Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Быстрые темпы развития химической технологии выдвигают на первый план задачу обеспечения эксплуатационной надежности и повышения эффективности эксплуатации основного и вспомага-телыгого оборудования химических производств,так как отказ отдельных видов оборудования может привести к ухудшению качества, прекращению выпуска продукти и возникновению аварийных ситуаций.
В системе мероприятий,направленных на решение этих проблем, важная роль отводится разработке эффективных методов и средств технической диагностики, и систем управления сложными химико-технологическими объектами.
В химической и металлургической промышленности стран СНГ получили широкое распространение высокоинтенсивные и металлоемкие химические, реакторы,которые позволяют за счет применения активной гидродина/лчес-кой обстановки и высокотемпературной обработки материалов интенсифицировать различные технологические процессы.Использование в химических реакторах высокоскоростных газовых потоков в сочетании с высокой температурой процесса и термохимической обработкой материалов в расплавленном виде повышает эффективность проведения технологических процессов и создает серьезные трудности в получении объективной непрерывной информации об основных технологических параметрах. Эти трудности обусловлены высокой скоростью газового потока, высокой температурой внутри реактора; наличием в газовой среде агрессивных продуктов реакции; капель расплава и пыли , и наличием расплава на стенках реактора. Такие условия измерений исключают применение традиционных средств контроля параметров технологического процесса и создание эффективных систем управления. Определяющим в этом случае становится субъективизм обслуживающего персонала, который оценивает различные технологические ситуации визуально и "на слух".
Отсутствие эффективных технических средств диагностики и систем управления химическими реакторами с экстремальными условиями измерений приводит к многочисленным аварийным ситуациям, снижению их производительности .ухудшению качества готового продукта и увеличению потерь перерабатываемого сырья. Поэтому проблема разработки теории и практики использования новых нетрадиционных методов и средств диагностики , и управления химическими реакторами с экстремальными условиями, измерений имеет актуальное научное и народо-хозяйственное значение.
- z -
Работа выполнена в соответствии с отраслевым координационным планом ЛО"Никель" концерна "Норильский никель". -
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - разработать принципы диагностики и управления химическими реакторами конвертерного типа на основе анализа новой информации об особенностях проведения технологического процесса; создать способы и технические средства диагностики и управления , позволяющие повысить производительность высокоинтенсивных химических реакторов, снизить потери сырья и удельные расходы топлива, обеспечить безопасность эксплуатации реакторов, улучшить гачество готового продукта и условий труда обслуживающего персонала.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА: Для широко распространенных в черной и цветной металлургии химических реакторов, в которых для интенсификации технологических процессов используется активная гидродинамическая обстановка и. "высокотемпературная обработка материалов, доказана целесообразность использования в системах диагностики и управления виброакусти-ческих источников, которые генерируются газовыми потоками и процессом сжигания топлива. Это позволяет впервые на основе использования новых источников информации решить задачу разработки эффективных технических средств и,систем управления кислородными вертшеальными конверторами для производства черновой меди.
Разработаны научные ocmnu использования в системах диагностики и управления информативных источников кума и вибрации (аэродинамического шума газовых струй и шума процесса горения), позволяющие по надежно измеряемым косвенным параметрам идентифицировать состояние технологического процесса.
Разработаны математические модели основных виброакустических источников, сопровождающих работу конвертера, позволяйте пропюзи/юва^ изменения в виброакустических сигналах при появлении различных нарушений технологического процесса и выбрать диаглосг-мческие признаки, од позначно связанны^ с условиями функционировашм реаг.торог..
Разработан комплекс оригинальных диагностических средств ,;ля системы управления кислородным конвертером: аналоговое устройство дли регистрации виброакустических параметров и амлитудной селекцией иіта-лов;устройство для спектрально-ковариационного анализа шумов;ус ройс тво для определения среднеинтегральной частоты виброакустического сигнала .позволяющие реализовать систему управления конвертером.
На основе проведенных тєорстичесгаїх и экспериментальных исследований информативных возможностей виброакустических сигналов сложного химико-техпологичоского объекта разработан новый способ управлении
- з -технологическим процессом в химическом реакторе с активной гидродинамической обстановкой, обеспечивающий безопасность и повышение эффективности их эксплуатации.
Достоверность |и обоснованность .научных результатов работы обус-ювлена использованием методологии системного аналиэа химической технологии, принципов, математического моделирования. Все полученные теоретические результаты экперимёнтально проверены на промышленной уста-
іЮВКЄ^
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ: На основе предложенной и развитой концепции управления широким классом химических реакторов с экстремальными условиями измерений по виброакустическим источникам информации практически реализована система управления кислородно-конвертерным процессом получения черновой ме-ци на комбинате "Североникель" (полож.решение ВНИИГПЭ о выдаче авт. СВ-ва по заявке N 4929519/02/033226 от 18.03.92).
Научные разработки по автоматизации химических реакторов исполь-зоваї'.я з учебно-воспитательном процессе при обучении студентов в Одесском политехническом институте в НИРС, курсовом и дипломном проектировании.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения системы управления кислородным конвертером для производства черновой.меди составляет около 15 млн. рублей в ценах 1992 года.
АПГОБАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ: Основные положения и отдельные разделы диссертационной работы доложены и одобрены на:
- научно-технической конференции по автоматизации технологических процессов (Алма-Ата,1991);
-республиканском семинаре "Кибернетика и автоматическое управление" Научного Совета АН Украины по проблеме "Кибернетика" (Одесса, 1992,1993) .
ПУБЛИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ: По теме диссертации опубликовано 5 работ ,в том числе получено і положительное решение о выдаче .'шторского свидетельства на изобретение.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ: Диссертационная работа состоит из введения .четырех глав с выводами .общих выводов .списка литературы и приложения.
Основное содержание диссертации изложено на 99 страницах машино
писного текоть1 с иллюстрациями и таблицами .содержит список литературы
из 107 наименований . .
