Дестабилизационная оптимизация режимов работы подсистемы ректификации воздухоразделительной установки низкого давления для одновременного получения азота, кислорода и аргона

Рассмотрена задача энергосберегающего управления крупной установкой разделения воздуха низкого давления с турбодетандером, предназначенной для одновременного получения азота, кислорода и аргона, работающей при переменной производительности на интервале времени, когда потребность в продуктах разделения воздуха неоднократно меняется. Цель исследования --- повышение эффективности функционирования воздухоразделительной установки с точки зрения минимизации энергетических затрат по разделению воздуха с помощью алгоритмов дестабилизационной оптимизации режимов работы ее подсистемы ректификации, являющейся ключевой в установке. Приведена авторская "концепция дестабилизации", заключающаяся в расширении области допустимых решений задачи путем замены в ее постановке некоторых ограничений типа равенств ограничениями неравенств, что в технологическом отношении эквивалентно целенаправленному изменению некоторых параметров в допустимых пределах вместо их стабилизации, благодаря чему возможно получение дополнительного эффекта. Применены разработанные авторами методы и алгоритмы управления объектом, предусматривающие всевозможный характер изменения производительности различных целевых продуктов разделения воздуха при линейной зависимости критерия оптимальности от дополнительных управляющих воздействий, появляющихся в результате дестабилизации. На конкретном примере продемонстрировано применение алгоритмов дестабилизационного управления для решения задачи оптимизации режимов подсистемы ректификации установки разделения воздуха на некотором интервале времени с оценкой полученного эффекта. Используя предлагаемый подход и внося конструктивные изменения в существующее оборудование подсистемы ректификации воздухоразделительной установки можно заметно увеличить получаемый эффект. В полной мере дестабилизация может быть применена к другим сложным технологическим объектам, в которых присутствуют емкости жидкости и в определенных пределах допустимо изменение их уровней

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 17-08-00457

Литература

[1] Лавренченко Г.К. Состояние и перспективы развития кислородного и криогенного машиностроения. Технические газы, 2015, № 6, с. 3--22.

[2] Лавренченко Г.К. Продукты разделения воздуха: их производство и применение. Технические газы, 2016, № 5, с. 3--17.

[3] Лавренченко Г.К., Копытин А.В. Ключевая роль кислородных ВРУ в реализации новых технологий производства энергии с полным улавливанием СО2. Технические газы, 2016, № 6, с. 35--47.

[4] Захаржевский В.Я., Чоловская М.А. Увеличение производства жидкого кислорода в воздухоразделительных установках среднего давления. Технические газы, 2017, № 2, с. 64--70.

[5] Лавренченко Г.К., Плесной А.В. Эффективные жидкостные ВРУ средней производительности на основе детандер-компрессорных агрегатов с двухступенчатым расширением воздуха. Технические газы, 2014, № 5, с. 24--31.

[6] Кортиков А.В., Тарасова Е.Ю. Принципы накопительной ректификации и возможности ее использования в технологии низкотемпературного разделения воздуха. Технические газы, 2014, № 5, с. 32--36.

[7] Хасанова Р.В., Нешпоренко Е.Г. Сопоставление энергетических затрат в установках разделения воздуха. Энергетические и электротехнические системы. Магнитогорск, Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2015, с. 408--412.

[8] Орешкин А.Н., Борзенко Н.А., Липа В.И., Федоренко Л.М. Автоматическое обеспечение энергосберегающих режимов работы блоков комплексной очистки воздуха воздухоразделительных установок. Технические газы, 2015, № 6, с. 71--77.

[9] Графов А.П., Винник А.А. Резервы повышения эффективности производства неоногелиевой смеси в ВРУ низкого давления. Технические газы, 2016, № 5, с. 51--59.

[10] Радченко А.А., Козлов А.В. Анализ способов регулирования производительности воздухоразделительных установок. Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика, 2015, № 7-2, с. 383--387.

[11] Козлов А.В., Воробьев А.А., Радченко А.А. Математическая модель ректификационной колонны воздухоразделительной установки малой производительности. Современные научно-практические решения XXI века. Мат. междунар. науч.-практ. конф. Воронеж, 2016, с. 168--175.

[12] Суляев И.И., Седов Д.В. Моделирование воздухоразделительной установки низкого давления как объекта управления. Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление, 2018, № 2, с. 47--53. DOI: 10.18721/JCSTCS.11204

[13] Shamkin V.N., Muromtsev D.Yu., Gribkov A.N. Using destabilization control to improve the functioning of complex multidimensional technological objects on the time interval. J. Eng. Appl. Sс., 2017, vol. 12, no. 24, pp. 7198--7217.

[14] Муромцев Д.Ю., Грибков А.Н., Тюрин И.В. и др. Формализованная постановка задачи дестабилизационного энергосберегающего управления многомерными технологическими объектами при неоднократном изменении заданий по их производительности на длительном интервале времени. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2018, № 5, с. 99--115. DOI: 10.18698/0236-3933-2018-5-99-115

[15] Muromtsev D.Yu., Gribkov A.N., Tyurin I.V., et al. Theoretical justification for the solution of the problem of destabilization energy-saving control of multidimensional technological objects operating in variable performance conditions over a long time interval. Herald of the Bauman Moscow State Techical University, Series Instrument Engineering, 2019, no. 1, pp. 109--128. DOI: 10.18698/0236-3933-2019-1-109-128

[16] Gribkov A.N., Muromtsev D.Y., Shamkin V.N., et al. Software for energy efficient control system over process parameters of mimo objects on a set of functioning states. J. Phys.: Conf. Ser., 2018, vol. 1050, conf. 1, art. 012030. DOI: 10.1088/1742-6596/1050/1/012030