Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Функциональное диагностирование высокотемпературной автоматизированной теплообменной аппаратуры Кручинин, Дмитрий Сергеевич

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Кручинин, Дмитрий Сергеевич. Функциональное диагностирование высокотемпературной автоматизированной теплообменной аппаратуры : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06 / Кручинин Дмитрий Сергеевич; [Место защиты: Владимир. гос. ун-т].- Ярославль, 2013.- 167 с.: ил. РГБ ОД, 61 13-5/2145

Введение к работе

Актуальность темы и степень разработанности

Высокотемпературные теплообменные аппараты используются в условиях интенсификации тепловых процессов, характеризующихся высокими тепловыми нагрузками и расходами материальных потоков. Как правило, эти объекты входят в состав автоматизированных технологических установок большой мощности, и их дефектность может приводить к значительным издержкам производства промышленной продукции, ухудшению ее качества, аварийным ситуациям.

Своевременное выявление источников нарушений технического состояния объектов позволяет принимать оперативные решения по обслуживанию дефектных элементов и исключать или существенно снижать вероятность аварийности технологических установок. В режимах эксплуатации непрерывных технологических процессов функциональное диагностирование, то есть диагностирование в режиме рабочего функционирования, является одним из эффективных инструментов мониторинга и управления эксплуатационной надежностью автоматизированного технологического оборудования.

Существенный вклад в развитие теории автоматизации и управления технологическими процессами и производствами внесли Коростелев В.Ф., Абрамов И.В., Поздняков А.Д., Лабутин А.Н., Макаров Р.И., Веселов О.В., Монахов М.Ю. и др.

Вопросы технической диагностики как самостоятельной научной дисциплины были сформулированы и широко освещались в работах Пархоменко, Мозгалевского, Гаскарова, Кузьмина. Функциональная диагностика в условиях эксплуатации непрерывных автоматизированных технологических процессов рассматривалась Мироновским, Химмельблау, Муромцевым, Жирабоком и другими авторами. Специфика диагностики автоматизированной теплообменной аппаратуры с учетом возможных неисправностей измерительных каналов автоматического контроля анализировалась в работах Лункина Б.В., Тараненко В.П., Цыганкова М.П. и Бойкова С.Ю. Однако в известных работах не учитывались особенности функциональной диагностики важного класса теплообменных аппаратов, применяемых в условиях интенсификации непрерывных технологических процессов и работающих в условиях предельных тепловых нагрузок.

В силу указанных выше причин, задачи разработки и применения методов функциональной диагностики для этого класса объектов являются актуальными. В работе они решаются с учетом влияющих на вид диагностических моделей высоких тепловых нагрузок, больших температурных напряжений, общей конструктивной специфики таких объектов, - влекущих наиболее характерные виды дефектов.

Объект исследования

Объектом исследования являются методы технического диагностирования автоматизированной теплообменной аппаратуры.

Предмет исследования

Предметом исследования является методологическое и алгоритмическое обеспечение автоматизации системного технического диагностирования теплообменных аппаратов и средств автоматического контроля их технологических режимов в жестких температурных условиях их эксплуатации.

Цель и задачи

Целью диссертационной работы является повышение объективности и оперативности процесса технического диагностирования высокотемпературных автоматизированных теплообменных аппаратов. Указанная цель достигается решением следующих задач:

  1. анализ особенностей организации высокотемпературного теплообмена, режимов функционирования, характерных видов дефектов теплообменников,

  2. анализ существующих методов диагностирования автоматизированной теп- лообменной аппаратуры,

  3. построение математических моделей для диагностирования, учитывающих специфику конструктивных особенностей и режимов эксплуатации высокотемпературных аппаратов,

  4. разработка методов и алгоритмов функционального диагностирования высокотемпературной автоматизированной теплообменной аппаратуры,

  5. анализ особенностей функционирования высокотемпературных аппаратов в производстве технического углерода, разработки методов диагностирования специфических дефектов теплообменных аппаратов для этого производства.

Научная новизна

Научная новизна заключается в выделении класса автоматизированных высокотемпературных теплообменных аппаратов, как специфических объектов технического диагностирования, имеющих аналогичные принципы организации тепловых потоков и особенности теплообмена; в обосновании включения нелинейных зависимостей параметров теплообмена от температуры в состав контрольных условий процедур диагностирования; в разработке методики расчета температурных профилей ячеечных моделей высокотемпературного теплообмена путем итеративного уточнения значений теплоемкостей и коэффициента теплопередачи для текущих значений температуры с учетом специфики организации движения потоков теплоносителей; в выявлении необходимости применения неявной схемы оценивания величины и места возникновения дефекта, в виду краевого характера задачи итеративного расчета температурных профилей высокотемпературного теплообмена; в предложении метода выявления дефектов, связанных с разрушенем элементов конструкции теплообменников, характерных для аппаратов высокотемпературного теплообмена; в разработке методики диагностирования высокотемпературных теплообменников крупнотоннажного производства технического углерода в которой учитывается рециркуляция тепловых потоков и химическое взаимодействие теплоносителей в условиях их внутренних утечек.

Достоверность

Достоверность результатов обеспечивается корректным использованием методов математического моделирования, функциональной диагностики технических систем, проверкой адекватности контрольно-диагностических уравнений для примеров промышленных условий эксплуатации высокотемпературных теплообменных аппаратов, имитационным моделированием обнаружения отказов автоматизированной тепловой аппаратуры, широкой апробацией предложенных решений на конференциях различного уровня.

Теоретическая и практическая значимость

  1. Подготовлена теоретическая база для разработки инженерных систем функционального диагностирования класса автоматизированных теплообменных аппаратов, эксплуатирующихся в условиях жестких температурных режимов осуществления процессов теплообмена.

  2. Созданы алгоритмы и программное обеспечение функционального диагностирования установившихся режимов высокотемпературных теплообменных аппаратов, жесткие условия эксплуатации, которых связаны с высоким риском их аварийности.

  3. Методы функционального диагностирования высокотемпературных автоматизированных теплообменников, широко используемых в крупнотоннажном производстве технического углерода, приняты к внедрению в ОАО "Ярославский технический углерод".

  4. Предложена компьютерная система технического диагностирования высокотемпературных воздухоподогревателей, используемая в курсовых и дипломных проектах Ярославского государственного технического университета.

Методы исследования

Теоретическую основу исследований составляет методология функционального диагностирования и ее разделы, базирующиеся на использовании принципов аналитической избыточности. Для исследования проблемы и решения задач технического диагностирования высокотемпературных теплообменных аппаратов в работе используются методы функциональной диагностики, математического моделирования, нелинейного программирования, теории идентификации.

Положения, выносимые на защиту

  1. Исследование влияния и включение нелинейных зависимостей параметров теплообмена от температуры в состав контрольных уравнений диагностирования.

  2. Алгоритмы решения краевой задачи расчета температурных профилей теплообмена итеративным уточнением температурного режима ячеек ячеечной модели теплообменника с учетом нелинейности зависимости параметров модели от температуры.

  3. Методы обнаружения и диагностирования утечек и перетоков в теплообменниках на основании сопоставления расчетных температур на выходе теплообмен- ного аппарата с данными автоматического контроля его температурного режима

  4. Методы повышения точности диагностирования учетом взаимосвязи расходов греющего и нагреваемого потоков, а также их химического взаимодействия при перетоках в высокотемпературных теплообменниках производства технического углерода.

Степень достоверности

Достоверность полученных результатов подтверждается результатами проверки адекватности контрольно -диагностических уравнений для примеров промышленных условий эксплуатации высокотемпературных теплообменных аппаратов, имитационным моделированием обнаружения отказов автоматизированной тепловой аппаратуры, а также внедрением методов функционального диагностирования высокотемпературных автоматизированных теплообменников в ОАО "Ярославский технический углерод".

Апробация работы

Основные результаты и научные положения диссертации обсуждались и докладывались на Международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях" (ММТТ -24, Пенза, 2011); на Международной научно-практической конференции «Информационные и управляющие системы пищевой и химической промышленности» (Воронеж, 2009); на Международной научно -практической конференции «Nauka I inowacija - 2011» (Przemysl, 2011); на шестьдесят четвертой региональной научно -технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных зведений с международным участием (Ярославль, 2011); на шестьдесят второй региональной научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных зведений с международным участием «Молодежь. Наука. Инновации - 2009» (Ярославль, 2009).

Публикации

Основные результаты диссертации отражены в девяти печатных работах, в том числе в трудах пяти научных конференций и четырех статьях в изданиях, включенных в перечень рецензируемых научных журналов.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературных источников из 127 наименований, 4 приложения. Работа изложена на 139 страницах основного текста, содержит 66 рисунков и 2 таблицы.