату үшін - турбуленттілік тұтқырлық параметрі енгізіледі:
(2.3.5)
мұндағы = 0,09 – тұрақты.
Жылу алмасу үрдістерін моделдеу кезінде жылу өткізгіштік, конвективті
жылу алмасу мен жылу алмасудың сәулеленуі ескеріледі. Жылу алмастырудың
сәулеленуін ескермейтін есептер үшін энергия теңдігін келесі түрде жазуға
болады:
(2.3.6)
мұндағы – турбуленттіліктің таңдалынған моделіне байланысты
анықталатын жылу өткізгіштіктің тиімді коэффициенті;
– i-інші компоненттің диффузиондық ағыны.
Радиациялық жылу алмасу зерттелетін ортадағы жылу энергиясының
сәулелену, шашырау және жұтылу үрдістерінің жиынтығымен сипатталады.
Радиациялық жылу алмасуды моделдеу үшін дискретті ординат әдісі
қолданылады. Көп компонентті әсер ететін ағындар ағымын моделдеу үшін әсер
ететін компонеттерге арналған теңдіктер шешімінің нәтижелері қолданылады.
Yi қоспасының құрамындағы әрбір компоненттің үлесін анықтау үшін бөлек і-
інші компонентке арналған конвективті диффузия теңдігінің шешімінің
нәтижесі қолданылады.
(2.3.7)
Өртеу камерасындағы жалынды тұрақтандыру кезінде жану реакцияның
жылдамдық мәндерін бағалау қажет. Бұл моделдеу жану реакцияларының соңғы
жылдамдықтар әдісі негізінде жасалады.
Ламинарлық жалын шебінің таралу жылдамдығының моделі. Реакция
жылдамдығы қатаң Аррениустің кинетикалық өрнегі арқылы анықталады және
турбуленттілік лүпіл әсері ескерілмейді:
(2.3.8)
Құйынның құлау моделі. Жану реакцияларының жылдамдығы турбуленттілік
деңгейімен анықталатындықтан, кинетиканы есептеудің ұзақ теңдеулерінен
құтылуға мүмкіндік береді.
(2.3.9)
(2.3.10)
Диффузионды-кинетикалық механизм ламинарлық жалын шебінің таралу және
құйынның құлау моделі жағынан жану реакцияның жылдамдығын анықтауда
негізделген. Жану реакцияның жылдамдығының нақты мәні ретінде Аррениус
теңдігінің шешімінің нәтижесі мен құйынның құлау моделі негізінде
анықталған ең аз мән қабылданады.
Құйынның құлау тұжырымдамасындағы кинетиканың механизмі ағынның
турбуленттілік өрісінде құралған. Сонымен қатар шешілу уақыты күрт өседі.
Жану жылдамдығын диффузионды-кинетикалық модель арқылы есептейді.
Таңдалынған әдіс нақты есептеу нәтижелері мен тәжірибелер нәтижелерінің дәл
сәйкестігі негізінде құрылған. Кинетика мен ағынның турбуленттілігін қатар
ескеру дұрыс физикалық нәтижелерге жеткізеді.
7-інші суретте жүргізілген есептеулер нәтижесінде жанудың орнықты
шегі анықталды. Диффузионды-кинетикалық модель бойынша есептеу тәжірибе
нәтижесімен сәйкестігі жағынан ең жақыны екенін көрсетті.
2.4 ГТҚ-ның өртеу камерасындағы үрдісті басқарудың зиятты ішкі жүйесін
құру. Адаптивті анық емес реттегіштің ұйымдастыру қағидасы.
Берілетін әсермен қатар өлшенетін ұйытқулар берілетін бірнеше кірісі
бар анық емес реттегіштің өзін қарастырайық. Бұл нақты кіріс параметрлері
фаззификация үрдісінде сапалы бағаланады. Сапалық сипаттамалары негізінде
лингвистикалық ережелер көмегімен түзелетін әсер шамасы жайлы сапалы
пайымдау құрастырылады.
2.4.1 Тапсырманың мазмұнды қойылуы
Бұл жағдайда қарастырылатын проблеммалық аудан туралы эмпирикалық
(тәжірибелік) мағлұматтарды эвристикалық ереже түрінде көрсете аламыз:
Егер ӨК-ның температура ауытқуы аз, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы орташа болса, онда үрдістің тиімділігі минималды болады (0 –
30%).
Егер ӨК-ның температура ауытқуы өте аз, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады (35 –
65%).
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым аз, ал жану
жылдамдығы аз болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым аз, ал жану
жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі жоғары болады (55 –
85%).
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы минималды болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы орташа болса, онда үрдістің тиімділігі жоғары болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі максималды болады (70
– 100%).
Егер ӨК-ның температура ауытқуы үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы аз болса, онда үрдістің тиімділігі төмен болады (15 – 45%).
Егер ӨК-ның температура ауытқуы үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы үлкен болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі максималды болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы өте үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал
жану жылдамдығы минималды болса, онда үрдістің тиімділігі минималды болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы өте үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал
жану жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым өте үлкен, ал
жану жылдамдығы орташа болса, онда үрдістің тиімділігі төмен болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым өте үлкен, ал
жану жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы аз, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы орташа болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы аз, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі жоғары болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы өте үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал
жану жылдамдығы аз болса, онда үрдістің тиімділігі минималды болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы өте үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал
жану жылдамдығы үлкен болса, онда үрдістің тиімділігі төмен болады.
Егер ӨК-ның температуру ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым үлкен, ал жану
жылдамдығы орташа болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температуру ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым үлкен, ал жану
жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі жоғары болады.
Бұл ақпарат анық емес басқарудың моделін жүзеге асыру үшін
қолданылатын анық емес шығысы бар жүйенің ережелер қорын құруда
қолданылады.
2.4.2 Анық емес лингвистикалық ережелер қорын құру
Анық емес шығысы бар жүйенің ережелер қорын құру барысында алдымен
шығыс және кіріс лингвистикалық айнымалыларын анықтап алу қажет. Кіріс
лингвистикалық айнымалыларының бірі ретінде ӨК-ның температурасы: x1 –
ӨК-ның температурасы, екінші кіріс лингвистикалық айнымалы ретінде: x2 –
ӨК-дағы қысым, үшінші кіріс лингвистикалық айнымалы ретінде: x3 – ӨК-
дағы қоспаның жану жылдамдығы деп қарастырамыз. Шығыс лингвистикалық
айнымалы ретінде: у – үрдіс тиімділігі (жалын тұрақтылығы) деп аламыз.
Ережелердің жазылуы қысқарту үшін әрбір айнымалылар үшін төмендегі
белгілеулерді қолданамыз.
Кесте 1 – Шартты белгілеулер
Белгілеулер Латын тілінде Түсініктеме
Min Minimum Минималды
VS Very Small Өте аз
S Small Аз
M Middle Орташа
Opt Optimal Тиімді
Big Big Жоғары
VB Very Big Өте жоғары
1 кестенің жалғасы
Max Maximum Максималды
Бұл жағдайда анық емес шығысы бар жүйе келесі 20 ережені құрайды:
Ереже 1: Егер “x1 – S” және “x2 – Opt” және “x3 – M” онда “y – Min”
Ереже 2: Егер “x1 – VS” және “x2 – Opt” және “x3 – Max” онда “y – M”
Ереже 3: Егер “x1 – Opt” және “x2 – S” және “x3 – S” онда “y –
M”
Ереже 4: Егер “x1 – Opt” және “x2 – S” және “x3 – Max” онда “y – Big”
Ереже 5: Егер “x1 – Opt” және “x2 – Opt” және “x3 – Min” онда “y – M”
Ереже 6: Егер “x1 – Opt” және “x2 – Opt” және “x3 – M” онда “y – Big”
Ереже 7: Егер “x1 – Opt” және “x2 – Opt” және “x3 – Max” онда “y – Max”
Ереже 8: Егер “x1 – Big” және “x2 – Opt” және “x3 – S” онда “y – S”
Ереже 9: Егер “x1 – Big” және “x2 – Opt” және “x3 – Big” онда “y – M”
Ереже 10: Егер “x1 – Big” және “x2 – Opt” және “x3 – Max” онда “y – Max”
Ереже 11: Егер “x1 – VB” және “x2 – Opt” және “x3 – Min” онда “y – Min”
Ереже 12: Егер “x1 – VB” және “x2 – Opt” және “x3 – Max” онда “y – M”
Ереже 13: Егер “x1 – Opt” және “x2 – VB” және “x3 – M” онда “y – S”
Ереже 14: Егер “x1 – Opt” және “x2 – VB” және “x3 – Max” онда “y – M”
Ереже 15: Егер “x1 – S” және “x2 – Opt” және “x3 – M” онда “y – M”
Ереже 16: Егер “x1 – S” және “x2 – Opt” және “x3 – Max” онда “y – Big”
Ереже 17: Егер “x1 – VB” және “x2 – Opt” және “x3 – S” онда “y – Min”
Ереже 18: Егер “x1 – VB” және “x2 – Opt” және “x3 – Big” онда “y – S”
Ереже 19: Егер “x1 – Opt” және “x2 – Big” және “x3 – M” онда “y – M”
Ереже 20: Егер “x1 – Opt” және “x2 – Big” және “x3 – Max” онда “y – Big”
Бірінші лингвистикалық айнымалының терм-жиыны ретінде Т1 = (өте аз,
аз, тиімді, жоғары, өте жоғары) қолданылады, шартты түрдегі
белгілеулер арқылы жазатын болсақ: Т1 = (VS, S, Opt, Big, VB), оның
функциясы 8 суретте көрсетілген. Екінші лингвистикалық айнымалының терм-
жиыны ретінде Т2 = ( аз, тиімді, жоғары, өте жоғары, ең жоғары,)
қолданылады, шартты түрдегі белгілеулер арқылы жазатын болсақ: Т2 = (S,
Opt, Big, VB, Biggest), оның функциясы 9 суретте көрсетілген. Үшінші
лингвистикалық айнымалының терм-жиыны ретінде Т3 = ( минималды, аз,
орташа, жоғары, максималды,) қолданылады, шартты түрдегі белгілеулер
арқылы жазатын болсақ: Т3 = (Min, S, M, Big, Max), оның функциясы 10
суретте көрсетілген. Шығыс лингвистикалық айнымалының терм-жиыны ретінде
Т4 = (минималды, аз, орташа, жоғары, максималды) қолданылады,
шартты түрдегі белгілеулер арқылы жазатын болсақ: Т4 = (Min, S, M, Big,
Max), оның функциясы 11 суретте көрсетілген.
Сурет 8 - Өртеу камерасының температурасы кіріс лингвистикалық
айнымалысының функция графигі.
Сурет 9 - Өртеу камерасының қысымы кіріс лингвистикалық айнымалысының
функция графигі.
Сурет 10 - Жану жылдамдығы кіріс лингвистикалық айнымалысының функция
графигі.
Сурет 11 - Үрдістің тиімділігі шығыс лингвистикалық айнымалысының функция
графигі.
Сонымен қатар температура Цельсия градусымен өлшенеді, қысымның өлшем
бірлігі - МПа, химиялық реакцияның жылдамдығының өлшем бірлігі - метр
секундына (мс), ал үрдістің тиімділігі (жалынның тұрақтылығы) пайызбен
өлшенеді.
2.5 Оқу үрдісі
Анық емес реттегіштің оқуы сыртқы жүйе арқылы жүзеге асады. Алғашқы
басқару жүйесінің тұрақтылық шарттары қойылған кездегі анық емес реттегіші
бар жүйенің тұрақтылығын қамтамасыз ететін негізгі контурдағы басқару
үрдістеріне қарағанда оқыту үрдісі айтарлықтай жәй жүруі керек.
Анық емес реттегіштің оқыту үрдісі келесі ретпен жүзеге аспақ. Оқыту
жүйесі орнықты жұмыс тәртібін шақырады және анық емес реттегішті
модификациялауға қорытынды жасайды. Реттегіштің шығысында тұрақты құраушы
шыққан сайын модификация талап етіледі. Тұрақты құраушының өлшемі берілу
өлшемінен өте көп болса, онда жүйе жаңа ереже нұсқауы ретінде анық емес
реттегіштің кіріс мәндерінің ағымдағы векторын енгізеді. Бұл ереженің
қорытындысын келесі формуламен сипаттауға болады:
y = yрст + yс
(2.5.1)
мұндағы yрст – реттегіш шығысының статикалық құраушысы ( Wр(p) блогы); yс –
анық емес логика блогының ағымдағы шығысы.
Реттегіш шығысының статикалық құраушысын алу үшін сүзгілеудің
(фильтрация) қандай да бір алгоритмін қолдануға болады. Одан басқа, ереже
реттегіш шығысының тербеліс құлашы белгіленген шектен асса ғана енгізіледі.
Жад қорының бөлінуін бақылауын және ережелердің жаңаруын қамтамасыз
ететін ережелер қоры белгілі ережелер санымен шектелген. Егер жаңа ереже
толған деректер қорына енсе, онда сол деректер қорына ең бірінші болып
енген ереже алып тасталынады.
Айта кетелік, анық емес реттегішке жаңа ереже түскен бетте қосынды
басқару әсері yс шамаға өзгереді, яғни нышанның кірісіне ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе
1 Технологиялық
бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...7
1.1 Газды утилизациялау зауытының
қызметі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
1.2 Газды турбиналық қондырғының (ГТҚ)
циклдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... .7
1.3 Газды турбиналық қондырғының (ГТҚ) жұмыс істеу принципі ... ... ...10
1.4 Өртеу камерасының жұмыс істеу принципі мен
құрылымы ... ... ... ... .12
1.5 Мұнайға серік газдардың химиялық
құрамы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... .16
2 Мұнайға серік газдарды утилизациялау кезіндегі ГТҚ-ның өртеу
камерасындағы үрдісті басқару жүйесін
құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .18
2.1 Басқару нышаны ретінде қарастырылатын технологиялық үрдістің
сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
2.2 ГТҚ-ның өртеу камерасындағы үрдісті басқару құрылымын құру. Жобалау
және зерттеу тапсырмасын
анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
2.3 ГТҚ-ның өртеу камерасындағы үрдістің математикалық аппаратын құру.
Программа құраушысының
сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 22
2.4 ГТҚ-ның өртеу камерасындағы үрдісті басқарудың зиятты ішкі жүйесін
құру. Адаптивті анық емес реттегіштің ұйымдастыру
қағидасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
2.4.1 Тапсырманың мазмұнды
қойылуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...26
2.4.2 Анық емес лингвистикалық ережелер қорын
құру ... ... ... ... ... ... .27
2.5 Оқу
үрдісі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .30
2.6 Өртеу камерасындағы жалынды автоматты түрде тұрақтандыратын
ішкі жүйе
құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... .31
2.6.1 Нышанның статикалық және динамикалық сипаттамаларын
анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..31
2.6.2 Реттегіштің тиімді реттелетін параметрлерін
есептеу ... ... ... ... ...34
2.6.3 Өтпелі үрдісті
құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... 36
2.7 ГТҚ-ның АБЖ-сін
құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...38
2.7.1 ГТҚ-ның АБЖ-сінің ақпараттық
жабдықтауы ... ... ... ... ... ... . ... ...38
2.7.2 ГТҚ-ның АБЖ-сін ұйымдастыруды
жабдықтау ... ... ... ... ... ... .. ...40
2.7.3 ГТҚ-ның АБЖ-сінің алгоритмдік және программалық
жабдықтау ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42
2.7.4 Өтпелі үрдісті есептеу
алгоритмі ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ...43
2.7.5 ГТҚ-ның АБЖ-сінің техникалық
жабдықтау ... ... ... ... ... ... .. ... ... 45
2.7.5.1 Техникалық құрал-жабдықтар
құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... .49
2.7.5.2 Қолданылған
аспаптар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..50
2.7.5.3 Автоматтандыру сызбасын
сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .51
3 Экономикалық
бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...52
3.1 ГТҚ-ның АБЖ-н ендірудің экономикалық тиімділігінің
негізі ... ... ... ..52
3.2 ГТҚ-ның АБЖ-н ендірудің экономикалық тиімділігі мен
өтелімділік мерзімін
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... .52
3.2.1 Қызметкерлердің төлемақысы (әлеуметтік мұқтаждар аударылымын
есепке ала
отырып) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 52
3.2.2 Автоматтандыру құрал-жабдықтары мен аспаптарына кететін
шығын ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..53
3.2.3 Басқару жүйесін қолдану кезіндегі шығындарды
анықтау ... ... ... 55
3.2.4 Қызметкерлер үшін жалпы жалақының жылдық қорын
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...56
3.3 Экономикалық тиімділікті
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .57
4 Еңбекті қорғау
бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...59
4.1 Еңбекті қорғау түсінігі. Еңбекті қорғау жайлы ұлттық саясаттың
негізгі
қағидалары ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... 59
2. Еңбекті қорғауды
ұйымдастыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
...60
4.3 Өндірістік факторлар
классификациясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..61
4.4 Төтенше жағдайдың алдын-алу
шаралары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...61
4.4.1 Апат, өрт, жарылыс және басқа да төтенше жағдайдың
себептері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...61
4.4.2 Өрт және басқа да төтенше жағдай кезіндегі міндеттемелер мен іс-
қимылдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 62
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер тізімі
Тақырыбы: Мұнай газ саласындағы газды утилизациялау процесін
автоматтандыру
Кіріспе
Мұнайға серік газды жинау, дайындау, тасымалдау және өңдеу үшін жаңа
инфрақұрылым құру қажет. Бұл мәселе барлық мұнай өндіретін өнеркәсіптердің
кезектегі проблемасы. Бұған дейін, тіпті қазіргі уақытта да мұнайға серік
газдар факелдерде өртелініп, атмосфераға едәуір зиян келтіруде. Факелдерде
өртелінген газдан қоршаған ортаға түсетін зиянды компоненттер адам
ағзасының физиологиялық деңгейде дұрыс жұмыс істеуіне, айта кетелік, жүйке
жүйесіне, иммундық жүйеге кері әсерін тигізуде.
Экологиялық тұрғыдан мұнайға серік газдарды толығымен утилизациялау –
мұнай кеніштерінің орналасу аумағының экологиялық жағдайын жақсарту демесек
те, әрі қарай ластануына тосқауыл болатыны кепіл.
Мұнайға серік газды утилизациялаудың 2 бағыты болуы мүмкін:
1. Энергетикалық.
Көбіне газды утилизациялау осы бағытта жүреді, себебі энергетикалық
өндіріс нарықта шектелмеген үлкен сұраныста. Мұнайға серік газ –
экологиялық тұрғыдан таза отын болып табылады. Мұнай өндірісіне энергия
үлкен мөлшерде қажет және серіктес газды энергия өндіру бағытында қолдану
экономикалық тұрғыдан тиімді.
2. Мұнай химиялық.
Мұнайға серік газды өндіру барысында құрғақ газ, бензин, жеңіл
көмірсутектердің кең фракциясы (ЖККФ) бөлінеді. ЖККФ-сы каучук, пластмасса
және басқа да мұнай химия өндіріс саласының шикізаты болып табылады.
Өндірістің дамуы қазіргі заман талабына сай жаңа, алдыңғы қатарлы
технологияны қолдануы ықпал болмақ. Өндірістің өнімділігін арттыру, кез-
келген өндірістік шығындарды азайту, басқару сапасын жақсарту мақсатында
жаңа автоматтандырылған басқару және бақылау жүйесін құру қажет.
Дипломдық жобаның басты мақсаты мұнай-газ саласындағы мұнайға серік
газдарды утилизациялау, яғни әрі қарай өндіріп қолданысқа жіберу болып
табылады. Газды турбиналық қондырғыға (ГТҚ) жіберу арқылы электр энергиясын
өндіріп, әрі қарай электр желісіне беру мақсатында жаңа басқару жүйесін
құру қажет.
Бұл дипломдық жобаның мақсаты ГТҚ-дағы мұнайға серік газын
утилизациялау технологиялық үрдісті автоматтандыру және зерттеу.
Мұнайға серік газды утилизациялау кезінде ГТҚ-ның өртеу камерасындағы
үрдісті басқару жүйесі құрылған.
Утилизациялау үрдісі ГТҚ-ның газ-ауалық басқару тапсырмасының
шешімдеріне қатаң талап қоюымен ерекшеленеді. Бірақ қазіргі уақыттағы
басқару тәжірибелері үлкен нәтижелер бермеді. Сондықтан күрделі нышан үшін
жасалған басқару жүйесін құру барысында автоматты басқару жүйесін құру
сұрақтарына көп көңіл бөлінді. Жаңа жүйені құру кезінде программалық
жабдықтау, айта кетелік, анық емес логиканы қолдану арқылы құрылған.
Программалық жабдықтауды келесі тапсырмаларды шешу үшін қолданылған:
- басқару нышанын айғақтау және алынған моделді бейімдеу арқылы басқару
тапсырмаларын шешу;
- басқару жүйесінің құрылымын таңдау;
- басқару жүйесінің техникалық құрал-жабдықтарын таңдау және
математикалық жабдықтауды құру.
Дипломдық жобада Құмкөл кенішінде орналасқан газды утилизациялау
зауытындағы ГТҚ-ның АБЖ-сін ендірудің экономикалық тиімділігі мен
өтелімділік мерзімін есептеу келтірілген. Еңбекті қорғау және қауіпсіздік
техникасы сұрақтары қарастырылған. Қоршаған ортаны қорғау, төтенше
жағдайларды алдын-алу шараларына көңіл бөлінген.
1 Технологиялық бөлім
1.1 Газды утилизациялау зауытының қызметі
Петро Қазақстан компаниясының қоршаған ортаны қорғауға бағытталған
ең үлкен жобаларының бірі – Газды утилизациялау зауытын құру (сурет 1).
Сурет 1 - Газды утилизациялау зауыты
2001 жылдың 27 ақпан айында компания басшылар кеңесінде Құмкөл мұнай
кенішінде серіктес газды утилизациялайтын электргенератор қондырғысын
орнатуға қаржы бөлінген. Құрылыс 2002 жылдың басында басталды.
Инвестициялық салым 46 млн. АҚШ долларын құрады. Зауыт жылына 177 млн. м3
газын пайдаға жаратып, 55 мегаватт электр энергиясын өндіреді. Өндірілген
электр энергиясының үлкен бөлігі компанияның объектілерінде қолданылады.
Бұл жобаның ерекшелігі – оның кешендігі, яғни өнімнің құбырдан бастап
электр энергиясы айналуға дейін толық, қалдықсыз өңделуі.
Жобаның экологиялық артықшылығына келетін болсақ, газды утилизациялау
зауытын іске қосу мұнай өңдіру барысында атмосфераны ластаудың тікелей және
жанама факторларын жою.
2. Газды турбиналық қондырғының (ГТҚ) циклдері
Жұмыс ортасындағы қабылдау және берілу жылуы мен жасалынған жұмысты
жылу қозғалтқышының жұмыс денесі (ауа мен өртеу өнімдері), яғни идеал газ
деп қарастыруымызға болады. Оның күйін келесі теңдікпен сипаттауға болады:
(1.2.1)
мұңдағы - қысым, Па
- 1 мольдің қөлемі, кез келген газ үшін 22,4
м3моль
- газ тұрақтысы
- температура, К
Молекулярлық массасы болатын нақты газдар мен газ қоспалары
үшін:
(1.2.2)
- тұрақты көлем мен - тұрақты қысым кезінде идеал газдың
салыстырмалы жылусыйымдылығы қысым мен температураға тәуелсіз. Нақты
мәнінде температура ұлғаюымен жылусыйымдық қатты өзгермейді, ол газ немесе
газ қоспасының құрамына байланысты.
Тұрақты энтропия (изоэнтроптық) процестер келесі теңдікпен
сипатталады:
(1.2.3)
(1.2.1) ескере отырып келесі қатынасты аламыз:
(1.2.4)
мұңдағы ,
1 және 2 индекстері - бастапқы және соңғы күйді білдіреді.
Изоэнтроптық процестерді есептеу үшін келесі теңдік ыңғайлы:
(1.2.5)
Екі кез келген қималар үшін жазылған орныққан ағынның энергиясын
сақтау теңдігі:
(1.2.6)
мұңдағы - энтальпия;
- бөлінген жылу;
- жұмсалған жұмыс;
- ағын жылдамдығы.
Жылу алмасусыз жүретін процестер (адиабатиялық, ) үшін жұмыс
келесі формуламен бейнеленеді:
(1.2.7)
мұңдағы, - толық салыстырмалы энтальпия.
Идеал газ үшін:
(1.2.8)
компрессорда жұмсалатын жұмыс,
(1.2.9)
турбинада жұмсалатын жұмыс,
(1.2.10)
(1.2.5)-дан -ны ауыстыра отырып, изоэнтроптық қысу процесінің жұмысын
аламыз:
(1.2.11)
Ал кеңею процесінің жұмысы:
(1.2.12)
мұңдағы, - компрессордағы қысу дәрежесі;
- турбинадағы кеңею дәрежесі.
Қысу кезінде жұмсалынған қуат:
,
(1.2.13)
және кеңею кезінде жұмсалған қуат:
(1.2.14)
мұңдағы - энергия шығыны;
- компрессордың изоэнтропты ПӘК-і;
- турбинаның изоэнтропты ПӘК-і.
Келесі өрнекті интегралдау әдісімен (1.2.11) және (1.2.12)
теңдіктерін алуға болады (орныққан ағын жұмысы үшін):
(1.2.15)
Қарапайым ГТҚ ауа қысатын компрессор, осы қысылған ауа ортасында
өртеу камерасында отын өртенеді және турбина өртеу өнімдері кеңеюі жүреді.
Кеңею процесі кезінде газдың орташа температурасы қысу кезіндегі ауа
температурасынан жоғары болғандықтан, турбина шығынды ескере отырып,
компрессор күрекшелерінің айналуына керекті қуаттан да артық қуат өндіре
алады. Олардың айырымы ГТҚ-ң пайдалы қуатын береді.
Жұмыс денесі (ауа, өртеу өнімдері) әрдайым жаңарып отырады,
атмосферадан алынады, атмосфераға түседі.
ГТҚ-ң ПӘК-і пайдалы қуаттың отын өртеу кезіндегі жылу шығынына қатынасын
білдіреді:
(1.2.16)
1.3 Газды турбиналық қондырғының (ГТҚ) жұмыс істеу принципі
Газ турбинасы – біртекті ағымдық қозғалтқыш. Отынды өртеу газдың қысу
температурасының ұлғаюына алып келеді. Компрессор ауаны сорып, оны қысып
өртеу камерасына жібереді. Осы камераға отын да түседі және оны өртеу
нәтижесінде ауа қызады. Осы ыстық ауа турбина бойымен жүріп энергия
шығарады.
Газ турбинасы – газдың потенциалдық энергиясы кинетикалық энергияға,
кинетикалық энергиясы айналу валының механикалық энергияға айналуы жүретін
күш қозғалтқышы. Турбина валы жұмыс машинасымен жалғасқан.
Жұмыс денесінің потенциалдық энергиясының кинетикалық энергияға айналу
сипатына қарай турбина активті және реактивті болып бөлінеді. ГТҚ-да жұмыс
циклінің 2 түрі қолданылады: тұйықталмаған және тұйықталған.
Сурет 1.1 - Тұйықталмаған цикл
1-компрессор; 2-өртеу камерасы; 3-газ турбинасы; 4-электр генератор; 5-
электрқозғалтқыш; 6-ауа сорабы; 7-сүзгіш; 8-шығу түбекшесі; 9-отын сорабы.
Тұйықталмаған циклде (сурет 1.1) компрессор тазарту сүзгіші арқылы
атмосферадан ауа сорып, белгілі бір қысыммен өртеу камерасына жібереді,
сонымен қатар өртеу камерасы сұйық немесе газ тәріздес отын да түседі.
Өртеу камерасындағы өртелінген өнімдер мен ауаның араласуы нәтижесіндегі
ыстық газ туринаға келіп түседі. Газ турбинасында газдың жылу энергиясы
айналу валының механикалық жұмысына алып келеді. Өңделген газ шығу
түбекшесі арқылы атмосфераға шығады. ГТҚ-ның жұмысын электрқозғалтқыш іске
қосады.
Тұйықталған циклде де ауа – жұмыс денесі болып табылады, бірақ тұйық
контурда айналады: компрессор-пеш-турбина-ауа салқындатқыш-қайтадан
компрессор т.с.с. Компрессор ауаны жұмыс қысымына дейін қысады, ал қыздыру
процесін пеште жасайды. ГТҚ-ны іске қосу үшін электр қозғалтқыш
қолданылады, ал контурды толықтыру үшін – сүзгішті ауа насосы мен бекіту
вентилі қолданылады. Тұйықталған жұмыс істеу циклі күрделірек болғандықтан
басқа да қосымша құрама жабдықтарды талап етеді. Осы циклдің ең басты
артықшылығы – кез-келген отын түрін қолдану, яғни қатты түрін де.
Тұйықталмаған циклде отынның қатты түрі қолданылмайды.
Жоғары қысымды газ кіріс компрессорлардан коллекторге келіп түседі.
Коллектордағы қысымды қысым регуляторы арқылы реттейді. Коллектордағы газ
апаттық тоқтату клапаны арқылы отындық газ дайындау бөлімшесіне түседі.
Отынды дайындау бөлімшесі отындық газдың құрамындағы сұйықты бөліп
алу, оны әрі қарай сүзу және қажетті температураға дейін қыздыру үшін
қажет.
Құрылымға 2 сепаратор, жылуайырбастағыш, реттегіш, бақылау-өлшеу
құралдары. Сепараторлар, бірі-бірінің үстіне орнатылған цилиндр тәріздес
ыдыстар. Әр қайсысы 2 бөліктен тұрады. Жоғарғы сепаратордың бірінші
бөлігінде газдан сұйықты ажырату (сепарация) процесі жүрсе, екіншісінде
газды сүзу процесі жүреді. Төменгі сепаратор жоғарғы сепаратордан түсетін
сұйықты жинау процесі жүреді. Төменгі сепаратордағы сұйық деңгейін реттетін
реттегіштер бар.
Шығыста газдың температурасы 70 0С болу үшін қыздыру пешінде сүзілген
газды қыздырады. Газ температурасын қыздыру пешіндегі жылу тасымалдағыштың
ағынын өзгерту арқылы температура реттегішімен реттейді.
1.4 Өртеу камерасының жұмыс істеу принципі мен құрылымы
Техникалық талаптар мен негізгі көрсеткіштер. ГТҚ-да қолданылатын
негізгі отын түрі газ болып табылады. Газдың құрамының көбісі көмірсутектер
болып табылады.
Табиғи газдардың құрамында көбіне метан (СН4) ғана болса, ал мұнайға
серік газ құрамы С2Н6, С3Н8, С4Н10 и С5Н12.
Мұнайға серік газдардың құрылымы әртүрлі күрделі молекулалардан
құрылған. Әдетте, сутектің салмақтық үлесі 11-13,5%, ал көміртектің
салмақтық үлесі 86-87,5%.
Көп жағдайда отынның құрамында күкірт, оттегі, азот, ылғал және
жанбайтын заттар кездеседі.
Отын жану кезінде жылу бөлінеді, өлшем бірлігі - кДжкг. Жылу мөлшерін
келесі формула арқылы анықтауға болады:
(1.4.1)
мұндағы - отындағы ылғал мен басқа да компоненттердің массалық үлесі.
Сутектің қышқылдану кезінде бөлінетін немесе отынның өзінде болатын
ылғал өртеу өнімдерінің құрамы сұйық немесе бу түрінде болуы мүмкін. Осыған
байланысты төмен және жоғарғы өртену жылуы болып бөлінеді.
Соңғысы (1.4.1) формуласы арқылы анықталады кДжкг. ГТҚ-да ылғалды
теңгеру мүмкіндігі жоқ, сондықтан есептеу барысында қолданамыз.
анықтау үшін 288 К стандартты температурасы қолданылады.
Өртеу камерасындағы үрдістерді есептеу материялық және жылулық баланс
негізінде жасалады:
(1.4.2)
мұндағы .
Теория жүзінде отынның толық өртенуіне қажетті ауа шығыны қарапайым
реакциялардың материалдық балансының молекулярлық және атомдық салмақтары
арқылы анықталады, ауадағы оттегінің көлемдік үлесі мен массалық
үлесі ескеріледі. Теория жүзінде сұйық отынның өртенуіне қажетті ауа
көлемі, м3кг (Т=273К, р=0,1013 МПа),
(1.4.3)
(1.4.4)
мұнайға серік газ үшін
(1.4.5)
(1.4.6)
Ауаның қажетті артықтығымен отынның жану шартын стехиометрлік (сайма-
сайлық) деп атайды, яғни ауаның нақты өртеу камерасына түсетін көлемінің
теория жүзінде қажетті ауа мөлшеріне қатысын -ауаның артылу
коэффициенті. Көбіне кері қатынасты қолданған ыңғайлы (отынның артылу
коэффициенті).
ГТҚ-ның экономикалық тиімділігіне әсер ететін басты факторлардың бірі
- өртеу камерасындағы жүретін үрдістің сапалылығы, яғни отынның толығымен
жануы мен кедергі (өртеу камерасындағы қысымның жоғалуы).
Отынның толығымен жануы жылу ПӘК-імен бағаланады. ПӘК-і жұмыс денесіне
іс жүзінде берілген жылудың отын жылуына қатысын білдіреді:
(1.4.7)
Жоғары калориялық отын, яғни табиғи газ немесе мұнайға серік газдарды
қолданғанда салыстырмалы энтальпия үлкен: .
Жану үрдісі. Отын мен ауа қоспасының химиялық реакция ретінде
қабылданатын уақыт бірлігінде әсерлесетін затының моль саны тең деп
есептейміз:
(1.4.8)
реакция уақыты
(1.4.9)
мұндағы -const;
- молекулаларды активациялау энергиясы.
Көмірсутекті жану реакциясы үшін активации молекулаларды активациялау
энергиясы - 80-160 кДж(г моль).
(1.4.8) және (1.4.9) қатынастары сапалық бағалауға арналған, себебі
жану тізбетік механизм болып табылады және атом мен радикал сияқты аралық
активті центрлер түзеді. Әрине, бұл центрлер үрдісті күрт үдетеді.
Қысымның, көбіне температураның жоғарылауына байланысты реакция ағыны
үдейді. Айталық, температура мен уақыт ішінде отынның
қышқылдануы 99,5-99,8%-бен өтеді.
температура кезінде реакция жылдамдығы ең үлкен болады;
кезінде кері реакция жылдамдығы үлкейіп, жанудың аяқталуына кедергі болатын
Н2О мен СО2 ажырауы байқала бастайды.
Қарапайым жану моделіне сәйкес отынның қышқылдануының химиялық
реакциясы жану шебі деп аталатын жұқа қабатта өтеді. Жану шебі ауа мен
отынды өртеу өнімдерінің қоспасынан бөледі.
Жалынның пайда болуын және орнықтылығын қамтамасыз ету үшін реакция
қажетті деңгейде өте алатын қоспа керек, және реакция барысындағы жылу
өртеу өнімдерінің температурасын айтарлықтай көтеруге мүмкіндігі жеткілікті
болуы қажет. Жану үрдісінде пайда болған атомдар мен радикалдардың
араласуы мен жылуөткізгіштігінің әсерінен көрші қабаттардың қызуына, яғни
оларда химиялық реакцияның жүруіне алып келеді. Нәтижесінде жалын шебі
қоспа бағытында жылжиды. Жалын шебінің таралуының ең үлкен жылдамдығы
стехиометрлік емес, аса байытылған қоспаларда () мәресіне жетеді.
ауа мен басқа да әртүрлі жанғыш заттар қоспасы үшін 0,35—2,7 мс-ке
тең. Егер қоспа температурасы 370 К-ден 670 К-ге дейін көтерілсе, 5-
15 есе үлкейеді.
Турбуленттік ағындарда жалын шебі үздіксіз жұқа қабат емес, көп
мөлшердегі ошақтар шашыраңқысы ретінде болады. Оның қозғалысының жылдамдығы
айтарлықта өседі. Егер нашар ағатын дене енген ағын бөлігінде ауа
ағынындағы жану орнықтылығы күрт өседі, себебі жылдамдық мәні төмен, тіпті
теріс болуы да мүмкін. Тиімді қоспа құрамының айтарлықтай ауытқуы –
төмендеуі немесе өсуі, ауа артылуы – реакция кезіндегі жылу бөліну мен оның
жылдамдығы төмендеуіне алып келеді. Ол шала жану, тіпті жану тоқтап қалуына
себеп болады, яғни жалынның ысырылуына алып келеді. Жалынның ысырылуы
кезіндегі газ жылдамдығы:
(1.4.10)
мұндағы - геометриялық өлшем;
—температураөткізгіштік.
Ауа мен отын қоспасының аса байытылу (отынның көптігі, 1)
немесе аса кедейлену (отынның аздығы, 1) кезіндегі жыллынның
ысырылуы салыстырмалы төмен жылдамдықпен өтеді. Орнықтылықтың ең үлкен мәні
(ысырылудың ең үлкен жылдамдығы) стехиометрлікке сәйкес келеді, бірақ
қоспаның құрамы аса байытылған (2 суреттегі 1 қисығы).
Ауа мен отын араласуы кезіндегі жану үрдісінің жылдамыдығына химиялық
реакция емес, диффузиондық салмақтасымалдағыш үрдісі кедергі болады. Мұндай
жану диффузионды жану деп аталады. Сұйық немесе газтәріздес отын жану
бөлімшесіне ұсақ шашыраңқы түрде түседі, және ауамен активті түрде араласа
бастайды. Ауа артылуының орташа коэффициенті мен ағын жылдамдығын өзгерту
барысында орнықты жану шектері айтарлықтай кеңейеді. ГТҚ-ның өртеу
камерасына сай турбуленттік ағын кезінде, қоспа дайындау турбуленттік
диффузия нәтижесінде жүреді, ал жалын ұзындығы қысқарады және ағын
жылдамдығына тәуелсіз. Жанудың үдеуі мен жалынның ұзындығының қысқаруы ауа
мен отын араласу барысындағы ауа артылуына алып келеді.
Диффузионды жану кезінде болатын жалын ысырылуы, жану бөліміне
түсетін: 1) отынның көптігі (1, қоспаның аса байыту кезіндегі
ысырылу); 2) ауаның көптігі (1, аса кедею кезіндегі ысырылу); 3) отын
менауның көптігі, ағын жылдамдығы мен араласу жылдамдығын үлкен болуы.
Ысырылу алдындағы жалын шебінің қалындауы удеуді тудырады, ал
температураның төмендеуі жану реакциясының баяулауын тудырады. Осының
арқасында, үрдісті интенсификациялау шегі пайда болады және реакция
жылдамдығы ең үлкен мәніне жетеді. Кинетикалық және диффузионды жану
кезіндегі жалын ысырылуының жылдамдығының қоспа құрамынан сапалық
тәуелділіктері 2 суретте көрсетілген (отын ауа қатынасы, 1).
Сурет 2 – Жану үрдісінің ең үлен орнықтылық шарттары.
1-2 – сәйкесінше кинетикалық және диффузионды жану
Біртекті ауа және отын қоспасының жануына қарағанда, диффузионды
жанудың орташа жылдамдығы төмен. Оның ең үлкен мәні тұрақтандырғыштың
стехиометрлік қатынастары кезінде қол жеткізіледі, оның орташа мәні -
1. Диффузионды жану кезінде толығымен жану да төмен, себебі отынның
бір бөлігі төмендетілген температурамен факелдің сыртқы қабатына түсуі
мүмкін. Ауа артылуының орташа коэффициентінің айтарлықтай өзгерісі кезінде
ғана толығымен жануды қамтамасыз етеді, бұл аз, бірақ тезникалық жағынан
жеткілікті шарт болып табылады (99,5-99,9 %-ға дейін). Бірақ гомогенді
қоспаларды өртеу кезінде бұндай өзгеріс мүмкін емес. Температураның мен ауа
қысымының төмендеуі, ағынның турбуленттілігінің ұлғаюы, отын тамшыларының
диаметрінің ұлғаюы немесе орынауыстырудың нашарлауы орнықты жану диапазонын
қысқартады (1.3 суреттегі нұсқама).
1.5 Мұнайға серік газдардың химиялық құрамы
Барлық көмірсутек газдарын шығу тегі бойынша үлкен топқа бөлуге
болады:
1.Біріншілік көмірсутек газдары – жер қойнауынан тікелей өндірілетін
газдар. Жер қойнауында таралуы және құрамы бойынша олар табиғи және мұнайға
серік газдар болып бөлінеді. Табиғи газдарға таза газ кен орындарының
газдары жатады. Газконденсатты кен орындарының газдары жер бетіне аз
мөлшерде (50-500 гнм3 газ) 200-300 0С-қа дейін қайнайтын ауыр
көмірсутектерді (конденсаттарды) шығарады.
Серік газдар – мұнай кен орындарында мұнаймен бірге өндірілетін газдар.
2. Екіншілік көмірсутек газдары – мұнайды өңдегенде табиғи мұнай
көмірсутектерінің термокатализдік түрленуі (деструкциялануы) есебінен
түзілетін жеңіл көмірсутектер. Бұл газдардың құрамында, әдетте, метаннан
пентанға дейінгі көмірсутектер болады, олар қаныққан немесе қанықпаған
болуы мүмкін.
Мұнайға серік газдар – мұнайдан пласт қысымын (ондаған МПа) мұнайды
дайындау қондырғыларының сепараторлырының қысымына ( ≈1,0 МПа) дейін
төмендету кезінде бөлінетін мұнайдың жеңіл көмірсутектік бөлігі.
Мұнайға серік газдардың құрамы күрделі: олардың көпшілігінде гексан
C6H14 және одан жоғары көмірсутектер бар. Бұл газдарда метан CH4 және
этанның C2H6 үлесі 33 %-дан 92 %-ға дейін, метан және этанның жалпы типтік
үлесі 60-75 %, пентан және одан да жоғары көмірсутектердің жалпы үлесі 1,5-
3 %. Пропан және одан жоғары көмірсутектер газдар үшін конденсацияланатын
деп есептеледі де, әдетте, олар газды өңдегенде бөлініп алынады. Мұнайға
серік газдарда мұндай көмірсутектер 300-1200 гм3, табиғи газдарда – 20-100
гм3.
Серіктес газдарда инертті компоненттер – азот N2 және көмірқышқыл
газы CO2 (1-10 %), кейде күкіртсутек H2S бар.
Мұнайға серік газдарды өңдеу өнімдері:
1) тауарлы газ, ол өнеркәсіптік және тұрмыстық отын ретінде газ
құбырларына жіберіледі;
2) газ өңдеу процесінде газдан бөлініп алынған C3-C6 жеңіл
көмірсутектердің кең фракциясы (ЖККФ);
3) сұйытылған газ – ЖККФ-тан бөлініп алынған С3 және С4 көмірсутектерінің
концентраты;
4) тұрақты газ конденсаты;
2 Мұнайға серік газдарды утилизациялау кезіндегі ГТҚ-ның өртеу
камерасындағы үрдісті басқару жүйесін құру
2.1 Басқару нышаны ретінде қарастырылатын технологиялық үрдістің
сипаттамасы
Электр энергиясын өндіру барысында әсер ететін негізгі факторлар:
- қоршаған ортаның температурасы, себебі температура жоғары болған кезде
турбинаның аса қызып кетпеуі үшін турбинаға түсетін жүктемені азайту керек;
- газды жеткізу, реттеу, себебі газ қысымының төмендеуіне байланысты
өндірілетін электр энергиясының қуаты төмендейді. Сол себептен, газды дұрыс
реттеп жіберу керек.
Электр энергиясын тұтынудың өсуі әсерінен турбинаға түсетін жүктеме де
өседі, сондықтан турбинаның айналу жиілігін сақтап тұру үшін қолданылатын
газдың қысымын және соған байланысты көлемін көбейту керек, ал егер газдың
жеткізуі шектелінсе, ГТҚ-ның қуаты да шектелінеді.
Одан басқа, ең маңызды параметрлердің бірі өртеу камерасындағы
алаудың сақталуын, қозуын, температурасын Procontrol P-44 реттелетін газ-
ауалық бүріккіштің ашылуыжабылуы.
Магистральдағы газ қысымның қажеттілігінен аз болғандықтан ауа
қысатын компрессор қондырылады. Осылай, газ ГТҚ-ға белгілі қысыммен келеді
және сонымен қатар діріл мен лүпіл ГТҚ басқару щитінен, яғни Procontrol P-
44 модульдерінен бақыланатын және реттелетін параметрлерге тәуелді.
2.2 ГТҚ-ның өртеу камерасындағы үрдісті басқару құрылымын құру.
Жобалау және зерттеу тапсырмасын анықтау
Өртеу камерасындағы үрдісті басқару тапсырмасы жұмыс тәртібінің
таңдалуын қамтамасыз етеді. Таңдалынған жұмыс тәртібі барысында газ бен
ауаның араласуы нәтижесінде туындайтын үрдістің, яғни жану жыдамдығы мен
салыстырмалы шығындары кезінде өртеу камерасында қажетті орнықты жануды алу
– автоматтандырудың негізгі тапсырмасы болып табылады.
Өртеу камерасындағы жануды (жалынды) тұрақтандыру үшін газ, ауа
шығынын, жанудың жылдамыдығын қажеттті деңгейде реттеу керек.
Мақсатымызға жету үшін қазіргі қолданыстағы жүйеден бас тартып, жануды
тұрақтандыратын жаңа басқару жүйесін құруды ұсынамын.
Қолданыстағы бақылау жүйесі үрдісті басқару жүйесінің мынадай түрін
құруға мүмкіндік береді (сурет 3).
Сурет 3 – Қолданыстағы басқару жүйесі
Салыстыру бөлімінде жалын параметрлері (жану жылдамдығы, температура)
берілген мәндермен салыстыру үдірісі жүреді, ал реттегіш реттеу қателігін
теңгеретін басқарушы әсер туғызады. Мұндай басқару принципі ауытқуы бойынша
басқару деп аталып, қолдануы жағынан оңайлығын және басқарудың жоғары
тиімділігін көрсетеді, себебі бұл жүйе жалынның тұрақтылығын, реттелетін
шаманың ауытқуының себебіне қарамастан (газ шығыны, ластану деңгейі және
қоспа қысымы), қажетті деңгейде қамтамасыз етеді. Егер осындай жүйе құрсақ,
онда біз мақсатымызға жеттік десек те болар еді. Алайда, бұл жүйе өртеу
камерасында жүретін үрдістердің физика-химиялық құбылыстардың қиындығы мен
өзара байланысын қарастырмайды. Осы үрдістерге сұраптама жүргізгенде,
басқару нысаны, яғни өртеу камерасы үлестірілген параметрлі, сызықты емес
сипаттамасы бар нышандар қатарына жататыны анықталды. Әрине, мұндай
нышандар 3 суретте көрсетілген басқару жүйесін құруға болмайтындығын
көрсетеді. Мұндай жүйелер сызықты емес сипаттамалары бар нышандарды тиімді
басқаруды, өтпелі үдірістің орнықтылығын қамтамасыз ете алмайды.
Ұсынылған басқару құрылымын жүзеге асыру үшін, жаңа қағиданы, яғни
аралас басқару жүйесін қолдануды ұсынамын. Бұл әдіс нышанға келгенге дейін
негізгі ұйытқу әсерлерін теңгереді, ал кейбір күрделі ұйытқу әсерлерін кері
байланыс арқылы теңгереді. Аралас қағида негізгі ұйытқуларға байланысты
жүйенің инварианттығын қамтамасыз етеді. Қазіргі күнде бұндай қағида
өндіріс нышандарын басқаруда ең тиімді болып табылатындықтан, іс жүзінде
жиі қоладанылатын болды. Одан басқа, басқарудың аралас қағидасы кері
байланысты жүйені қолдануға мүмкіндік береді, себебі бұл жағдайда жүйені
сызықты моделдермен жуықтауға болады. Мәселен, басқару каналы негізгі
ұйытқу әсерлерін теңгереді, ал қалған ұсақ-түйек ұйытқуларды кері
байланысты жүйеге қалдырады. Яғни, ауытқу бойынша басқару жүйесіне
реттелетін шаманың ауытқуының айтарлықтай қысқа диапазонында жұмыс істеуі
ғана қалады. Жүйенің қысқа диапазонда жұмыс істеуі нышанды сызықты
моделдермен, сонымен қатар сызықты берілу функциясымен жуықтауға мүмкіндік
береді.
Кейбір өндірістік нышандар үшін басқарылатын ұйытқулардың өлшенетін
ұйытқулар деп қарастыратын қандай да бір шығыстағы талап етілген сыртқы
параметрге тәуелділігін құруға мүмкіндік береді. Аналитикалық әдісті
қолдану нышан моделін қарапайымдауға байланысты қателіктер мен қажетті
коэффициенттерді есептеуде кететін қателіктерді тудырады. Сондықтан алынған
тәуелділікті қолдану басқару нышанының орнықты жұмыс тәртібіндегі нөлден
өзгеше реттеу қателігіне алып келеді.
Көптеген өндірістік басқару нышандары сызықты емес болғандықтан,
стандартты реттегішті қолдану реттеудің қанағаттандырмайтын нәтижесін алуға
себеп болады.
Егер басқарудың аралас әдісін қолданса, аталған кемшіліктерден
құтылуға болады. Берілген шамалардан үлкен ауытқулар кезінде басқару
әсерінің (программа құраушысын есептеу) мәні қолданылады, ал жуықтау
кезінде реттегіш өз қызметін атқара бастайды, яғни жүйені нақты берілген
күйге шығаруын қамтамасыз етеді және өлшенбейтін ұйытқулардың әсерін
жойады. Бұл жағдайда басқару жүйесінің құрылымын келесі түрге келтіруге
болады (сурет 4):
Сурет 4 – Программалы құраушысы бар аралас жүйе
U – берілу әсері; Y – басқару нышанының шығысы;
- өлшенетін ұйытқулар; - өлшенбейтін ұйытқулар.
Егер жұмыс істеу кезінде басқару әсерінің программа құраушысын
есептеу кезінде өлшенетін параметрге тәуелділігін нақтылап алса, онда
аталған жүйенің сапасын айтарлықтай жақсартуға болады. Бұл қасиет есептеу
формуласына салынған қателерді жөндеумен қатар адаптивті болып табылатын
жүйенің қызмет етуі кезіндегі нышанның параметрлерінің өзгерісіне
дайындығын, ыңғайлануын қамтамасыз етеді. Осы мақсатпен адаптивті анық емес
реттегіш қолдану ұсынылып отыр. Бұл жағдайда басқару жүйесі келесі түрге
келеді (сурет 5):
сурет 5– Адаптивті анық емес реттегіші бар аралас жүйе
Адаптивті анық емес реттегіштің қызметі – программа құраушысының
қателіктері мен өлшенетін параметрлер және берілу әсерлері арасындағы
тәуелділіктерді түзу. Анық емес реттегіштің тиімділігін өсіру үшін аралас
жүйе құрамына анық емес реттегіштің оқу (оқыту) ішкі жүйесін қосуға болады.
Адаптивті анық емес реттегіш жұмысының бастапқы кезенінде оқудың ішкі
жүйесіне тәжірибелі оператор-эксперттің ақпарат жиынтығын салады, ал
оқытудан кейінгі анық емес реттегіш жинаған деректерді нышан моделін
нақтылауға және әсер ететін ұйытқуларды анықтауға қолданылады. Басқарылатын
жүйенің құрылымы келесі түрді қабылдайды (сурет 6):
Сурет 6 - Адаптивті анық емес реттегіші және ішкі жүйесі бар аралас жүйе
Жоғары қысымды газ бен ауаның араласу және жану үрдісін басқаратын
күрделі жүйені жүзеге асыру үшін берілген құрылым ең тиімді болып табылады.
Берілген үрдіс инерционды, стационарлы емес басқару нышаны болғандықтан,
нышан толық ақпаратпен қамтамасыз етілмеген, айта кетелік, газ құрамы
немесе өртеу камерасында өтетін технологиялық үрдістің жүруі. Үрдіс
бірқатар параметрлерге тәуелді:
- газ температурасы;
- газ шығыны;
- ауа температурасы;
- ауа шығыны;
- өртеу камерасындағы температура;
- өртеу камерасындағы қысым;
- жану жылдамдығы.
2.3 ГТҚ-ның өртеу камерасындағы үрдістің математикалық аппаратын құру.
Программа құраушысының сипаттамасы
Дипломдық жұмыстың мақсаты моделдеудің негізінде ГТҚ-ның өртеу
камерасындағы жалынның тұрақтандыру шегін нақты есептеу әдістерін құру.
Газдинамикалық үрдістерді, қоспа түзілу және жану үрдістерін моделдеу
таңдалынған теңдіктердің сандық шешімдерінің негізінде жасалынады.
Математикалық моделді есептеу негізінде қозғалысты сипаттау үшін
үздіксіздік теңдігі мен Навье-Стокс қозғалысы теңдіктер жүйесі қолданылады:
(2.3.1)
(2.3.2)
Жүйені тұйықталуы үшін турбуленттіліктің k-( стандартты моделі
қолданылады. Бұл стандартты модель көптеген есептер шығару барысында
өзіннің қолайлығын көрсетті.
Модель ағынның барлық аудандарындағы турбуленттіліктің дамуы жайлы
жорамалдау негізінде жүзеге асады, бұл ағынның молекулярлық тұтқырлығын
елемеуге мүмкіндік береді. Моделдің мәні екі теңдіктің нәтижелерінің
көмегімен турбуленттілік жылдамдықтар мен турбуленттілік масштабты тәуелсіз
анықтау болып табылады. Турбуленттіліктің кинетикалық энергиясын
тасымалдау:
(2.3.3)
және жылдамдықтың шашырауы (диссипация):
(2.3.4)
мұндағы – жылдамдықтың құраушысының орташа градиентімен шартталған
турбуленттіліктің кинетикалық энергиясын ескереді;
– жылдамдықтың құраушысының лүпілдік градиентімен шартталған
турбуленттіліктің кинетикалық энергиясын ескереді;
– қысуға турбуленттік лүпілдің әсерін ескереді;
=1,0; =1,3 – k және ( параметрлері үшін Прандтляның
турбуленттілік сандары;
=1,44; = 1,92; = 0,87 – модель тұрақтылары;
– турбулентілік тұтқырлық.
k турбуленттіліктің кинетикалық энергиясы мен ( шашырауы арасында
байланыс орнату үшін - турбуленттілік тұтқырлық параметрі енгізіледі:
(2.3.5)
мұндағы = 0,09 – тұрақты.
Жылу алмасу үрдістерін моделдеу кезінде жылу өткізгіштік, конвективті
жылу алмасу мен жылу алмасудың сәулеленуі ескеріледі. Жылу алмастырудың
сәулеленуін ескермейтін есептер үшін энергия теңдігін келесі түрде жазуға
болады:
(2.3.6)
мұндағы – турбуленттіліктің таңдалынған моделіне байланысты
анықталатын жылу өткізгіштіктің тиімді коэффициенті;
– i-інші компоненттің диффузиондық ағыны.
Радиациялық жылу алмасу зерттелетін ортадағы жылу энергиясының
сәулелену, шашырау және жұтылу үрдістерінің жиынтығымен сипатталады.
Радиациялық жылу алмасуды моделдеу үшін дискретті ординат әдісі
қолданылады. Көп компонентті әсер ететін ағындар ағымын моделдеу үшін әсер
ететін компонеттерге арналған теңдіктер шешімінің нәтижелері қолданылады.
Yi қоспасының құрамындағы әрбір компоненттің үлесін анықтау үшін бөлек і-
інші компонентке арналған конвективті диффузия теңдігінің шешімінің
нәтижесі қолданылады.
(2.3.7)
Өртеу камерасындағы жалынды тұрақтандыру кезінде жану реакцияның
жылдамдық мәндерін бағалау қажет. Бұл моделдеу жану реакцияларының соңғы
жылдамдықтар әдісі негізінде жасалады.
Ламинарлық жалын шебінің таралу жылдамдығының моделі. Реакция
жылдамдығы қатаң Аррениустің кинетикалық өрнегі арқылы анықталады және
турбуленттілік лүпіл әсері ескерілмейді:
(2.3.8)
Құйынның құлау моделі. Жану реакцияларының жылдамдығы турбуленттілік
деңгейімен анықталатындықтан, кинетиканы есептеудің ұзақ теңдеулерінен
құтылуға мүмкіндік береді.
(2.3.9)
(2.3.10)
Диффузионды-кинетикалық механизм ламинарлық жалын шебінің таралу және
құйынның құлау моделі жағынан жану реакцияның жылдамдығын анықтауда
негізделген. Жану реакцияның жылдамдығының нақты мәні ретінде Аррениус
теңдігінің шешімінің нәтижесі мен құйынның құлау моделі негізінде
анықталған ең аз мән қабылданады.
Құйынның құлау тұжырымдамасындағы кинетиканың механизмі ағынның
турбуленттілік өрісінде құралған. Сонымен қатар шешілу уақыты күрт өседі.
Жану жылдамдығын диффузионды-кинетикалық модель арқылы есептейді.
Таңдалынған әдіс нақты есептеу нәтижелері мен тәжірибелер нәтижелерінің дәл
сәйкестігі негізінде құрылған. Кинетика мен ағынның турбуленттілігін қатар
ескеру дұрыс физикалық нәтижелерге жеткізеді.
7-інші суретте жүргізілген есептеулер нәтижесінде жанудың орнықты
шегі анықталды. Диффузионды-кинетикалық модель бойынша есептеу тәжірибе
нәтижесімен сәйкестігі жағынан ең жақыны екенін көрсетті.
2.4 ГТҚ-ның өртеу камерасындағы үрдісті басқарудың зиятты ішкі жүйесін
құру. Адаптивті анық емес реттегіштің ұйымдастыру қағидасы.
Берілетін әсермен қатар өлшенетін ұйытқулар берілетін бірнеше кірісі
бар анық емес реттегіштің өзін қарастырайық. Бұл нақты кіріс параметрлері
фаззификация үрдісінде сапалы бағаланады. Сапалық сипаттамалары негізінде
лингвистикалық ережелер көмегімен түзелетін әсер шамасы жайлы сапалы
пайымдау құрастырылады.
2.4.1 Тапсырманың мазмұнды қойылуы
Бұл жағдайда қарастырылатын проблеммалық аудан туралы эмпирикалық
(тәжірибелік) мағлұматтарды эвристикалық ереже түрінде көрсете аламыз:
Егер ӨК-ның температура ауытқуы аз, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы орташа болса, онда үрдістің тиімділігі минималды болады (0 –
30%).
Егер ӨК-ның температура ауытқуы өте аз, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады (35 –
65%).
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым аз, ал жану
жылдамдығы аз болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым аз, ал жану
жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі жоғары болады (55 –
85%).
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы минималды болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы орташа болса, онда үрдістің тиімділігі жоғары болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі максималды болады (70
– 100%).
Егер ӨК-ның температура ауытқуы үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы аз болса, онда үрдістің тиімділігі төмен болады (15 – 45%).
Егер ӨК-ның температура ауытқуы үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы үлкен болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі максималды болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы өте үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал
жану жылдамдығы минималды болса, онда үрдістің тиімділігі минималды болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы өте үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал
жану жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым өте үлкен, ал
жану жылдамдығы орташа болса, онда үрдістің тиімділігі төмен болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым өте үлкен, ал
жану жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы аз, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы орташа болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы аз, ӨК-дағы қысым тиімді, ал жану
жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі жоғары болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы өте үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал
жану жылдамдығы аз болса, онда үрдістің тиімділігі минималды болады.
Егер ӨК-ның температура ауытқуы өте үлкен, ӨК-дағы қысым тиімді, ал
жану жылдамдығы үлкен болса, онда үрдістің тиімділігі төмен болады.
Егер ӨК-ның температуру ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым үлкен, ал жану
жылдамдығы орташа болса, онда үрдістің тиімділігі орташа болады.
Егер ӨК-ның температуру ауытқуы тиімді, ӨК-дағы қысым үлкен, ал жану
жылдамдығы максималды болса, онда үрдістің тиімділігі жоғары болады.
Бұл ақпарат анық емес басқарудың моделін жүзеге асыру үшін
қолданылатын анық емес шығысы бар жүйенің ережелер қорын құруда
қолданылады.
2.4.2 Анық емес лингвистикалық ережелер қорын құру
Анық емес шығысы бар жүйенің ережелер қорын құру барысында алдымен
шығыс және кіріс лингвистикалық айнымалыларын анықтап алу қажет. Кіріс
лингвистикалық айнымалыларының бірі ретінде ӨК-ның температурасы: x1 –
ӨК-ның температурасы, екінші кіріс лингвистикалық айнымалы ретінде: x2 –
ӨК-дағы қысым, үшінші кіріс лингвистикалық айнымалы ретінде: x3 – ӨК-
дағы қоспаның жану жылдамдығы деп қарастырамыз. Шығыс лингвистикалық
айнымалы ретінде: у – үрдіс тиімділігі (жалын тұрақтылығы) деп аламыз.
Ережелердің жазылуы қысқарту үшін әрбір айнымалылар үшін төмендегі
белгілеулерді қолданамыз.
Кесте 1 – Шартты белгілеулер
Белгілеулер Латын тілінде Түсініктеме
Min Minimum Минималды
VS Very Small Өте аз
S Small Аз
M Middle Орташа
Opt Optimal Тиімді
Big Big Жоғары
VB Very Big Өте жоғары
1 кестенің жалғасы
Max Maximum Максималды
Бұл жағдайда анық емес шығысы бар жүйе келесі 20 ережені құрайды:
Ереже 1: Егер “x1 – S” және “x2 – Opt” және “x3 – M” онда “y – Min”
Ереже 2: Егер “x1 – VS” және “x2 – Opt” және “x3 – Max” онда “y – M”
Ереже 3: Егер “x1 – Opt” және “x2 – S” және “x3 – S” онда “y –
M”
Ереже 4: Егер “x1 – Opt” және “x2 – S” және “x3 – Max” онда “y – Big”
Ереже 5: Егер “x1 – Opt” және “x2 – Opt” және “x3 – Min” онда “y – M”
Ереже 6: Егер “x1 – Opt” және “x2 – Opt” және “x3 – M” онда “y – Big”
Ереже 7: Егер “x1 – Opt” және “x2 – Opt” және “x3 – Max” онда “y – Max”
Ереже 8: Егер “x1 – Big” және “x2 – Opt” және “x3 – S” онда “y – S”
Ереже 9: Егер “x1 – Big” және “x2 – Opt” және “x3 – Big” онда “y – M”
Ереже 10: Егер “x1 – Big” және “x2 – Opt” және “x3 – Max” онда “y – Max”
Ереже 11: Егер “x1 – VB” және “x2 – Opt” және “x3 – Min” онда “y – Min”
Ереже 12: Егер “x1 – VB” және “x2 – Opt” және “x3 – Max” онда “y – M”
Ереже 13: Егер “x1 – Opt” және “x2 – VB” және “x3 – M” онда “y – S”
Ереже 14: Егер “x1 – Opt” және “x2 – VB” және “x3 – Max” онда “y – M”
Ереже 15: Егер “x1 – S” және “x2 – Opt” және “x3 – M” онда “y – M”
Ереже 16: Егер “x1 – S” және “x2 – Opt” және “x3 – Max” онда “y – Big”
Ереже 17: Егер “x1 – VB” және “x2 – Opt” және “x3 – S” онда “y – Min”
Ереже 18: Егер “x1 – VB” және “x2 – Opt” және “x3 – Big” онда “y – S”
Ереже 19: Егер “x1 – Opt” және “x2 – Big” және “x3 – M” онда “y – M”
Ереже 20: Егер “x1 – Opt” және “x2 – Big” және “x3 – Max” онда “y – Big”
Бірінші лингвистикалық айнымалының терм-жиыны ретінде Т1 = (өте аз,
аз, тиімді, жоғары, өте жоғары) қолданылады, шартты түрдегі
белгілеулер арқылы жазатын болсақ: Т1 = (VS, S, Opt, Big, VB), оның
функциясы 8 суретте көрсетілген. Екінші лингвистикалық айнымалының терм-
жиыны ретінде Т2 = ( аз, тиімді, жоғары, өте жоғары, ең жоғары,)
қолданылады, шартты түрдегі белгілеулер арқылы жазатын болсақ: Т2 = (S,
Opt, Big, VB, Biggest), оның функциясы 9 суретте көрсетілген. Үшінші
лингвистикалық айнымалының терм-жиыны ретінде Т3 = ( минималды, аз,
орташа, жоғары, максималды,) қолданылады, шартты түрдегі белгілеулер
арқылы жазатын болсақ: Т3 = (Min, S, M, Big, Max), оның функциясы 10
суретте көрсетілген. Шығыс лингвистикалық айнымалының терм-жиыны ретінде
Т4 = (минималды, аз, орташа, жоғары, максималды) қолданылады,
шартты түрдегі белгілеулер арқылы жазатын болсақ: Т4 = (Min, S, M, Big,
Max), оның функциясы 11 суретте көрсетілген.
Сурет 8 - Өртеу камерасының температурасы кіріс лингвистикалық
айнымалысының функция графигі.
Сурет 9 - Өртеу камерасының қысымы кіріс лингвистикалық айнымалысының
функция графигі.
Сурет 10 - Жану жылдамдығы кіріс лингвистикалық айнымалысының функция
графигі.
Сурет 11 - Үрдістің тиімділігі шығыс лингвистикалық айнымалысының функция
графигі.
Сонымен қатар температура Цельсия градусымен өлшенеді, қысымның өлшем
бірлігі - МПа, химиялық реакцияның жылдамдығының өлшем бірлігі - метр
секундына (мс), ал үрдістің тиімділігі (жалынның тұрақтылығы) пайызбен
өлшенеді.
2.5 Оқу үрдісі
Анық емес реттегіштің оқуы сыртқы жүйе арқылы жүзеге асады. Алғашқы
басқару жүйесінің тұрақтылық шарттары қойылған кездегі анық емес реттегіші
бар жүйенің тұрақтылығын қамтамасыз ететін негізгі контурдағы басқару
үрдістеріне қарағанда оқыту үрдісі айтарлықтай жәй жүруі керек.
Анық емес реттегіштің оқыту үрдісі келесі ретпен жүзеге аспақ. Оқыту
жүйесі орнықты жұмыс тәртібін шақырады және анық емес реттегішті
модификациялауға қорытынды жасайды. Реттегіштің шығысында тұрақты құраушы
шыққан сайын модификация талап етіледі. Тұрақты құраушының өлшемі берілу
өлшемінен өте көп болса, онда жүйе жаңа ереже нұсқауы ретінде анық емес
реттегіштің кіріс мәндерінің ағымдағы векторын енгізеді. Бұл ереженің
қорытындысын келесі формуламен сипаттауға болады:
y = yрст + yс
(2.5.1)
мұндағы yрст – реттегіш шығысының статикалық құраушысы ( Wр(p) блогы); yс –
анық емес логика блогының ағымдағы шығысы.
Реттегіш шығысының статикалық құраушысын алу үшін сүзгілеудің
(фильтрация) қандай да бір алгоритмін қолдануға болады. Одан басқа, ереже
реттегіш шығысының тербеліс құлашы белгіленген шектен асса ғана енгізіледі.
Жад қорының бөлінуін бақылауын және ережелердің жаңаруын қамтамасыз
ететін ережелер қоры белгілі ережелер санымен шектелген. Егер жаңа ереже
толған деректер қорына енсе, онда сол деректер қорына ең бірінші болып
енген ереже алып тасталынады.
Айта кетелік, анық емес реттегішке жаңа ереже түскен бетте қосынды
басқару әсері yс шамаға өзгереді, яғни нышанның кірісіне ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz