close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

;doc

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Филиал ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате
НАУКА. ТЕХНОЛОГИЯ. ПРОИЗВОДСТВО-2014
Тезисы докладов Международной научно - технической конференции
студентов, аспирантов и молодых ученых
Уфа
Редакционно-издательский центр УГНТУ
2014
УДК 622.276
ББК 35.5
Н34
Редакционная коллегия:
Евдокимова Н.Г. (ответственный редактор)
Жирнов Б.С.
Захаров Н.М.
Баширов М.Г.
Комарова Е.В. (ответственный за выпуск)
Аминова Э.К. (ответственный за выпуск)
Рецензенты:
Жирнов Борис Семенович, доктор технических наук, профессор
Баширов Мусса Гумерович, доктор технических наук, профессор
Н34 Наука. Технология. Производство-2014: тезисы докладов Международной
научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых /
редкол.: Евдокимова Н.Г. и др. - Уфа: РИЦ УГНТУ, 2014. - 98 с.
ISBN 978-5-7831-1181-5
Международная научно-техническая конференция «Наука. Технология.
Производство-2014» проводится по плану мероприятий Филиала ФГБОУ ВПО
«Уфимский государственный нефтяной технический университет» в
г. Салавате.
В сборнике представлены публикации результатов научных исследований
и разработок студентов, аспирантов и молодых ученых России и других стран.
Публикации посвящены актуальным проблемам нефтепереработки и
нефтехимии, современному состоянию и перспективам развития отрасли,
автоматизации в промышленности и информационным технологиям в
нефтехимической промышленности, актуальным проблемам организации
деятельности предприятий нефтегазового комплекса.
УДК 622.276
ББК 35.5
ISBN 978-5-7831-1181-5
© «ФГБОУ ВПО Уфимский государственный
нефтяной технический университет», 2014
© Коллектив авторов, 2014
2
НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА И НЕФТЕХИМИЯ
УДК 665.642.4
М.Г. Леонов1), Д.Д. Хабибуллина2), Н.Г. Евдокимова2), С.А. Сорокин2)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
ОАО «ГАЗПРОМ НЕФТЕХИМ САЛАВАТ»
В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИГОЛЬЧАТОГО КОКСА
1)
ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический
университет», г. Уфа, Россия
2)
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Основным условием организации промышленного производства
качественного игольчатого кокса является квалифицированный подбор сырья
коксования. Поэтому первым этапом исследований стал анализ и выбор
сырьевых потоков ОАО «Газпром нефтехим Салават».
На основе литературных данных [1, 2] о требованиях к качеству сырья
производства игольчатого кокса был проведен выбор компонентов сырья
коксования: тяжелый газойль каталитического крекинга (ТГКК), тяжелая смола
пиролиза (ТСП) и кубовый остаток ректификации стирола (КОРС) (таблица 1).
Таблица 1 − Показатели качества сырья коксования
Показатель качества
ТГКК
3
Плотность, г/см
0,970
Коксуемость по Конрадсону, % масс. 18,76
Массовая доля серы, % масс.
1,45
Зольность, % масс.
0,058
ТСП
1,080
11,97
0,60
0,027
КОРС
0,942
17,48
0,22
0,002
В лабораторных условиях был проведен процесс коксования с
выбранными материальными потоками. Соотношения компонентов сырья
выбирались в соответствии с их производимыми объемами на производстве.
Состав исследуемого сырья представлен в таблице 2.
Таблица 2 − Составы исследуемого сырья
Номер опыта
Содержание, %
1
2
3
4
масс.
ТГКК
100,0 0
80,0 70,0
ТСП
0
100,0 20,0 30,0
КОРС
0
0
0
0
3
5
6
7
8
60,0
40,0
0
74,6
24,8
0,60
74,4
24,8
0,8
74,.25
24,75
1,00
Материальные балансы, полученные в ходе коксования смесевого сырья,
представлены на рисунке 1. Был проводен анализ полученных образцов кокса и
дистиллята на содержание серы и золы. Результаты по ключевому продукту коксу представлены в таблице 3. На рисунке 2 приведен анализ
микроструктуры полученного кокса.
Выход, % масс.
100
80
60
Газ + потери
40
н.к.-200 °С
200-350 °С
20
350-к.к. °С
0
Кокс
1
2
3
4
5
6
7
8
Номер опыта
Рисунок 1 − Материальные балансы процесса коксования
Таблица 3 − Характеристика полученного кокса
Номер опыта
Показатель
качества
1
2
3
4
Сера, % масс.
1,45 0,16 1,19 1,06
Зольность, %
0,07 0,05 0,09 0,08
масс.
8
1
1
8
5
0,93
0,08
1
6
1,05
0,08
9
7
1,05
0,09
0
8
1,06
0,09
1
а
б
в
г
а - ТГКК; б - ТСП; в - ТГКК+ТСП; г - ТГКК+ТСП+КОРС
Рисунок 2 − Микроструктура полученного кокса
Анализируя полученные экспериментальные данные, можно сделать
следующие выводы: при вовлечении КОРСа в состав сырья коксования в том
соотношении с ТГКК и ТСП, в котором он выпускается на производстве, не
происходит значительного изменения материального баланса процесса;
содержание серы и золы в полученном коксе соответствует требуемым
значениям технических условий на малосернистые и малозольные коксы; при
рассмотрении микроструктуры полученных коксов, видно, что образцы в
определенной степени обладают анизотропной структурой. Исходя из этого
4
можно
говорить
о
возможности
получения
высококачественного
малосернистого игольчатого кокса в условиях ОАО "Газпром нефтехим
Салават".
Список литературы
1 Походенко Н.Т., Брондз Б.И. Получение и обработка нефтяного кокса. М.: Химия, 1986. - 312 с.
2 Красюков А.Ф. Нефтяной кокс. – М.: Гостоптехиздат, 1963. – 156 с.
УДК 661.721.41
С.В. Усов
ВОЗМОЖНОСТИ МАЛОТОННАЖНОЙ НЕФТЕХИМИИ
НА ОСНОВЕ УСТАНОВКИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ МЕТАНОЛА
НА ГАЗОКОНДЕНСАТНОМ ПРОМЫСЛЕ В УСЛОВИЯХ
КРАЙНЕГО СЕВЕРА
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
С разработкой новых газовых и газоконденсатных месторождений в
районах Крайнего Севера, а также Арктического шельфа в зонах вечной
мерзлоты потребление метанола будет только возрастать. Уже на сегодня
потребность в метаноле только ОАО «Газпром» достигает 250 тыс. т/год. Рост
потребления метанола сопровождается и увеличением его стоимости. В
настоящее время метанол на российском рынке предлагается по цене более
10000 р./т. Для сравнения в 2008 г. метанол продавался по цене 5000 – 6000 р./т,
а год назад по цене 7000 – 8000 р./т. Доставка метанола на промыслы Крайнего
Севера как минимум удваивает его стоимость. А для некоторых
месторождений, в частности Ямала, вообще существует возможность только
сезонной его доставки, что приводит к удорожанию доставки в три раза и
более.
Оптимальным решением проблемы снижения стоимости может стать
возможность
размещения
компактных
установок
небольшой
производительности, внедренных в инфраструктуру газового промысла.
Осуществить это возможно при строительстве легко транспортируемых и
быстровозводимых малотоннажных установок производительностью 5000 –
20000 т/г.
Немаловажную роль в развитии таких технологий играет и то, что в
настоящий момент основным сырьем для производства метанола служит
природный газ, это существенно удешевляет себестоимость готового продукта.
5
УДК 665.666.24
И.Р. Хасанов1), А.М. Кирюхин2), Д.Н. Мунасыпов2)
ПОЛИМЕРИЗАЦИОННАЯ ОЧИСТКА
ПЕНТАН-ИЗОПРЕНЦИКЛОПЕНТАДИЕНОВОЙ ФРАКЦИИ
ОТ НЕПРЕДЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА КАТАЛИЗАТОРАХ
РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
1)
ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический
университет», г. Уфа, Россия
2)
ООО «Научно-технический центр «Салаватнефтеоргсинтез»,
г. Салават, Россия
Пентан-изопренциклопентадиеновая фракция (ПИЦПФ) – побочный
продукт процесса пиролиза производства ЭП-300 ОАО «Газпром нефтехим
Салават». Выкипает в пределах от 30 до 70 оС, содержит большое количество
непредельных соединений. Помимо олефинов С4-С5 в состав ПИЦПФ входят
диены (бутадиен, изопрен, пиперилены, циклопентадиен и др.),
дициклопентадиен, заметное количество ацетиленовых углеводородов.
Кроме того, присутствуют серо- и кислородсодержащие (в основном
карбонильные) соединения.
ПИЦПФ имеет высокое октановое число, является хорошим сырьем
пиролиза, но при ее нагревании происходит полимеризация реакционноспособных непредельных углеводородов (преимущественно диенов). В
результате образуются смолистые продукты, которые отлагаются на
поверхности аппаратуры установки пиролиза [1]. Поэтому перед
использованием в качестве компонента пиролизного сырья либо бензинов
ПИЦПФ должна быть максимально очищена от непредельных
углеводородов.
Перед опытами исходную ПИЦПФ отмывали 2 раза дистиллированной
водой при температуре 1-2 оС в отношении 1:1 об. для очистки от
карбонильных, спиртовых, азотистых микропримесей, которые ингибируют
действие катионных катализаторов, не говоря уже о катализаторах ЦиглераНатта. После отмывки с целью удаления эмульгированной влаги фракцию
сушили свежепрокаленной активной окисью алюминия.
Условия проведения полимеризации ПИЦПФ на катализаторах
различных типов приведены в таблице 1. После проведения полимеризации
реакционную массу дезактивировали, охлаждали и проводили отгонку
очищенной фракции. Затем определяли йодное число исходной ПИЦПФ и
очищенной фракции по ГОСТ 2070-82. Количественный анализ исходной и
очищенной фракций осуществляли методом ГЖХ, на хроматографе
«Кристалл 5000» с пламенно-ионизационным детектором, капиллярная
колонка CR-1 PONA 100×0,25×0,5, газ-носитель – гелий.
6
Таблица 1 − Условия проведения полимеризации ПИЦПФ
Вид
полимеризации
Инициаторы
Температура,
°С
Давление, атм.
Продолжительность, ч
Концентрация
катализатора,
% масс.
Дезактиваторы
Радикальная
Катионная
Ионнокоординационная
Перекись бензоила;
третбутилпербензоат;
ПБ + ТБПБ
TiCl4 + Н2О; AlCl3
+ этилацетат +
Н2О
TiCl4 + ТИБА
80 - 135
60 - 70
65 - 70
3,5 – 12
2,5 – 3*
2,5 – 3*
1-6
4 - 10
7 - 18
1-4
1,0 - 4,6
1,2 - 2,2
-
Метанол, этанол,
эпихлоргидрин
Метанол,
эпихлоргидрин
* Определено расчетным путём.
Результаты работы на различных катализаторах (инициаторах)
полимеризации отражены в таблице 2. Для сравнения были взяты опыты с
наилучшими результатами.
Таблица 2 − Результаты анализа исходных и очищенных фракций
AlCl3
+ TiCl4 ПБ
+
TiCl4+
Катализатор
этилацетат + +
ТБПБ
Н2О
Н2О
ТИБА (1:1)
Исходная ПИЦПФ
60,0
91,3
52,4
52,4
Йодное
число, г Очищенная
27,1
28,1
28,1
41,3
I2 / 100 г
ПИЦПФ
Содержание, % масс.:
исходная ПИЦПФ
30,7
23,1
27,5
27,5
парафины очищенная
45,7
49,7
40,9
43,1
ПИЦПФ
исходная ПИЦПФ
21,9
17,1
22,0
22,0
олефины очищенная
23,5
13,4
25,3
27,6
ПИЦПФ
исходная ПИЦПФ
45,0
55,5
47,7
47,7
диены
очищенная
25,6
28,6
33,5
27,7
ПИЦПФ
Максимальный выход
25,0
60,0
24,6
22,7
полимеров, % масс.
7
Данные таблицы 2 свидетельствуют, что наилучшие результаты в
плане очистки ПИЦПФ от непредельных соединений дает использование
катализатора AlCl3+H2O+этилацетат. При этом содержание парафиновых
углеводородов в очищенной ПИЦПФ увеличивается в 2 раза – с 23,1 до
49,7% масс., максимальный выход полимеров составляет 60% масс., йодное
число фракции снижается с 91,3 до 28,1 г I2/100 г.
Список литературы
1 Беренц А. Д., Воль-Эпштейн А. Б., Мухина Т. Н., Аврех Г. Л.
Переработка жидких продуктов пиролиза. – М.: Химия, 1985. – 216 с.
2 Думский Ю. В. и др. Химия и технология нефтеполимерных смол. М.: Химия, 1999. – 312 с.
УДК 665.637.8
Е.О. Колышева1), Н.Г. Евдокимова2), Г.М. Гайнуллина2)
ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИМЕРНО-БИТУМНЫХ ВЯЖУЩИХ
1)
ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический
университет», г. Уфа, Россия
2)
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Применяемые в настоящее время битумы не удовлетворяют требованиям,
предъявляемым к ним, как климатическими условиями, так и условиями
эксплуатации покрытий. Поэтому в мире проводились и проводятся
многочисленные исследования, направленные на повышение качества битума
до требуемого уровня. Наиболее интересные результаты получены при
введении в битумы добавок полимеров и поверхностно-активных веществ [2].
Для модификации битумов применяют каучуки, термопластичные
полимеры, серу, резиновую крошку, органомарганцевые компаунды,
термопластичные каучуки. Наиболее широко применяют полимерно-битумные
вяжущие (ПБВ) на основе блоксополимеров стирол-бутадиен-стирол, которые,
как показывает опыт, обеспечивают длительные сроки работы дорожных
покрытий, несмотря на особо сложные условия эксплуатации [1].
Главной причиной, которая сдерживает наращивание объемов
использования модифицированных битумов, является высокая стоимость
полимеров. Следовательно, в настоящее время стоит задача получения новой
менее дорогостоящей модифицирующей добавки к дорожным битумам, не
уступающей по свойствам СБС.
Целью исследований является установление возможности получения
модифицирующей добавки на основе побочной продукции ОАО «Газпром
8
нефтехим Салават». Для работы были выбраны низкомолекулярный
полиэтилен (НМПЭ) и кубовый остаток ректификации стирола (КОРС).
На первых этапах исследований было изучено влияние НМПЭ на
свойства битумов. Показано, что полученный битум имеет улучшенные
низкотемпературные свойства и показатель растяжимости, однако имеет
высокое значение изменения температуры размягчения после прогрева,
недостаточную высокую адгезию с поверхностью твердого минерального
материала. Повышение адгезионных свойств модифицированных НМПЭ
дорожных битумов возможно при дополнительном использовании добавок
ароматического основания и проявляющих поверхностно-активные свойства.
Так, были исследованы комбинированные добавки, состоящие из КОРС и
НМПЭ с термической подготовкой при температуре 100 0С в течение 4 часов,
состав которых представлен в таблице 1.
Таблица 1 – Состав добавок
Номер добавки
Соотношение НМПЭ:КОРС
2
1:3
3
1:2
4
2:1
5
1:4
64
59
54
4%
6%
8%
Содержание добавки, % масс.
70
60
50
40
200
150
100
50
0
4%
6%
8%
Содержание добавки, % масс.
Температура размягчения
Температура размягчения
Пенетрация при 25 °С
Пенетрация при 25 °С
Рисунок 1 – Изменение
свойств битума БНД 60/90 в
зависимости от содержания добавки
Пенетрация при 25 °С
0,1 мм
100
90
80
70
60
50
Температура
размягчения, °С
69
Пенетрация при 25 °С
0,1 мм
Температура
размягчения, °С
По результатам исследований установлено, что наибольшим
структурирующим эффектом обладает добавка 4, которая была введена в состав
битума в количестве 4-9% масс., результаты исследований представлены на
рисунках 1,2.
Рисунок 2 – Изменение свойств
битума БНД 90/130 в зависимости от
содержания добавки
Данные образцы были разбавлены маслом до показателей качества по
требованиям ГОСТ 52056-2003 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на
основе блок-сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол», а затем исследованы
на дуктильность и эластичность, в результате чего было выяснено, что
полученные битумы не обладают достаточной эластичностью. Поэтому для
достижения необходимых свойств наиболее целесообразно дополнительно для
модифицирования полученных битумов использовать композицию на основе
каучука БСК.
9
Установлено, что введение в состав глубокоокисленного битума
комплексной добавки, состоящей из полученной добавки 4 (НМПЭ:КОРС=2:1)
и композиции на основе БСК позволило достичь удовлетворительных значений
эластичности. Лучшими показателями эластичности обладает композиция,
содержащая 5% масс. комплексной добавки, состоящей из 66,7% масс. добавки
4 и 33,3% масс. композиции на основе каучука БСК.
Список литературы
1 Галдина В.Д. Модифицированные битумы: учебное пособие. – Омск:
СибАДИ, 2009. – 228 с.
2 Гохман Л.М. Битумы, полимерно-битумные вяжущие, асфальтобетон,
полимерасфальтобетон: Учебно-методическое пособие. - М.: ЗАО
«ЭКОНИНФОРМ», 2008. - 117 с.
УДК 665.637
А.Р. Назарова, Н.Г. Евдокимова
ТЕХНОЛОГИИ МОДИФИЦИРОВАНИЯ БИТУМОВ
ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРОЙ И ПОЛИСУЛЬФИДАМИ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Дорожное
строительство
является
неотъемлемой
частью
экономического развития страны, и улучшение качества дорожных магистралей
является актуальной проблемой. Наиболее эффективными модификаторами
битумов являются такие вещества, которые распределяются в дисперсионной
среде вяжущего, пластифицируя его, или создают пространственную сетку,
которая обеспечивает стабильность технологических свойств и улучшает
качество дорожного и кровельного покрытия. Одним из возможных источников
пополнения сырьевых ресурсов вяжущих материалов для строительства и
ремонта дорожных покрытий является сера. Использование серы как
компонента битума позволит частично решить проблему экономии нефтяного
сырья и снизить себестоимость битума и асфальтобетонного покрытия.
Целью исследований являлось получение товарных дорожных вяжущих,
соответствующих
требованиям
ГОСТ
22245-90,
модифицированных
элементарной серой и полисульфидами, полученными на основе серы и
непредельных мономеров (кубового остатока ректификации стирола (КОРС) и
дициклопентадиена (ДЦПД)).
По результатам исследований различных технологий модифицирования
битума серой и полисульфидами установлено, что для улучшения пластичных и
адгезионных свойств можно рекомендовать:
10
1) технологию получения серобитумов на основе осерненного
переокисленного битума и модифицированного гудрона нефтеполимерной
смолой с содержанием серы 15% на переокисленный битум ( 9,2% на битум)
[1]. Установлены наиболее приемлемые параметры процесса: температура
получения сеобитумных вяжущих – 140 оС, время компаундирования - 2 часа.
Показано, что добавка серы в количестве до 20 % эквивалентна введению
пластификатора. При более высоких концентрациях (более 30 %) сера является
структурообразующей
добавкой,
повышающей
вязкость,
несколько
понижающей трещиностойкость вяжущего. Введение серы в битум приводит к
снижению вязкости серобитумного вяжущего;
2) технологию получения полисульфидов на основе КОРС и ДЦПД, с
параметрами процесса: температура – 140оС, время – 4 часа, соотношение серы
и мономера 60:40 соответственно [2];
3) технологию получения битумно-полисульфидных вяжущих с
полисульфидом, полученном на основе КОРС с соотношением сера:КОРС
60:40, в количестве 17% масс. [2];
4) технологию получения битумно-полисульфидных вяжущих с
полисульфидом, полученным на основе ДЦПД с соотношением сера:ДЦПД
60:40, в количестве 20% масс. [2].
Разработана технологическая схема, которая является унифицированной,
позволяет получать как серобитумы, так и битумно- полисульфидные вяжущие.
Данную схему можно использовать для получения любых модифицированных
битумов и битумно-полимерных вяжущих.
В таблице показана экономическая целесообразность разработанных
технологий получения модифицированных битумов с использованием
элементарной серы и полисульфидов.
Таблица 1 – Технико-экономические показатели
Битумнополисульфидное
Показатель
вяжущее
(сера:КОРС=
60:40)
Абсолютные показатели
1 Суточная производительность, т
382,27
383,23
2 Дни работы
260,00
3 Мощность установки по сырью
100000,00
4 Выход целевой продукции, %
99390,00
99640,00
5 Цена 1т, тыс.руб
9,71
9,39
6 Себестоимость целевой
7,77
7,51
продукции, тыс. руб
7 Прибыль, тыс. руб
192816,60
187323,20
8 Рентабельность продукции, %
24,9
25
Серобитум
(15% серы на
переокисленный
битум)
11
Битумнополисульфидное
вяжущее
(сера:ДЦПД=
60:40)
383,23
99640,00
9,98
7,98
199280,00
25
Список литературы
1 Назарова А.Р., Евдокимова Н.Г. О технологии модифицирования
битумов элементраной серой // Наука. Технология. Производство - 2013: тезисы
докладов Международной научно-технической конференции студентов,
аспирантов и молодых ученых / редкол.: Евдокимова Н.Г. и др. - Уфа.: Изд-во
УГНТУ, 2013. – С.10-12.
2 Назарова А.Р., Евдокимова Н.Г. О технологии получения
битумполисульфидных вяжущих // Интеграция науки и образования в вузах
нефтегазового профиля – 2014: материалы Международной научнометодической конференции / редкол.: Евдокимова Н.Г. и др. -Уфа.: Изд-во
УГНТУ, 2014. – С.175-178.
УДК 665.637.8
Е.О. Колышева1), Г.М. Гайнуллина2), Н.Г. Евдокимова2)
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ
АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ НА ПРОЧНОМЕРЕ ПК-21
1)
ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический
университет», г. Уфа, Россия
2)
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г.Салавате, Россия
Асфальтобетонные покрытия являются наиболее оптимальным типом
покрытия для дорог. Они обладают достаточно высокой прочностью, обладают
устойчивостью к атмосферным осадкам и колесам автомобилей, легко
поддаются механизированной уборке, не пылят, поглощают шум от движения
колес транспортных средств, а также создаются мягкую езду. Именно эти
достоинства асфальтобетонных покрытий позволяют их широко использовать в
дорожном строительстве [2].
Величина достигаемых показателей асфальтобетона в процессе
устройства покрытия зависит как от качества применяемого материала, так и
принятой технологии строительства. Нарушение технологии при выполнении
процессов приготовления горячей смеси, транспортирования, укладки и
уплотнения, а также выбор режимов работы механизированного звена машин,
без учёта конкретных условий производства работ, приводит к снижению
эксплуатационных показателей асфальтобетонного покрытия.
Основными
параметрами,
характеризующими
эксплуатационные
показатели
асфальтобетона,
являются:
прочность,
водостойкость,
водонасыщение,
сдвигоустойчивость,
трещиностойкость.
Прочность
характеризует
сопротивление
асфальтобетона
сжимающим
силовым
воздействиям от движущегося транспорта при различных температурах
окружающего воздуха [1].
12
В работы была разработана методика определения прочности битумноминеральных смесей на основе битумов марок БНД 60/90 и БНД 90/130 ОАО
«Газпром нефтехим Салават» на прочномере марки ПК-1.
Образцы битумоминеральных смесей для исследований готовились на
основе битума и специально подготовленного строительного песка, который
использовался в качестве минерального материала. Строительный песок
предварительно промывался дистиллированной водой и высушивался при
температуре 110 оС в течение 2 ч. Битум разогревался до температуры 140 оС и
вводился в песок в количестве 6 – 9 % масс. на песок. Полученная смесь
тщательно перемешивалась при температуры 70 ºС до полного обволакивания
битумом
частиц
песка.
На
пресс-форме
готовились
образцы
битумоминеральной смеси методом уплотнения.
Определение
предела
прочности
битумно-минеральной
смеси
заключалась в определении нагрузки, необходимой для разрушения
подготовленного образца при температуре 20оС. Значение механической
прочности, измеряемое наименьшей силой, под действием которой происходит
разрушение образца битумно-минеральной смеси, выводится на цифровое
табло прочномера и выражается в ньютонах.
Образцы устанавливаются на кассету прочномера, после чего включается
электродвигатель и начинается воздействие нагрузки. За показатель прочности
принимается среднее арифметическое значение величины разрушающего
усилия, определенного для 10 образцов. В результате были получены данные,
представленные на рисунке 1, которые подтверждают теоретические и
практические данные по прочности асфальтобетонных покрытий от содержания
и вида битума в смеси и могут быть использованы для оценки влияния
различных битумов на прочностные свойства битумно-минеральных смесей.
Сила разрушения, Н
25
21
17
Битум 90/130
13
Битум 60/90
9
5
5
6
7
8
9
10
Содержание битума в битумно-минеральной смеси,
% масс.
Рисунок 1 – Зависимость силы разрушения битумно-минеральных смесей
от содержания битума
13
Список литературы
1 Зубков А.Ф. Технология устройства покрытий нежёсткого типа из
асфальтобетонных горячих смесей : учеб. пособие / А.Ф. Зубков,
К.А.Андрианов, Т.И. Любимова. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009.
– 80 с.
2
[Электронный
ресурс]
Режим
доступа:
http://broad.biz/materials/asfaltobetonnye_pokrytiya.html
УДК 665. 637.8
Н.Г. Евдокимова, Е.В. Комарова
МОДИФИЦИРОВАНИЕ СЫРЬЯ БИТУМНОГО ПРОИЗВОДСТВА
ТЯЖЕЛОЙ СМОЛОЙ ПИРОЛИЗА
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Одним из важнейших научных направлений в области нефтепереработки
остается проведение целенаправленных исследований по определению новых
возможностей интенсификации процесса жидкофазного окисления сырья
битумного производства с учетом принципов теории физико-химической
механики нефтяных дисперсных систем (НДС) и квалифицированного
использования вторичных продуктов нефтехимии и нефтепереработки.
Интенсификация процесса производства битумов, которая базируется на
теории регулируемых внешними воздействиями сил межмолекулярных
взаимодействий и фазовых переходов, позволяет оптимизировать коллоиднохимические свойства сырья и таким образом интенсифицировать процесс
окисления и получить битумы с улучшенными эксплуатационными свойствами.
Развитие нефтехимических производств и вторичных процессов
переработки нефти создает сырьевую базу для использования различных
отходов и побочных продуктов для регулирования свойств сырья в процессах
получения окисленных битумов. В работах [1 - 6] показана эффективность
интенсификации процессов получения нефтяных битумов на базе принципов
физико-химической механики. Поэтому целью работы стало исследование
влияния тяжелой смолы пиролиза (ТСП) – побочного продукта производства
олефинов на свойства сырья битумного производства с целью интенсификации
процесса окисления и регулирования качества окисленных битумов.
При вовлечении в битумное производство менее качественных
парафинистых гудронов необходимо использовать различные приемы
обогащения сырья ароматическими углеводородами. ТСП в своем составе
имеет достаточное количество ароматических и полицикло-ароматических
14
Температура размягчения, оС;
фактор устойчивости х 0,1;
размер частиц дисперсной
фазы, х 100 нм
углеводородов, которые являются необходимыми компонентами сырья
битумного производства парафино-нафтенового основания. Кроме того, смола
пиролиза содержит некоторое количество неароматических углеводородов,
включая олефины и диены, которые могут служить инициаторами процесса
окисления углеводородного сырья. В качестве сырья процесса окисления были
использованы гудроны шаимской нефти (парафино-нафтенового основания) с
температурой размягчения 22оС и смеси западносибирских нефтей (нафтеноароматического основания) с температурой размягчения 25оС. Содержание
ТСП в гудронах не превышало 8% масс. на гудрон.
На рисунке 1 показаны зависимости температуры размягчения, размеров
частиц дисперсной фазы и фактора устойчивости гудрона шаимской нефти от
содержания ТСП, по которым можно определить область активного состояния
системы «гудрон-добавка». Установлено, что зависимости исследуемых
показателей носят экстремальный характер, где в области введения в сырьё 5 –
6 % масс. ТСП в гудрон система находится в активном состоянии, где
происходит скорость окисления увеличивается в 1,17-1,2 раза.
При исследовании свойств битумов, полученных окислением
модифицированного гудрона шаимской нефти (таблица 1), установлено, что
при окислении сырья, содержащего 5-6% масс. ТСП, полученный битум
обладает наибольшей пенетрацией при 25 0С и улучшенными адгезионными
свойствами, однако все полученные битумы имеют высокие значения
изменения температуры размягчения после прогрева. Видимо, это связано с
присутствием в битуме ненасыщенных и нестабильных соединений, которые
были образованы в процессе окисления парафинистого сырья при введении
ТСП. Нестабильные компоненты битума инициируют протекание процессов
термоокислительного старения.
40
35
30
температура
размягчения
фактор
устойчивости
размер частиц
дисперсной фазы
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Содержание тяжелой смолы пиролиза, % масс.
Рисунок 1 - Зависимости температуры размягчения, размеров частиц
дисперсной фазы и фактора устойчивости гудрона шаимской нефти от
содержания ТСП
15
Таблица 1 – Основные показатели качества битумов, полученных при
окислении гудрона шаимской нефти с тяжелой смолой пиролиза
Количество
ТСП,
%
масс.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Темпе- Пенетраци
Выход ратура я х 0,1, мм
отдува, размяг% мас. чения, прио при
0
25
С
0оС
С
3,3
45
91
56
2,0
45
79
42
2,7
45
94
43
2,7
47
77
46
2,0
46
85
35
2,7
45
98
39
2,0
45
106
49
4,0
47
84
47
3,3
45
93
43
Температура
хрупкости,
0
С
Адгезия, %
мас./№
образца
Рас-тяжимость,
см
-28
-28
-28
-28
-28
-28
-27
-28
-28
70,11/3
68,23/3
64,99/3
69,99/3
83,33/2
86,67/2
84,99/2
81,67/3
79,99/3
70
80
86
90
93
92
91
88
80
ИзменеИзменение
ние
температуры
массы
размягчения
после
после
прогрева
прогрева, 0С
, % масс.
0,34
15
0,46
23
0,4
17
0,43
20
0,37
28
0,36
10
0,23
18
0,16
22
0,17
15
Окисление гудрона смеси западносибирских нефтей с тяжелой смолой
пиролиза показало возможность интенсификации процесса окисления с
незначительным улучшением некоторых показателей качества битумов
(таблица 2). Установлено, что для получения марки битума БНД 90/130 с
улучшенными
пластичными
и
низкотемпературными
свойствами
целесообразно использовать гудрон модифицированный смолой пиролиза в
количестве 3% и 7% масс., где скорость окисления увеличивается в 2,4 раза, а
при получении битума марки БНД 60/90 – 7% масс., где скорость окисления
увеличивается в 1,7 раза. Использование ТСП в качестве модификатора сырья
позволяет
получить
битумы
с
улучшенной
стабильностью
к
термоокислительным процессам и несколько улучшить адгезионные свойства.
Таблица 2 – Свойства битумов марок БНД 60/90 и БНД 90/130, полученных на
основе окисления модифицированного гудрона смеси западносибирских
нефтей тяжелой смолой пиролиза
Пенетрация х 0,1,
мм
Количество
ТСП,
% масс.
Температура
размягчения,
0
С
при
25оС
при
0оС
0
3
5
7
44
44
44
44
98
125
110
94
20
31
26
20
0
3
5
7
48
47
48
48
68
82
75
90
22
25
24
27
Потеря
Адге- массы
Индекс
зия,
после
пенет№ об- прогрерации
разца
ва, %
масс.
БНД 90/130
-17,8
-1,1
3
0,14
-19,5
-0,6
3
0,13
-17
-0,9
2
0,14
-21
-0,1
2
0,17
БНД 60/90
-17
-1,6
3
0,27
-22
-0,8
2
0,14
-19
-1,2
1
0,28
-18
-1,9
2
0,37
Температура
хрупкости,
о
С
16
Изменение
температуры размягчения после прогрева, оС
Выход
отдува,
%
мас.
11,5
7,5
10,5
6,0
2,5
3,5
5,5
1,0
5,0
4,5
4,7
1,3
2,0
2,5
1,0
3,5
Таким образом, результаты исследований позволяют сделать следующие
выводы:
- изменяя силы межмолекулярного взаимодействия в сырье битумного
производства за счет его модифицирования тяжелой смолой пиролиза можно
оптимизировать коллоидно-химические свойства сырья и таким образом
интенсифицировать процесс окисления и получить битумы с улучшенными
эксплуатационными свойствами;
- определение активного состояния модифицированного сырья битумного
производства на основе фотоколориметрических методов исследований
позволяет найти области концентраций тяжелой смолы пиролиза, которые
оптимально регулируют свойства сырья;
- при окислении модифицированного сырья тяжелой смолы пиролиза
можно
получить
битумы
с
улучшенными
адгезионными
и
низкотемпературными свойствами;
- тяжелую смолу пиролиза наиболее рационально использовать для
модифицирования сырья битумного производства парафино-нафтенового
основания.
Список литературы
1 Евдокимова, Н.Г. Интенсификация процесса получения битумов
активацией нефтяных остатков: дис. … канд. техн. наук: 05.17.07 / Евдокимова
Наталья Георгиевна. - М., 1992. - 151 с.
2 Гуреев А.А., Чернышева Е.А., Коновалов А.А, Кожевникова Ю.В.
Производство нефтяных битумов. М.: Нефть и газ, 2007. 103 с.
3 Гуреев, А.А. Новое в технологии производства битумных материалов /
А.А. Гуреев, В.А. Сомов, А.И. Луговской, А.В. Иванов // Химия и технология
топлив и масел. – 2000. - №2. - С. 49-51.
4 Гуреев, А.А. Дорожные битумы – вчера, сегодня, завтра / А.А. Гуреев,
Н.В. Быстров //Нефтепереработка и нефтехимия. - 2013. - №5. - С.3-6.
5 Гуреев А.А., Сюняев Р.З. Интенсификация некоторых процессов
переработки нефтяного сырья на базе принципов физико-химической
механики. - М.: НИИТЭнефтехим, 1984. – С. 25-44.
6 Евдокимова, Н.Г. Подготовка сырья битумного производства с
использованием вакуумного остатка установки висбрекинга / Н.Г. Евдокимова,
Е.В. Грызина, Э.А. Ялиева, А.А. Гуреев // Электронный научный журнал
"Нефтегазовое
дело".
2011.
№5.
С.323335.URL:http://www.ogbus.ru/authors/Evdokimova/Evdokimova_4.pdf.
17
УДК 667.621.72
Д.И. Ягудина1), И.Ф. Садретдинов2), И.А. Султанбекова2)
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАСТИФИКАТОРА
ДИИЗОНОНИЛФТАЛАТА НА КАТАЛИЗАТОРЕ
ТЕТРАБУТОКСИТИТАНЕ
1)
ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический
университет», г. Уфа, Россия
2)
ООО «Научно-технический центр «Салаватнефтеоргсинтез», г. Салават,
Россия
Примерно 95 % пластификаторов диизононилфталата (ДИНФ) и
диизодецилфталата
(ДИДФ)
используется
для
пластификации
поливинилхлорида, в частности при производстве кабельных пластикатов,
линолеума, обоев, пленок и т.д. [1].
Развитие производства пластификаторов ДИНФ и ДИДФ является одной
из важнейших задач нефтехимической промышленности России, т.к.
наблюдается непрерывное увеличение спроса на высококачественные и более
экологичные фталатные пластификаторы [2].
ДИНФ и ДИДФ практически не производятся в нашей стране, из-за
отсутствия собственных мощностей по производству изононилового и
изодецилового спиртов, необходимых для получения высших фталатов [3].
Потребности в этих продуктах удовлетворяются за счет импорта.
Нами были проведены исследования по получению пластификатора
ДИНФ в лабораторных условиях. Для синтеза ДИНФ использовался фталевый
ангидрид производства цеха №48 ОАО «Газпром нефтехим Салават» и
изонониловый спирт (ИНС) компании ExxonMobil Chemical.
Пользуясь литературными источниками [4], патентной литературой [5] и
результатами
исследований
авторы
разработали
принципиальную
периодическую схему получения пластификатора ДИНФ (ДИДФ) (рисунок 1).
Изонониловый спирт из емкости Е-1, нагреваясь в теплообменнике ТО-1
до температуры 130-150°С, подается в реактор Р-1. Для удаления кислорода
воздуха из емкости Е-1, попавшего в процессе загрузки ИНС, предусмотрена
подача азота в низ Е-1. В реактор Р-1 также подается фталевый ангидрид в виде
расплава.
Реактор Р-1 представляет собой емкость, оснащенную турбинной
мешалкой, паровой «рубашкой» и встроенным змеевиком для обогрева и
охлаждения реакционной смеси.
Первая стадия производства – образование моноизононилфталата
(МИНФ) – происходит без катализатора при температуре 130-140°С и
остаточном давлении не более 600 мм рт. ст. в реакторе Р-1.
18
При работе в реактор Р-1 непрерывно подается азот для исключения
окисления реакционной смеси.
Приготовление раствора катализатора осуществляется в аппарате с
мешалкой Р-4. Аппарат заполняется ИНС, затем туда же загружается
катализатор тетрабутоксититан (ТБТ) из канистр при помощи вакуумирования
по шлангу, для чего в Р-4 предварительно создается вакуум. После завершения
загрузки ТБТ вакуум от аппарата отключается и подключается азотное
дыхание. Затем содержимое аппарата перемешивают в течение 10 – 20 минут.
Первая порция приготовленного раствора катализатора (50 % масс.)
подается в реактор Р-1 после образования МИНФ при температуре 130-140°С.
Затем происходит вторая стадия – образование диизононилфталата.
Температуру в Р-1 повышают до 185-195°С и выдерживают реакционную смесь
3 часа при постоянной подаче азота и остаточном давлении не более 600 мм рт.
ст.
Смесь паров спирта и воды охлаждается в конденсаторе-холодильнике
КХ-1 и разделяется в сепараторе С-1, спиртовой слой возвращается в
реакционную смесь, а водный слой поступает на локальную очистку сточных
вод (ЛОСВ).
После 3 часов ведения процесса выделяется в ходе реакции и удаляется
вместе с избытком спирта основная масса воды 60-70 %, после чего
добавляется оставшаяся вторая порция раствора катализатора ТБТ, далее
происходит последняя стадия – доэтерификация. Производится подъем
температуры до 210°С и реакционная смесь выдерживается 1,5 часа.
Эфир-сырец охлаждается в теплообменнике ТО-2 до 150°С и поступает
на стадию удаления избытка спирта в аппарат с мешалкой Р-2. Избыток ИНС
удаляется под вакуумом при температуре 150-160 °С и 20 мм рт. ст.
(температура и давление, необходимое для удаления избытка изононилового
спирта из ДИНФ, рассчитано в программе Petro-SIM Express).
Длительность стадии отгона составляет 3 ч. Пары спирта и остатков воды
охлаждаются в КХ-2 и разделяются в С-2. Спиртовой слой поступает в Е-2 –
емкость для смешения свежего и оборотного спирта. С низа сепаратора С-2
выводится вода на ЛОСВ.
После стадии отгона избытка спирта в том же аппарате Р-2 происходит
нейтрализация эфира-сырца и разложение ТБТ-катализатора. Нейтрализация
осуществляется 2 %-ным водным раствором карбоната натрия в течение 30
минут при непрерывном перемешивании и температуре 80-90°С при
атмосферном давлении. После нейтрализации в этом же аппарате происходит
отстаивание водно-солевого слоя от эфира-сырца. Водно-солевой слой
выводится с низа Р-2 и отправляется на узел ЛОСВ.
Затем в Р-2 поступает промывная вода. Стадия промывки происходит при
температуре 80-90°С при атмосферном давлении в течение 30 минут.
Нейтрализованный эфир-сырец осушается от остатков воды, спирта и
летучих соединений под вакуумом при постоянной подаче азота или водяного
пара в Р-2.
19
ДИНФ с низа Р-2 после охлаждения в аппарате воздушного охлаждения
ВХ-1 до температуры 90°С поступает в осветлитель Р-3.
Одновременно с ДИНФ в осветлитель Р-3 подается суспензия смеси
глины и угля в диизононилфталате из аппарата с мешалкой Р-5. Осветление
происходит при температуре 80-90°С и атмосферном давлении в течении 30
минут.
Осветленный пластификатор подается на последнюю стадию обработки –
фильтрацию на рамном пресс-фильтре Ф-1.
Фильтрация эфира-сырца предназначена для удаления смеси глины и
угля, также остатков полимерного диоксида титана.
Осадок из пресс-фильтра Ф-1 выгружается в шламонакопитель и
периодически вывозится на полигон для захоронения твердых отходов.
Готовый пластификатор после Ф-1 поступает на склад готовой
продукции.
Е-1, Е-2 – емкости; ТО-1, ТО-2 – теплообменники; Р-1 – реактор; Р-2 –
аппарат для удаления избытка спирта, нейтрализации, промывки и удаления
летучих соединений; Р-3 – осветлитель; Р-4 – аппарат для приготовления
раствора катализатора ТБТ; Р-5 – аппарат для приготовления суспензии глины
и угля в ДИНФ; С-1, 2 – сепараторы; КХ-1, 2 – конденсаторы-холодильники;
ВХ-1– аппарат воздушного охлаждения; Ф-1– пресс-фильтр; ВСА –
вакуумсоздающая аппаратура
Рисунок 1 − Схема производства ДИНФ (ДИДФ) периодического
действия в присутствии катализатора тетрабутоксититана
Основные преимущества предлагаемой схемы:
- возможность производства разных фталатов (ДИНФ и ДИДФ);
- улучшение цветности ДИНФ и уменьшение времени реакции этерификации за счет добавления катализатора ТБТ в 2 приема;
- компактность установки.
20
УДК 541.128/.128.5
Г.З. Раскильдина, Ю.Г. Борисова, Л.Ф. Латыпова
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ С НЕПРЕДЕЛЬНЫМИ
УГЛЕВОДОРОДАМИ НА ЦЕОЛИТЕ H-BETA
ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический
университет», г.Уфа, Россия
Сложные эфиры карбоновых кислот широко используются в различных
отраслях промышленности в качестве растворителей, пластификаторов,
компонентов масел и смазок, душистых веществ и других практических
важных продуктов [1, 2]. В промышленности и лабораторной практике синтез
сложных эфиров осуществляют присоединением карбоновых кислот к
олефинам в присутствии минеральных и органических кислот Льюиса и
Бренстеда, катионитов и др. В то же время, подавляющее большинство
предложенных методов характеризуется недостаточно высокой конверсией и
селективностью,
включает
применение
дорогих
растворителей
и
сопровождается образованием значительных количеств побочных продуктов и
сточных вод.
В этой связи наиболее актуальным, с точки зрения экологической
безопасности, улучшения и упрощения технологии, является применение
гетерогенных катализаторов.
В работе исследовано взаимодействие норборнена 1, стирола 2а и
2-винил-2-метил-гем-дихлорциклопропана 2б* с различными алифатическими
монокарбоновыми (уксусная 3, н-масляная 4), непредельными (метакриловая 5)
и хлоруксусной 6 кислотами в присутствии цеолитного катализатора H-Beta
(SiO2/Al2O3=18).
+ R'-COOH
R'
O
3-6
7-10
1
O
O
+ R'-COOH
R
R
3-6
2 а, б*
O
R'
11 а, б -14 а, б*
CH3
R= C 6 H 5 (а);
(б*)
Cl
Cl
R'= -CH 3 (3, 7, 11а,б*); -n-C 3 H 7 (4, 8, 12а,б*); -CH 2 Cl (5, 9, 13а,б*); -C 3 H 5 (6, 10, 14а,б*)
Установлено, что взаимодействие монокарбоновых кислот (уксусной 3, нмасляной 4, хлоруксусной 5, метакриловой 13) с норборненом 1, стиролом 2а и
2-винил-2-метил-гем-дихлорциклопропаном 2б* при 900С, 1500С* за 4 часа
21
протекает с образованием соответствующих сложных эфиров 7а,б*-14а,б* с
селективностью до 99% при полной конверсии исходных олефинов 1, 2а,б.
Идентификацию
продуктов
осуществляли
методами
хромасс1
13
спектрометрии, Н и С-ЯМР-спектроскопии и элементного анализа.
На основании полученных результатов разработан высокоселективный
способ получения дорогостоящего душистого вещества стираллил ацетата 11
(гарденола) реакцией уксусной кислоты 3 со стиролом 2а в присутствии
цеолита H-Beta. Так, данные показывают, что цеолитный катализатор H-Beta
может быть успешно использован в синтезе различных сложных эфиров.
Список литературы
1 Gryglewicz S., Oko F.A. // Industrial Lubrication and Tribology.- 2005.V. 57.- № 3.- P. 128.
2 Cerveny L., Marhoul A. and Kozel J. // React. Kinet. Catal. Lett.,- 1988.V. 37.- № 2. – P. 337.
УДК 665.656.2
Д.Б. Хисамеева, Э.К. Аминова
ИЗОМЕРИЗАЦИЯ ПЕНТАН−ГЕКСАНОВОЙ ФРАКЦИИ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Процесс изомеризации является одним из самых рентабельных способов
получения высокооктановых компонентов бензинов с улучшенными
экологическими свойствами. Актуальность установок изомеризации также
возросла с введением новых сверхжестких ограничений на экологические
свойства автомобильных бензинов, включая ограничения по фракционному
составу, содержанию ароматических соединений и бензола. Установки
изомеризации позволяют получить топливо с характеристиками, отвечающими
жестким стандартам ЕВРО-4 и ЕВРО-5.
Анализ развития процесса изомеризации показал его стремительно
возрастающую конкурентоспособность по сравнению с другими процессами,
направленными на получение компонентов бензинов. При этом схемы
проектируемых
и
реконструируемых
процессов
изомеризации
преимущественно снабжены рециклом низкооктановых пентанов и гексанов,
что связано с необходимостью получения автобензинов, соответствующих все
более жестким стандартам [1].
В ОАО «Уфимский НПЗ» с 2003 г. работает блок изориформинга
установки
Л-35-5.
Разработчик
катализатора
ИПМ-02
—
ОАО
«ВНИИНефтехим». Основные характеристики катализатора: содержание
22
платины — 0,38% масс., насыпная плотность — 0,7г/см3, диаметр экструдатов
— 2,1-2,3 мм. Производительность установки 25 м3/ч, выход изомеризата
98% масс. В период эксплуатации был оптимизирован технологический режим
за счет снижения суммарной кратности циркуляции ВСГ к сырью до 730760 нм3/м3, повышения температуры на входе в реактор до 260-270°С на менее
благоприятном сырье, содержащем 22-26% масс. и концом кипения 81-82°С.
При этом был получен изомеризат с МОЧ 76,6 пунктов, прирост составлял
всего 4,0-5,2 пункта.
Таким образом, путем введения в технологическую схему НПЗ установки
изомеризации, извлекающей из состава бензинов низкооктановые легкие
фракции и возвращающей в oбщий фонд высокооктановый компонент,
достигается двойной эффект: увеличивается общий выход автомобильных
бензинов из перерабатываемой нефти и повышаются их октановые
характеристики с однoвременным уменьшением содержания ароматики,
бензола и олефинов.
.
1
Хаимова Т.Г., Мхитарова Д.А. Изомеризация как эффективный путь
производства высокооктановых компонентов бензина: Информационноаналитический обзор.- М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2005. – 80 с.
УДК 661.9
О.Б. Прозорова, Г.Х. Шамсутдинова
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА СЕЛЕКТИВНОГО
ГИДРИРОВАНИЯ ПРОПАН-ПРОПИЛЕНОВОЙ ФРАКЦИИ
УСТАНОВКИ ГАЗОРАЗДЕЛЕНИЯ ПИРОГАЗА
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Нефтехимический потенциал промышленно-развитых стран определяется
объемами производства низших олефинов. Основным методом производства
низших олефинов является пиролиз углеводородного сырья. Как жидкие, так и
газообразные продукты пиролиза требуют так называемой гидростабилизации.
Одним из перспективных направлений совершенствования процесса
очистки пропан-пропиленовой фракции является применение различных
катализаторов, позволяющих при переработке легкого и тяжелого сырья
увеличить
выход
ценных
низкомолекулярных
олефинов,
снизить
коксообразование и образование побочных продуктов. Кроме того,
катализаторы гидрирования могут увеличивать выход ценных ароматических
углеводородов, что особенно желательно при переработке тяжелого нефтяного
сырья [1].
23
В настоящее время селективное гидрирование пропан-пропиленовой
фракции для очистки от примесей метилацетилена и пропадиена
осуществляется в изотермических реакторах при температуре 70÷1500С на
палладиевом катализаторе марки АПКГС [2].
В связи с возрастающими требованиями к качеству нефтехимической
продукции предлагаем провести замену катализатора гидрирования ППФ
марки АПКГС-10Э2 на катализатор марки OleMax-301.
Сравнительная характеристика физико-химических свойств этих
катализаторов представлена в таблице 1.
Таблица 1- Сравнительная
катализаторов
Фирма-производитель
Марка катализатора
Компонентный состав, %
а) активный компонент
- палладий
б) носитель
- оксид алюминия
Форма гранул
Насыпная плотность, кг/м³
характеристика
физико-химических
свойств
«SUD-CHEMIE»
OleMax-301
ОАО «АЗК и ОС»
АПКГС-10Э2
0,03
0,10±0,02
остальное
сферы 3- 5 мм
650
остальное
экструдаты, 2-3мм
900
Анализ представленных данных показывает ряд преимуществ
катализатора OleMax-301 перед катализатором АПКГС-10Э2:
- меньшее содержание активного компонента (палладия), что выгодно
отразится на цене катализатора;
- меньшая масса катализатора при одинаковом объёме загрузки реактора
(за счет более низкой насыпной плотности), что положительно скажется на
расходной норме;
- гранулометрический состав катализатора (сферы) при загрузке реактора
обеспечит более высокую плотность каталитического слоя, что благоприятно
для проведения процесса гидрирования;
- устойчив к воздействию ядов.
Особо следует отметить температурный фактор. Рабочий цикл
катализатора фирмы «SUD-CHEMIE» начинается с более низкой температуры
55°С, это скажется на экономии энергоресурсов,
Сравнение эффективности катализаторов процесса селективного
гидрирования ППФ приведено в таблице 2.
24
Таблица 2 - Сравнение эффективности катализаторов процесса селективного
гидрирования ППФ
Наименование фирмы «SUD-CHEMIE»
ОАО «АЗК и ОС»
производителя
Марка катализатора
OleMax-301
АПКГС-10Э2
Селективность, %:
- начало цикла
98
90
- конец цикла
65
60
Содержание МАПД в
Менее 1000
Менее 2000
очищенной ППФ, ppm
(факт. 10 ppm.)
Содержание «зелёного
Менее 10
Более 200
масла», ppm
Продолжительность
48
24
межрегенерационного
цикла, месяцев
Таким образом, большей эффективностью обладает катализатор OleMax301.
Одним
из
преимуществ
является
продолжительность
межрегенерационного цикла, который для катализатора марки OleMax-301
составляет 4 года, тогда как для катализатора марки АПКГС-10Э2 - 2 года.
Список литературы
1 Воронецкий М.С., Диденко Л.П., Савченко В.И. Равновесные условия
минимального коксообразования при дегидрировании пропана // Химическая
физика.- 2009.- № 4.- С. 48–54.
2 Технологический регламент цеха № 56 завода «Мономер» ОАО
«Газпром нефтехим Салават» - Салават, 2010. – 573 с.
УДК 66-977
Р.И. Дятлов, Б.С. Жирнов
МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ УСТАНОВКИ
КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА ВАКУУМНОГО ГАЗОЙЛЯ
НА ШАРИКОВОМ КАТАЛИЗАТОРЕ ТИПА Г-43-102
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Целевым назначением установки каталитического крекинга является
получение высокооктанового бензина и легкого газойля [1-4]. Типовой проект
установки каталитического крекинга типа 43-102 разработан институтом
«Гипрогрознефтезавод» в 1947 году. Проектная мощность установки 250 тыс.
25
тонн сырья в год или 800 тонн в сутки. Для повышения производительности на
установке проведен ряд реконструкций и увеличено количество рабочих дней в
году.
Потолком для данной установки на катализаторе Ц-600У считается
производительность в 45 т/ч или 385560 т/год. При увеличении данных
значений до 50 т/ч происходит забивание стояка над бункером Р-6
закоксованным катализатором, что решается увеличением давления
пневмотранспорта дымовыми газами. Так как сжигание топлива в топке
производится с избытком воздуха 1,25, то на выходе, получаются дымовые газы
с концентрацией кислорода до 4,5 – 5%. При забитом стояке и при подаче
большего давления газом, с оставшимся в нем кислородом, происходит контакт
кислорода и активных центров катализатора, что приводит к прогару стенок
стояка. Для решения этой проблемы предлагается следующая схема (рисунок
1).
Рисунок 1 – Технологическая схема топочного блока установки
Основной задачей данной схемы является сжигание топлива без
остаточного кислорода. Для этого используется соотношение топливо: воздух,
равное 1 : 1. При данных условиях температура дымовых газов на выходе из
топки достигает значений в 1100ºС, что неприемлемо для условий процесса
крекинга. Катализатор при таких температурах начинает спекаться и терять
свои
свойства.
Максимальная
температура
дымовых
газов
для
пневмотранспорта не более 600ºС. Для решения этой проблемы предлагается
использовать охлаждение дымовых газов до требуемых значений с помощью
теплообменной аппаратуры типа газ-газ. Дымовые газы, проходя через
теплообменник, отдают часть своего тепла воздуху, который в дальнейшем
поступает в регенератор для осуществления процесса регенерации. При
условиях, когда на регенерацию требуется подавать холодный воздух,
применяется другой вариант охлаждения дымовых газов, а именно подача азота
на выходе из топки, что позволит снизить температуру дымовых газов до
требуемых значений. Подача воздуха на регенерацию при таком режиме,
осуществляется в обход теплообменника.
26
Применение такой схемы позволит:
повысить производительность процесса;
увеличить давление пневмотранспорта, для прохождения через стояк
большего количества катализатора;
убрать из схемы дополнительную топку для нагрева воздуха,
подаваемого на регенерацию;
снизить экономические затраты на ведение процесса.
Список литературы
1 Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Ч. 2. Крекинг
нефтяного сырья и переработка углеводородных газов. -М. : Химия, 1980. 328 с.
2 Прокопюк С.Г., Масагутов Р.М. Промышленные установки
каталитического крекинга. -М. : Химия, 1974. -176 с.
3 Суханов В.П. Каталитические процессы в нефтепереработке. -М.:
Химия, 1973. -416 с.
4 Бондаренко Б.И. Установки каталитического крекинга. -М.:
Гостоптехиздат, 1959. -305 с.
УДК 66.067
О.Б. Прозорова, А.Г. Трипольский
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ
СУЛЬФИДНО-ЩЕЛОЧНЫХ СТОКОВ
ЗАВОДОВ НПЗ И «МОНОМЕР»
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Охрана окружающей среды является основой для достижения
устойчивого развития предприятий. Важное направление развития –
модернизация производств обезвреживания технологических стоков воды.
Сточные воды предприятий нефтепереработки и нефтехимии высокотоксичны
и при существующих объемах водоотведения представляют собой серьезную
экологическую опасность. Очистка этих стоков до параметров,
предусмотренных действующими в настоящее время нормативными
требованиями, традиционными способами практически невозможна. Таким
образом, создаются предпосылки для более эффективной работы
биологических очистных сооружений на предприятиях.
Предлагаемая схема очистки сульфидно-щелочных стоков (СЩС) была
выбрана по совокупности технико-экономических показателей и является
одной из многочисленных схем очистки сточных вод как в Российской
федерации так и за рубежом.
27
Схема состоит из следующих блоков:
- блока флотации, предназначенного для очистки СЩС от
нефтепродуктов и взвешенных примесей путем флотационной очистки стока;
- блока отпарки кислых стоков, предназначенного для очистки СЩС от
сульфидов и аммонийного азота методом карбонизации с последующей
отпаркой
водяным
паром
с
выделением
увлажненного
сероводородсодержащего газа с примесью аммиака;
- блока биологической очистки стоков от фенолов, предназначенного для
обезвреживания фенолсодержащих СЩС до параметров, предъявляемых к
очистным сооружениям ОАО «Салаватнефтехим Салават», методом
биологической очистки с использованием штамма бактерий Pseudomonas
auruginosa XP-25. Преимуществом данного метода является возможность
переработки сточных вод с высокой концентрацией фенола.
В результате совершенствования процесса планируется достичь глубокой
нейтрализации и очистки стоков технологических производств ОАО «Газпром
нефтехим Салават» до экологически безопасного уровня. Реализация данного
проекта необходима в связи с окончанием срока эксплуатации объекта «Кама1» и невозможностью сбрасывания СЩС в реку Белая без предварительного
обезвреживания и очистки. Невыполнение требований экологической политики
может повлечь наложение крупных штрафов и приостановление деятельности
предприятия.
УДК 665.753.3
М.Е. Муравьева, Е.А. Тизяева, А.В. Сабитова,
О.Б. Прозорова, Е.В. Комарова
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМИНОВЫХ
КИСЛОТ ИЗ БУРЫХ УГЛЕЙ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
В современном мировом топливно-энергетическом комплексе бурый
уголь используется в основном в качестве универсального энергоносителя, а
все новые процессы ориентированы на изготовление различных топлив. На
данный момент уголь используется нерационально, так как основная масса
энергоносителя состоит из гуминовых веществ [1]. Гуминовые вещества,
являясь природными соединениями, обладают широким биологическим
спектром действия. В настоящее время доказано участие гуминовых веществ в
детоксикации пестицидов, тяжелых металлов, радионуклидов [2, 3].
Отличительной
особенностью
бурых
углей
Тюльганского
месторождения является высокое содержание в них гуминовых кислот и
28
повышенный выход битумов и первичных смол. В битумах преобладает
смоляная фракция. Эти уникальные свойства позволяют рассматривать угли
Тюльганского месторождения не только как базу для энергетического и
бытового топлива, но и как сырье для химической переработки.
В основе предлагаемой нами технологии извлечения гуминовых кислот
из углей Тюльганского месторождения лежит принцип экологичности. В
качестве извлекающего агента предлагается использовать аммиачную воду,
которая является отходом производства аммиака и щавелевую кислоту как
осаждающий агент. В отличие от имеющихся способов извлечения, основанных
на взаимодействии со щелочью и затем с сильной кислотой, предложенный
метод обладает экологической безопасностью, так как в качестве реагентов не
используются вещества, загрязняющие экосистему.
На основании проведенных исследований были подобраны
оптимальные параметры процессов экстракции и осаждения. Доказано, что при
температуре 20 °С степень конверсии гуминовых веществ повышается при
увеличении пребывания угля в реакционной зоне, для большего выхода
продукта при том же времени пребывания сырья в реакционной зоне
необходимо нагреть щелочной раствор и поддерживать температуру
реакционной зоны постоянной не менее 55 °С. Для повышения выхода
гуминовых кислот в производственном процессе следует применить
измельчитель угля, лучше всего измельчать уголь до размера 0,1 – 0,16 мм,
поскольку это обеспечивает достаточно большой выход продукта. С
увеличением концентрации NH4OH выход гуминовых кислот увеличивается,
однако, использование 4%-го раствора наиболее предпочтительно, поскольку
раствор такой концентрации является побочным продуктом производства аммиака
и использование его в процессе экономически целесообразно.
Список литературы
1 Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации/ Д.
С. Орлов. – М.: Изд-во МГУ, 1990. – 325 с.
2 Буряк А.К. Определение приоритетных экотоксикантов органической и
минеральной природы в пелоидах Самарского региона / А.К. Буряк, Н.П.
Аввакумова // Сборник научных трудов «Гуминовые вещества в биосфере»,
М.: Изд-во МГУ, 2004. – С. 149-153.
3 Аввакумова Н.П. Гуминовые кислоты как перспективная матрица для
введения в организм металлов-биогенов / Н.П. Аввакумова, М.А. Кривопалова,
И.В. Фомин // Материалы II Всероссийского съезда фармацевтических
работников. – Сочи, 2005. – С. 90-92.
29
МАШИНЫ И АППАРАТЫ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ
ПРОИЗВОДСТВ
УДК 620.178.3
Н.М. Захаров, Р.Р. Газиев, Т.Ф. Юсупов
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МАЛОЦИКЛОВОГО
НАГРУЖЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Современное
оборудование,
аппараты
и
трубопроводы,
эксплуатирующиеся на предприятиях нефтегазопереработки, подвержены
действию сложного спектра нагрузок, которые оказывают существенное
влияние на их работоспособность. Практика эксплуатации показывает, что
надежность работы таких конструкций заметно снижается при наличии
нагрузок усталостного характера, в частности малоциклового, для которого
характерно наличие упруго-пластических деформаций.
Поэтому для оценки остаточного ресурса такого оборудования большое
внимание уделяется изучению способности материалов, из которого оно
изготовлено, сопротивляться действию нагрузок усталостного характера. С
этой целью проводятся экспериментальные исследования по изучению
циклических свойств конструкционных материалов.
На
кафедре
“Оборудование
предприятий
нефтехимии
и
нефтепереработки” Филиала ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате
спроектирована и изготовлена лабораторная установка МИНОЦИ – 25 (машина
для испытания натурных образцов на циклический изгиб толщиной до 25 мм).
На установку получен патент [1].
Авторами
выполнено
моделирование процесса малоциклового
нагружения стальных образцов на этой установке при помощи программы
Autodesk 3ds Max.
Autodesk 3ds
Max –
полнофункциональная
профессиональная
программная система для создания и редактирования трёхмерной
графики и анимации, разработанная компанией Autodesk.
3D–модель закрепления образца в захватах машины показана на рисунке
1. 3D–модель установки МИНОЦИ–25 показана на рисунке 2.
Разработанная анимационная 3D - модель позволяет визуально, в
движении наблюдать за работой испытательной машины и за процессом
нагружения образца.
3D - модель процесса малоциклового нагружения стальных образцов на
установке МИНОЦИ – 25 может быть использована при чтении лекционного
курса и проведении лабораторных работ по дисциплинам «Прикладная
30
механика» и «Сопротивление материалов» для студентов, обучающихся по
направлению “Энерго – и ресурсосберегающие процессы в химической
технологии, нефтехимии и биотехнологии.”
Рисунок 1 − 3D-модель расположения образца в захватах машины
Рисунок 2 − 3D-модель установки МИНОЦИ–25
.
1 Пат. 2262682 Россия, МПК G 01 N 3/20 Установка для испытания
образцов на малоцикловую усталость при чистом изгибе / Р.Р. Газиев, Н.М.
Захаров, И.Р. Кузеев, Р.И. Насибуллин; ГОУ ВПО «Уфимский государственный
нефтяной технический университет». - № 20041031000/28; Заявл. 03.02.2004;
Опубл. 20.10.2005, Бюл. № 29.
31
УДК 663.551.41
М.Д.Н. Аль-Саэди1), Д.И. Мисюля2)
КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ТАРЕЛЬЧАТОГО ТИПА
ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
1)
УО «Полоцкий государственный университет», г. Новополоцк,
Республика Беларусь
2)
УО «Белорусский государственный технологический университет»,
г. Минск, Республика Беларусь
Приоритетным
направлением
развития
конкурентоспособности
химических, нефтехимических и нефтегазоперерабатывающих производств
является модернизация существующих или создание новых массообменных
аппаратов большой единичной мощности.
Одним из основных и широко распространенным процессом химической
технологии является процесс массообмена между жидкой и газовой фазами,
реализуемый в колонных аппаратах, оборудованных контактными
устройствами, обеспечивающими эффективный массообмен при высокой
пропускной способности, низком гидравлическом сопротивлении и
минимальной склонности к забивке загрязнениями, присутствующими в
реальных технологических средах.
Разработка и исследование высокоэффективных тарелок для
массообменных процессов в системах газ-жидкость для химических
производств является актуальной задачей.
В промышленности используются колонные аппараты, оборудованные
разнообразными контактными массообменными устройствами. Такое
разнообразие конструкций закономерно, так как невозможно существование
универсальных аппаратов, удовлетворяющих всем требованиям практического
использования массообменных аппаратов в широком спектре технологических
процессов. Их широкое распространение связано с относительно высокой
эффективностью разделения, низким перепадом давления, хорошими
нагрузочными характеристиками, сравнительно низкой стоимостью и другими
факторами в зависимости от области их применения.
Последнее время широкое распространение в нефтехимической
промышленности получили клапанные тарелки. Основными преимуществами
этих тарелок являются способность обеспечить эффективный массообмен в
большом интервале рабочих нагрузок, несложность конструкции, низкая
металлоемкость и невысокая стоимость.
Для повышения эффективности проведения массообменных процессов
нами разработана новая конструкция клапанной тарелки, представленная на
рисунке 1. Отличительной особенностью тарелки является наличие
перфорированных колпачков 2, которые крепятся к тарелке болтами, и
32
саморегулирующихся дисковых клапанов 3, способных подниматься при
движении пара (газа).
1 – тарелка; 2 – колпачок; 3 – клапан; 4 – приемный порог;
5 – перегородка
Рисунок 1 – Конструкция разработанной клапанной тарелки
Принцип работы тарелки следующий. Свободно лежащий над отверстием
в тарелке клапан с изменением расхода газа своим весом автоматически
регулирует величину зазора между клапаном и плоскостью тарелки для
прохода газа. При этом с увеличением скорости газа в колонне гидравлическое
сопротивление клапанной тарелки увеличивается незначительно. Высота
подъема клапана ограничивается высотой колпачка. Жидкость поступает по
трубке сверху на тарелку и переливается через приемный порог 4. Снизу
поднимается газ, проходя через прорези в колпачках, попадает в жидкость и
барботирует через нее в виде пузырьков. При увеличении столба жидкости над
тарелкой она переливается через перегородку 5 и стекает вниз, откуда
удаляется из колонны.
Разработанная тарелка имеет широкий диапазон устойчивой работы,
относительно невысокое гидравлическое сопротивление и высокий КПД, что
позволяет широко использовать ее для проведения массообменных процессов.
33
УДК 66.021.3
Д.И. Мисюля, К.А. Карпов
РЕГУЛЯРНАЯ СТРУКТУРИРОВАННАЯ НАСАДКА
ДЛЯ КОЛОННЫХ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
УО «Белорусский государственный технологический университет»,
г. Минск, Республика Беларусь
В химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других
отраслях промышленности основным видом технологического оборудования,
используемого на предприятиях данных отраслей, являются колонные
аппараты, оснащенные контактными массообменными устройствами
различных типов и конструкций. Основными функциональными элементами
колонного аппарата являются контактные устройства, правильный выбор числа
и конструкции которых при проектировании массообменного аппарата
гарантирует эффективность и надежность его эксплуатации в реальных
промышленных условиях.
Насадочные колонны находят широкое применение при проведении
процессов абсорбции (хемосорбции), ректификации, жидкостной экстракции,
охлаждения газов и жидкостей, а также газосепарации. К достоинствам
насадочных колонн можно отнести высокую эффективность и широкий
интервал устойчивой работы, сравнительно невысокую стоимость и простоту
конструкций, небольшое гидравлическое сопротивление, что особенно важно
для работы вакуумных колонн в нефтепереработке [1].
Широкое использование регулярных насадок в процессах ректификации в
мировой практике и значительный объем исследований в этой области
подтверждают, что колонны с данными насадками являются одним из наиболее
перспективных направлений развития массообменной аппаратуры. Диаметр
колонн с регулярной насадкой в 1,4–1,8 раза, а высота в 1,5–2 раза меньше, чем
у большинства тарельчатых колонн [2].
На основании обзора и анализа существующих регулярных
структурированных насадок для колонных массообменных аппаратов на
кафедре машин и аппаратов химических и силикатных производств
Белорусского государственного технологического университета разработана и
исследована новая регулярная насадка, представленная на рисунке 1.
Регулярная насадка, устанавливаемая в корпусе аппарата 1, состоит из
концентрических цилиндров 2, на наружной поверхности которых установлены
зигзагообразные ленты 3, а внутри наименьших цилиндров радиально
установлены вертикальные перегородки 4. Наружный диаметр насадки
соответствует внутреннему диаметру корпуса аппарата.
34
а
б
а – поперечное сечение насадки; б – 3D - чертеж;
1 – корпус аппарата; 2 – цилиндры; 3 – зигзагообразные ленты; 4 –
вертикальные перегородки
Рисунок 1 – Регулярная структурированная насадка для колонных
массообменных аппаратов
Регулярная насадка работает следующим образом. Равномерно
распределенный по сечению корпуса аппарата 1 газ поступает в каналы,
образованные
концентрическими
цилиндрами 2,
вертикальными
зигзагообразными
лентами 3,
вертикальными
перегородками 4
и
корпусом аппарата 1, и поднимается вверх, взаимодействуя со стекающей по
всей поверхности насадки и внутренней поверхности корпуса аппарата в виде
пленки жидкостью, равномерно распределенной по сечению корпуса
аппарата 1.
Данная насадка имеет достаточно высокую эффективность (до 96%) при
гидравлическом сопротивлении одного метра насадки, не превышающем
180 Па. Разработанная насадка по основным характеристикам превосходит
плоскопараллельную, Z–образную и гофрированную (исполнение 2).
Гофрированная насадка (исполнение 1) имеет близкие значения практически по
всем характеристикам с исследованной нами насадкой. Однако разработанная
насадка обладает меньшим гидравлическим сопротивлением и работает в более
широком диапазоне по плотности орошения.
Список литературы
1 Фарахов Т.М.,
Башаров М.М.,
Шигапов И.М.
Гидравлические
характеристики
новых
высокоэффективных
нерегулярных
тепломассообменных насадок // Нефтегазовое дело. – 2011. – № 2. – С. 192–207.
35
2 Леонтьев В.С. Инновации в области разработки высокоинтенсивных
массообменных устройств для модернизации ректификационных комплексов //
Нефтегазовое дело. – 2012. – № 1. – С. 178–186.
УДК 66.045.1
А.С. Попов, В.М. Косырев
РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВИХРЕВОГО
ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА
ФГБОУ ВПО «ДПИ НГТУ им. Р.Е. Алексеева»,
г. Дзержинск, Россия
Теплообменные аппараты (ТА) нашли широчайшее применение в
промышленности. Поэтому проблема их интенсификации весьма актуальна.
Известно, что создание вращения потока теплоносителя ведет к росту
теплоотдачи. В частности так интенсифицируют теплообмен в трубах и
камерах некоторых ТА. Известно также, что и вращение поверхности
теплообмена повышает теплоотдачу [1,2].
По-видимому, существенной интенсификации теплообмена можно
достичь, используя эффекты, возникающие в вихревой камере. К сожалению,
теплопередача
в
этом
случае
изучена
недостаточно.
На кафедре МАХПП ДПИ НГТУ создан стенд для изучения вихревого
теплообменного аппарата (ВТА).
Стенд состоит из опытного ВТА, термостатированного бака с ТЭНом
мощностью 3,5 кВт, центробежного моноблочного насоса типа КМ 50 321,6СД-4. Холодным теплоносителем служит водопроводная вода, а горячим вода, нагретая в баке до температуры около 40-42ОС. Для измерения расхода
теплоносителей служат ротаметры РМ-1,6 ЖУЗ. Для измерения температур термометры
сопротивления типа ТСМ ГР 50М, подключенные к
автоматическому мосту КСМ 2-029. Давление, создаваемое на входах в ВТА,
замеряется образцовым манометром. Стенд снабжен запорной и регулирующей
арматурой.
Опытный ВТА-400 представляет собой две смежные вихревые камеры
(ВК), общая стенка которых (диск), является поверхностью теплообмена F.
Диаметр обеих ВК равен D=400 мм при ширине камер 25 мм. Для ВТА-400
F=0,126 м2.
Камера горячего теплоносителя имеет тангенциальный вход А (d1=13 мм)
и выход в центре плоской крышки Б (d2=18 мм). Камера холодного
теплоносителя имеет центральный вход В (d2=18 мм) и выводной
тангенциальный штуцер Г на периферии (d1=13 мм). Штуцера d2 снабжены
вставками специальной конструкции для улучшения работы аппарата и
снижения его гидравлического сопротивления. Таким образом, при указанной
36
подаче теплоносителей в пределах теплообменного диска ВТА создаются
условия близкие к противотоку. Аппарат выполнен из стали и имеет простую
разборную конструкцию. Между плоскими крышками-дисками с центральными
штуцерами Б и В, при помощи шпилек М8, зажаты: кольцо с тангенциальным
штуцером А, теплообменный диск толщиной 3 мм и еще одно кольцо с
тангенциальным штуцером Г. Для герметизации сборки применены прокладки.
Вихревая камера установлена таким образом, что поверхность
теплообмена расположена горизонтально. Для уменьшения потерь тепла
аппарат надежно теплоизолирован.
В ходе экспериментов планируется снять гидравлическое сопротивление
ВТА, а также изменение поля окружных скоростей по радиусу ВК. Далее
планируется провести опыты с теплообменом, в ходе которых буду определены
коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи для случая подачи теплоносителя
через тангенциальный патрубок и для его подачи через центральный вход в
крышке. На базе изученного таким образом вихревого теплообменного модуля
планируется разработка ТА с большим числом модулей и большей
поверхностью теплообмена.
Список литературы
1 Справочник по теплообменникам: В 2, т. 1/пер. с англ.; под ред. Б.С.
Петухова, В.К. Шикова. - М.: Энергоатомиздат, 1987.-560 с.
2 Ляндзберг А.Р., Латкин А.С. Вихревые теплообменники и конденсация
в закрученном потоке. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2004. – 149 с.
УДК 66.048.5
В.Е. Шаронов, С.В. Котов, М.В. Клыков
ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ОБВОДНЕННОГО МАЗУТА
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Филиал «Костромская ГРЭС» ОАО «ИНТЕР РАО – Электрогенерация»
обладает большими запасами обводненного мазута, который образует с водой
очень стойкие эмульсии, не разделяющиеся методом отстаивания.
Известным способом обезвоживания мазута является термический,
требующий значительных затрат тепловой энергии. Разгонка обводненного
мазута проводилась в соответствии с ГОСТ 2177-99, и результаты приведены в
таблице 1.
37
Таблица 1 – Результаты разгонки обводненного мазута
Доля
Доля
Доля отгона
Доля отгона
ТемпераТемпераотгона
отгона
нефтепродуктов, %
нефтепродуктов,
воды, %
воды, %
тура, °С
тура,
°С
масс.
% масс.
масс.
масс.
98,5
1,966
0,437
105
20,892
2,183
99
4,4242
1,091
140
24,088
2,620
100
6,636
5,544
161
27,037
3,275
101
7,374
1,092
169
29,003
3,6198
103
9,831
1,528
180
29,080
3,620
104
14,747
1,747
Предполагая, что вода диспергированна в нефтепродукте в виде глобул
шарообразной формы, абсолютное давление, действующее внутри глобул
можно описать зависимостью вида (1):
Pабс ( t ) = Pсист + Р σ ( t ) = Pсист +
2 ⋅ σ( t )
,
r
(1)
где Рабс(t) – абсолютное давление в водяной глобуле, которое является
функцией температуры, Па; Рсист – давление в системе, Па; Рσ(t) – давление в
водяной глобуле, создаваемое силами поверхностного натяжения на границе
нефтепродукт – вода, Па [1]; σ(t) – поверхностное натяжение на границе
раздела нефтепродукт – вода, которое также является функцией температуры
Н/м; t – температура в системе, оС; r – радиус водяной глобулы, м.
По правилу Антонова, если жидкости ограниченно растворимы друг в
друге, то межфазное поверхностное натяжение σ определяется как
(2)
σ = σ12 − σ12 ,
где σ12 - поверхностное натяжение насыщенного раствора второй
жидкости в первой на границе с воздухом, Н/м; σ12 - поверхностное натяжение
насыщенного раствора первой жидкости во второй на границе с воздухом, Н/м.
В результате расчета, при температуре 180оС получили σ=0,02 Н/м , а
размер глобул по формуле (1) rmin = 0,021 мкм.
В составе отгоняемой воды содержится 119,4 мг/кг воды растворенных
нефтепродуктов и растворенный сероводород (Н2S) в количестве 0,054 г/кг
воды.
38
% отгона
Имитированная дистилляция фракции нефтепродукта, отгоняемого с
водой из обводненного мазута, проводилась по ASTM2887. Результаты
дистилляции приведены на рисунке 1.
Температура, оС
Рисунок 1 – График зависимости % отгона фракции нефтепродукта,
отгоняемого с водой из обводненного мазута
Относительная плотность фракции нефтепродукта, отгоняемого с водой
из обводненного мазута, d420 = 0,824.
Молекулярная масса фракции нефтепродукта, отгоняемого с водой из
обводненного мазута, М = 181,545.
При выпаривании воды образуется большое количество пены,
затрудняющей ведение технологического процесса. Этого можно избежать при
использовании пленочных испарителей, когда испарение происходит со
стороны свободной поверхности нагретой стекающей пленки. Предложенная
технология позволяет производить обезвоживание обводненного мазута до
остаточного содержания воды менее 1,0 %.
УДК 66.048+661.716.4
И.З. Мухаметшин, М.В. Клыков
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ КОЛОННЫ РЕКТИФИКАЦИИ
ИЗОБУТАНА
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
В настоящее время на ОАО «Стерлитамакский нефтехимический завод»
получают широкую фракцию, состоящую из пропана, н – бутана, (α + i + β)
39
бутиленов, изопентана и изобутана, с содержанием до 41% массовых.
Содержащийся в этой смеси изобутан представляет собой ценное сырье для
основного производства. В этой связи актуальной является разработка
ректификационной системы, позволяющей получать изобутан с содержанием
основного компонента не менее 97 %.
Проведено моделирование работы колонны ректификации изобутана при
различном флегмовом числе и различном числе теоретических тарелок в
колонне. Зависимость содержания изобутана в жидкой фазе по высоте колонны
при различном числе теоретических тарелок представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 − Зависимость содержания изобутана в жидкой фазе по высоте
колонны при различном числе теоретических тарелок
С увеличением числа теоретических тарелок снижается требуемое
флегмовое число (рисунок 2).
В качестве контактных устройств предлагается использовать
специальную насадку с треугольными и трапецеидальными гофрами,
изготовление которой освоено в Филиале ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате.
При использовании имеющейся колонны максимальное число
теоретических тарелок не может превышать 80. При этом требуется колонна
диаметром 1200 мм, а для реализации проекта требуется минимальная
стоимость насадки (рисунок 3).
Предлагается двухколонная схема ректификации. В первой колонне
дистиллятом выделяется фракция, содержащая изобутан, а остатком фракции –
содержащие бутан и другие высококипящие компоненты. Во второй
ректификационной колонне дистиллятом выделяются низкокипящие
компоненты, а в остатке изобутан не менее 97 %.
40
Рисунок 2 − Изменение флегмового числа от числа теоретических тарелок
в колонне
На рисунке 3 приведена зависимость требуемого диаметра колонны,
объема и стоимости насадки от числа теоретических тарелок.
Рисунок 3 − Зависимость требуемого диаметра колонны, объема и стоимости
насадки от числа теоретических тарелок
41
УДК 625.768.5
Э.Р. Насибуллина, К.М. Смакова, Р.И. Насибуллин
СНЕГОТАЯЛКА ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Проблема борьбы со снегом является довольно актуальной для многих
промышленных предприятий. Снег вносит значительные затруднения в работу
транспорта, ухудшает состояние дорог, проездов к промышленным объектам и
административным зданиям, автостоянок и т.п. Основным способом борьбы со
снегом является его перемещение на обочины дорог и другие свободные места.
В итоге к концу зимнего периода на территории предприятий накапливаются
горы снега. Часто приходится тратить большие средства на повторное
перемещение снега, для расширения проезжей части, освобождения проездов и
проходов, а также на разгребание гор в период таяния снега.
Избежать накопления снега на территории предприятий можно путем
использования снеготаялок. Был проведен патентный поиск и рассмотрены
существующие конструкции снеготаялок, а также анализ их работы. Выявлены
существующие проблемы и возможные варианты их решения.
Растапливание снега является энергозатратным процессом, и
единственным разумным решением является использование вторичных
источников тепла. Одним из лучших источников тепла является оборотная
вода, поступающая с технологических установок на градирни. Эта вода имеет
достаточно высокую температуру, при охлаждении воды в теплообменниках
обеспечивается высокий коэффициент теплопередачи. Колебания режима
работы теплообменников практически не повлияют на работу технологического
оборудования, так как градирни обладают большой инерционностью.
Дополнительное охлаждение оборотной воды снижет нагрузку на градирню,
уменьшается испарение и снижается потребление воды.
Поступление снега на снеготаялку неравномерно, оно зависит от режима
работы снегоуборочной техники и количества выпавшего снега. Создание
высокопроизводительной снеготаялки, рассчитанной на переработку снега при
максимальной загрузке, нецелесообразно, так как требует больших затрат и
приведет к неэффективной работе оборудования при малых загрузках. Более
эффективным решением является использование снеготаялки с большой
емкостью-накопителем и сравнительно небольшой производительностью.
Наиболее эффективным способом растапливания снега является его
непосредственное орошение теплой водой с помощью трубчатого коллектора.
Теплую воду можно получить за счет циркуляции талой воды через
теплообменники. При попадании струи теплой воды в снегу быстро образуется
канал и для обеспечения эффективного таяния нужно обеспечить высокую
42
плотность и равномерность орошения или обеспечить механическое
перемешивание снега. Однако для обеспечения равномерного орошения снега в
емкости большого объема требуется трубчатый коллектор большого размера и
большой расход воды. Обеспечение перемешивания снега в большой емкости
также проблематично.
В качестве емкости-накопителя целесообразно использовать открытую
огороженную с трех сторон площадку, имеющую уклоны и канавки для слива
талой воды. Предлагается использовать подвижный трубчатый коллектор,
сравнительно небольшого размера, который можно перемещать по площадке в
места, заполненные снегом. Коллектор присоединяется к трубопроводу подачи
воды с помощью гибкого шланга. Коллектор предлагается оснастить
трубчатыми ножками с отверстиями для слива воды. Такой коллектор можно
установить непосредственно на слой снега. В процессе таяния коллектор будет
постепенно погружаться в снег до тех пор, пока ножки не встанут на
поверхность площадки. Новые порции снега можно насыпать непосредственно
над коллектором. В процессе таяния снег будет постепенно оседать и попадать
в область орошения. Таким образом, подвижный коллектор позволяет не только
обеспечить высокую плотность и равномерность орошения, но и обеспечивает
перемещение снега по отношению к струям воды.
Вместе со снегом на снеготаялку поступают частицы грунта, пыль,
бытовой мусор и другие загрязнения. Необходима система очистки талой воды.
Такая система может включать решетку для улавливания крупных предметов,
песколовку, систему очистки от плавающих загрязнений. Воду, подаваемую в
теплообменники, целесообразно пропустить через фильтр грубой очистки.
Талую воду можно сливать в ливневую или промышленную канализацию или
использовать для технических нужд. Вместе с талой водой в канавки и в
песколовку будут поступать нерастаявшие частички снега. Для их таяния
нужно предусмотреть систему подачи теплой талой воды в канавки и в систему
очистки талой воды.
Для повышения эффективности установку можно оборудовать
грузоподъемным устройством, например, кран-балкой. В зимнее время кранбалка позволит перемещать трубчатый коллектор по площадке, а также
облегчит работы по вывозу мусора, очистке канавок и песколовки. Одной из
проблем снеготаялок является невозможность их эффективного использования
в летний период. В летнее время открытую площадку можно использовать в
качестве стоянки для транспорта, как погрузочно-разгрузочную площадку, как
площадку для проведения ремонта оборудования или, например, площадку для
мойки транспорта и промывки оборудования. Наличие кран-балки позволит
обеспечить эффективное выполнение таких работ.
43
УДК 66.092.2
А.А. Рахимкулов, Р.И. Насибуллин
УСТАНОВКА ВИСБРЕКИНГА
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
На установках висбрекинга из тяжелого углеводородного, за счет
термического разложения в печах висбрекинга, получают углеводородный газ,
головку стабилизации, бензин, легкий и тяжелый вакуумный газойль и
висбрекинг-остаток. Далее путем смешения висбрекинг-остатка, легкого и и
тяжелого вакуумного газойля получают котельное топливо, удовлетворяющее
требованиям по вязкости. Важной стадией процесса является предварительный
нагрев сырья. При низкой температуре сырья увеличивается расход топлива в
печи пиролиза, вследствие высокой тепловой нагрузки усиливаются процессы
коксообразования в теплообменных трубах.
Для нагрева сырья используют тепло висбрекинг-остатка. Висбрекингостаток имеет высокую температуру, но расход висбрекинг-остатка
существенно ниже расхода сырья и он имеет сравнительно высокую вязкость.
Для нагрева сырья приходится использовать группу теплообменников с
большой поверхностью теплообмена. На установке имеется еще один продукт с
высокой температурой. Это тяжелый вакуумный газойль. Однако расход
вакуумного газойля не превышает 10 % от расхода сырья, и ставить
дополнительную систему нагрева сырья нецелесообразно.
Анализ ситуации показал, что имеет смысл добавить тяжелый вакуумный
газойль в висбрекинг-остаток, использовать смесь для нагрева сырья. При
добавлении вакуумного газойля существенно снижается вязкость продукта.
Снижение вязкости и увеличение расхода теплоносителя приводит к
возрастанию числа Рейнольдса и увеличению коэффициента теплопередачи.
Увеличивается тепловой потенциал теплоносителя. Однако тепловые расчеты
показали, что при смешении продуктов падает начальная температура
теплоносителя, и снижение средней разности температур сводит на нет
положительный эффект от увеличения коэффициента теплопередачи.
Предложено добавлять тяжелый вакуумный газойль в теплообменник, в
котором температура висбрекинг-остатка близка к температуре тяжелого
вакуумного газойля. Для смешения продуктов и получения однородной смеси
предложено использовать статический смеситель.
Предложенная схема нагрева сырья является новой, подготовлена заявка
на получение патента на полезную модель.
44
АВТОМАТИЗАЦИЯ, МОДЕЛИРОВАНИЕ
И ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
УДК 621.357
В.В. Сарока, Д.С. Карпович, Д.А. Гринюк
ПРИНЦИПЫ СИНТЕЗА АСУ АВТООПЕРАТОРА
ДЛЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
УО «Белорусский государственный технологический университет»,
г. Минск, Республика Беларусь
Гальваническое производство с точки зрения обслуживания,
эксплуатации и экологии, несомненно, является вредным. По этой причине
существует
необходимость
максимально
исключить
присутствие
обслуживающего персонала и заменить все ручные операции технологического
процесса на автоматизированные.
Заменив оператора линии транспортным роботом с бортовым
контроллером и установив на входе накопительное устройство, разрешающее в
реальном масштабе времени запуск поступивших во входной накопитель
деталей, график обработки которых наилучшим образом встраивается в общий
график обработки ранее запущенных деталей, мы можем получить простую,
надежную и эффективную систему с относительно высокой технологической
гибкостью
и
эффективностью.
Таким
образом,
роботизированная
гальваническая линия (РГЛ) это автоматическая высокопроизводительная
система.
Современная РГЛ функционирует как полнодоступная система массового
обслуживания с ограниченным числом операторов переноса, осуществляет
обработку деталей различных технологических процессов в одном потоке без
предварительного планирования загрузки линии. При проектировании РГЛ
строится как набор функционально законченных подсистем ванн,
транспортных роботов, перегрузчиков и т.д. со взаимно согласованными
параметрами производительности.
Режим гибкой автоматизации должен быть обеспечен:
•
совмещением обработки в одном потоке деталей по
индивидуальным технологическим программам без предварительного
планирования работы линии;
•
работой в свободном ритме, определяемом рабочим на загрузке;
•
программированием работы линии, доступным непрофессионалу;
•
возможностью коррекции процесса обработки деталей в линии с
последующим восстановлением прерванного автоматического режима;
непрерывным контролем и диагностикой аварийных ситуаций в
•
линии.
45
Транспортный робот (автооператор) основное средство автоматизации
линии. На нем интегрированы функции управления и обработки команд [1].
Система управления линией имеет три уровня. На первом автодиспетчер на
входе линии: он обеспечивает в реальном масштабе времени оптимальную
загрузку линии. Второй уровень – бортовой контроллер: он осуществляет
совместную обработку запущенных в линию деталей по индивидуальным
технологическим маршрутам обработки, контроль режимов технологических
операций в процессных планах, задание режимов и контроль нормального
состояния операций. Третий уровень – локальные средства автоматики. В
процессе работы линии эвристические правила предпочтения, реализуемые
автодиспетчером, обеспечивают минимизацию среднего времени пролеживания
деталей на входе линии, величина среднего времени пролеживания является
критерием эффективности работы линии в условиях мелкосерийного и
единичного
производства.
Максимизация
пропускной
способности
транспортного робота обеспечивается оптимальной разбивкой линии на зоны
действия роботов, оптимальной дисциплиной обслуживания вызовов и
минимизацией длительности транспортного цикла, что достигается за счет
троекратного против традиционного увеличения маршевой скорости и
реализации оптимальной диаграммы разгона-торможения. Для различных
конструкций
РГЛ
применяются
транспортные
роботы
двух-,
трехкоординатные, консольные, кареточные, напольные, грузоподъемностью
50, 100, 150 и 250 кг. Агрегатированные системы управления, реализованные в
виде герметизированных модулей, бесконтактные емкостные и индукционные
датчики, система передачи команд с робота и получение сигналов обратной
связи – беспроводные оптические, используются системы локальной ИК связи,
что должно обеспечить абсолютную помехозащищенность в условиях
килоамперных коммутаций при загрузке гальванических ванн.
Основные требования предъявляемые к работе автооператора:
1
Строгое позиционирование каретки автооператора относительно
зацепов подвески.
2
Плавный подъем каретки с подвеской и программируемая
выдержка времени над ванной, необходимого для возможности возврата
электролита выносимого на поверхности детали.
Перенос подвески с плавным набором скорости к соответствующей
3
ванне и плавный останов, предотвращающий раскачивание деталей на подвеске
за счет инерции (подвеска с деталями имеет массу до 250кг.).
4
Плавное опускание каретки с подвеской для предотвращения
разбрызгивания электролита в ванне.
5
По требованиям технологического процесса нахождение деталей в
ванне на основной операции гальванизации должно иметь строгое время
выдержки (от чего зависит качество покрытия), задаваемое по
технологическому регламенту, операции по промывке деталей могут иметь
временной диапазон по нахождению в соответствующей ванне.
46
.
1 Новиков, А. Е. Гибкие автоматизированные гальванические линии:
хрестоматия / сост.: А.Е. Новиков, А.Б. Даринцева. − Екатеринбург: ГОУ ВПО
УГТУ– УПИ, 2006. – 221 с.
УДК 539.183
В.В. Сарока, И.О. Оробей, О.И. Оробей, М.А. Анкуда
АНАЛИЗ ФАКТОРОВ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ
МЕТОЧНОГО ЯМР-РАСХОДОМЕРА
УО «Белорусский государственный технологический университет»,
г. Минск, Республика Беларусь
Повышение точности измерения расходомеров на эффекте ядерного
магнитного резонанса (ЯМР) требует анализа процессов, протекающих в первичном
преобразователе, математическое описание которых позволяет определить
амплитуду сигнала, диапазон измеряемых расходов, оценить релаксационные
погрешности, а также погрешности, возникающие при смене режима течения.
1
Bп1
Vп1
2
3
1
5
17
Bп2
V3
Vп2
2
V4 4
1
3
1
V5
7
V6
7
Bа
6
5
0
x
z
8
16
12
9
13
10
14
11
15
18
1, 2 – магниты и кюветы поляризаторов; 3 – магниты отметки; 4 – катушка
отметки; 5 – магниты анализатора; 6 – катушка регистрации (анализатора); 7 –
катушки модуляции; 8 – генератор синхронизации; 9 – генератор нутации; 10 –
спиновый детектор; 11 – генератор модуляции; 12 – АЦП; 13 – фазовый детектор; 14
– блок фильтрации импульсов отметки; 15 – синхронный детектор; 16 – контроллер;
Рисунок 1- ЯМР-расходомер временного типа
В меточном ЯМР-расходомере временного типа (рисунок 1) жидкость
намагничивается в поляризаторах и по транспортному участку поступает в
катушку 4. Отметка инверсией осуществляется импульсами радиочастотного поля.
Регистрация намагниченности для определения времени распространения метки по
47
измерительному участку (V5 + V6) проводится в катушке 6. Интенсивность сигнала
пропорциональна намагниченности, на зависимость которой от расхода влияют
поляризация, размагничивание на V4 и V5 и домагничивание в анализаторе.
Расчет намагниченностей позволяет оценить диапазон по амплитуде метки,
но не дает погрешностей и параметров передаточной функции. Увеличение
амплитуды метки осуществляется снижением времени релаксации T1 при введении
не растворяющихся в жидкости парамагнитных ионов. Информативным
параметром является время перемещения метки по измерительному участку tпер,
которое определяется спектральным анализом ее движения. Зависимость от
времени переменной части намагниченности в катушке 6:
−V
− (V +V
)
4 R
5 6
∞
 nωиVкр  
 V + V6  
16M C −C QT1 SиW (r )T1
1
sin nωи  t − 5
 rdr
M к (t ) =
e ∫e
W (r ) ∑ 2 sin


(
)
(
)
ωи
2
S
W
r
S
W
r
n
n =1, 3...
и


 и
 
0
(1)
где T1 – время продольной релаксации; Q – расход жидкости; R – радиус
трубопровода на измерительном участке; W(r) – распределение скоростей; Sи –
площадь сечения на V5 + V6; Vкр – объем катушки регистрации; MС-С –
намагниченность на входе сечения отметки.
Зависимости Mк(t) при разных расходах Q (W(r)) дают форму метки. Момент
пересечения Mк(t) с осью времени tпер является информативным параметром. tпер при
ламинарном и турбулентном потоках не совпадают, что обусловливает погрешности
смены режима течения. Изменение T1 изменяет tпер, вызывая релаксационные
погрешности. При течении по V5 + V6 из-за W(r) каждый элемент перемагничивается
с временем релаксации T1. Сильнее перемагничиваются элементы, движущиеся с
меньшей скоростью. Возрастает относительный вклад в Mк от быстрых объемов, что
повышает скорость метки. Релаксационные эффекты проявляются при ламинарном
течении и временах прохождения V5 + V6, сравнимых с T1. Наложение соседних
меток в Vкр повышает вклад в Mк от медленных элементов, уменьшая скорость метки
относительно средней скорости. Наложение меток проявляется при ламинарном
течении и временах прохождения V5 + V6, меньших T1.
Снижение относительных погрешностей смены режима течения и
релаксационных погрешностей достигается смещением диапазона с изменением
режима течения в область малых Q при искусственной турбулизации потока или
плоским распределением скоростей на выходе поляризатора и малой длиной
транспортного и измерительного участков. W(r) по сечению на измерительном
участке приближается к равномерному, уменьшая погрешности. Снижение
погрешностей и повышение стабильности статической характеристики требует
специального тракта с совмещенными поляризатором и анализатором, у которого
поляризация, отметка и анализ проводятся в поле одной магнитной системы, что
сокращает длину, формирующую W(r), и снижает погрешности.
Рассмотренные погрешности сводятся к изменению длины измерительной
базы, для компенсации которого нужно учитывать факторы, влияющие на вязкость
или Т1. Снижение нестабильности статической характеристики и погрешностей,
обусловленных изменением температуры, обеспечивает коррекция характеристики
преобразования по индукции поля анализатора, которая одновременно
48
компенсирует изменение базы из-за изменения индукции постоянного поля в
катушке нутации и нестабильности генератора нутации.
Снижение случайных погрешностей измерения расхода, обусловленных
шумами в тракте регистрации, достигается применением адаптивной частоты
отметки и полосы пропускания канала регистрации к скорости жидкости.
Концепция адаптивного расходомера состоит в повышении частоты отметки
пропорционально Q и в соответствующем изменении полосы пропускания, что
повышает точность измерения.
УДК 681.3:665.6
В.В. Лихавицкий, В.П. Кобринец
РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ПЕРВИЧНОЙ
ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ В КОЛОННЕ К-102
УО «Белорусский государственный технологический университет»,
г. Минск, Республика Беларусь
Колонна К-102 вместе со стриппингами представляет собой так
называемую сложную колонну; в рассматриваемом случае она состоит из
четырех простых колонн. Условно каждая простая колонна разделяется на две
секции: верхнюю (укрепляющую) и нижнюю (исчерпывающую или отпарную).
Границы между укрепляющими секциями простых колонн проходят на уровне
циркуляционных орошений.
Среди нормируемых показателей качества нефтепродуктов, относящихся
к выходным координатам колонны, основными являются следующие:
температуры 98% отбора фракции 140–180°С (T98(1) ) , температуры 98% отбора
фракции 180–230°С (T98( 2) ) и температуры 50% отбора фракции 230–360°С (T98(3) ) .
Требования, предъявляемые к этим температурам, имеют вид:
)
)
)
)
T98(1)min ≤ T98(1) ≤ T98(1)max ; T98( 2min
≤ T98( 2) ≤ T98( 2max
; T50( 3min
≤ T50( 3) ≤ T50( 3max
(1)
Применительно к данным выходным координатам математическая
модель колонны примет следующий вид:
2
)1
d W
d W
W 
W 
T98( ) = m 11 ( t B 1 − t B 1 ) + m 12 ln PK + m 1 3  W 1 1 − 1  + m 1 4  W 1 1 − 1  +
F 
F 
 dF F
 dF F
 Q
Q 
+ m 15  1 − 1  + m 1 6
QF 
 QF
(2)
2
)2
d W
d W
W 
W 
T98( ) = m 21 ( t B 2 − tB 2 ) + m 22 ln PK + m 23  W 2 2 − 2  + m 24  W 2 2 − 2  +
F 
F 
 dF F
 dF F
d W W 
Q
Q
Q 
Q 
+ m 25  W 1 1 − 1  + m 26  2 − 2  + m 27  1 − 1  + m 28
F 
 dF F
 QF QF 
 QF QF 
49
(3)
)3
d W
W
T50( ) = m 31 ( t B 3 − t B 3 ) + m 32 ln PK + m 33  W 3 3 − 2
F
 dF F
d W
d W
Q
W 
W 
+ m 35  W 2 2 − 2  + m 36  W 1 1 − 1  + m 3 7  3
F 
F 
 dF F
 dF F
 QF
2

 d W 3W 3 W 3 
−
 + m 34 
 +
F 

 dF F
Q
Q 
Q 
− 3  + m 38  2 − 2  +
QF 
QF 
 QF
(4)
 Q
Q 
+ m 3 9  1 − 1  + m 31 0
QF 
 QF
)1 )2 )3
1
2
3
где T98( ) , T98( ) , T50( ) – оценки истинных температур T98( ) , T98( ) , T50( ) ; величины mij ;
i = 1,2,3 , j = 1, ni ( n1 = 6, n2 = 8, n3 = 10 ) – настраиваемые коэффициенты; PK –
давление в колонне; tB1, tB2, tB3 – температуры на перетоке в отпарные секции К103/1, К-103/2, К-103/3 соответственно; F–нагрузка колонны по сырью; W1, W2,
W3 – отборы фракций 140-180, 180-230, 230-360°С соответственно; dW1, dW2,
dW3 – удельные плотности поступающей нефти, фракций 140-180°С, 180-230°С,
230-360°С соответственно; QF – количество тепла, поступающее в единицу
времени с нефтью; Q1, Q2, Q3 – количество тепла, отводимое в единицу времени
с помощью верхнего, 1-го и 2-го циркуляционных орошений соответственно.
Величины, помеченные чертой сверху в уравнениях (2), (3), (4), имеют
среднестатистические значения, определяемые по экспериментальным данным,
как средние значения соответствующих параметров.
) )
) )
)
)
Введем следующие обозначения: y1 = T98(1) , y2 = T98( 2) , y3 = T50(3)
X 1 = t B 1 − tB 1 ;
X 5 = t B 2 − tB 2 ;
X9 =
d W 3W 3 W 3
−
;
dF F
F
X 2 = ln PK ;
X6 =
X3 =
d W 2W 2 W 2
−
;
dF F
F
X 10 =
Q3
Q
− 3.
QF QF
d W 1W1 W1
−
;
dF F
F
X7 =
Q2
Q
− 2 ;
QF QF
X4 =

;

 (5)
− tB 3 ; 




Q1
Q
− 1
QF QF
X 8 = tB 3
С учетом обозначений (5) уравнения математической модели (2), (3), (4)
примут вид:
)1
T98( ) = m11 X 1 + m12 X 2 + m13 X 3 + m14 X 32 + m15 X 4 + m16
(6)
) ( 2)
T98 = m21 X 5 + m22 X 2 + m23 X 6 + m24 X 62 + m25 X 3 + m26 X 7 + m27 X 4 + m28
(7)
) ( 3)
T50 = m31 X 8 + m32 X 2 + m33 X 9 + m34 X 92 + m35 X 6 + m36 X 3 +
(8)
+ m37 X 10 + m38 X 7 + m39 X 4 + m310
Для расчетов подстроечных коэффициентов mij модели были
использованы данные измерений величин технологических параметров
процесса в колонне К-102 за 1 сутки непрерывного измерения с дискретностью
6 секунд. Из указанного массива с учетом полученных динамических свойств
колонны К-102 были рассчитаны их усредненные значения на интервалах
30 минут.
По этим данным с использованием метода наименьших квадратов
определены для уравнений математической модели (6), (7), (8) значения
подстроечных коэффициентов mij. Оценка на адекватность данных уравнений с
50
численными значениями коэффициентов mij дала положительный результат.
Это означает, что полученная математическая модель может быть использована
как для расчета статических режимов работы колонны, так и для
прогнозирования значения ее выходных координат по измеренным значениям
входных координат.
УДК 681.3
И.Г. Сухорукова, Д.А. Гринюк, И.О. Оробей
ПРИМЕНЕНИЕ КРИТЕРИЯ СЕРИЙ В ПРОМЫШЛЕННЫХ
КОНТРОЛЛЕРАХ
УО «Белорусский государственный технологический университет»,
г. Минск, Республика Беларусь
Наличие автоматизации технологических процессов стало обязательным
условием в современных экономических условиях. Получение конкурентных
преимуществ требует применения более сложных алгоритмов, адаптации
локальных контуров под действием изменяющихся контуров и оптимизации в
реальном времени. В англоязычной литературе возник специальный термин:
усовершенствованное управление Advanced Process Control (APC) [1, 2].
Из теории управления известно, что настройки системы для оптимального
переходного процесса по возмущению и сигналу задания имеют отличия. Однако
по причине сложности предугадывания ситуаций на объекте управления
наладчики оборудования устанавливают единые настройки. На объектах, в
которых наблюдаются взаимовлияния отдельных контуров регулирования,
настройки регулятора выбираются с еще большим запасом по устойчивости для
обеспечения робастности работы контуров.
Одной из возможностей предсказания смены режимов работы настроек
системы регулирования при ограничении на вычислительные мощности является
использование критерия серий для выявления изменений трендов. Исследования
[3] по критерию серий проводились в условиях воздействия на информационный
поток случайного процесса, сгенерированного с помощью программы MatLAB.
Известно, что результаты, апробированные на математических моделях, нередко
расходятся с данными, полученными на реальных объектах. Чаще всего
математический аппарат лучше адаптирован к работе с нормальным
распределением случайных величин, которое не всегда выполняется в реальных
процессах. Применение критерия серий позволяет реальные данные
преобразовать в промежуточные, для которых соблюдается нормальное
распределение.
С целью адаптации критерия серий был проведен ряд экспериментов, базой
для которых служил контроллер VIPA 200. Контроллер подключен к
оборудованию с тепловыми нагревателями, которые обдувались потоком воздуха.
51
Скорость потока регулировалась путем изменения частоты вращения двигателя
вентилятора. В качестве информативных параметров использовались температуры
воздуха на входе и на выходе, информация о частоте с привода напрямую и через
вторичный преобразователь. Каждый из этих информационных каналов обладает
своей особенностью, связанной с источником сигнала и способом попадания во
входной регистр контроллера в виде цифровых данных.
Данные эксперимента далеки от идеальных условий, которые можно
получить в результате имитационного моделирования в MatLAB.
Ограничение по разрядности работы входных АЦП, которые являются
стандартом для современных контроллеров, существенно «замыливают» данные
и затрудняют извлечение дополнительной информации из шумовых
составляющих измерительных трактов.
Встроенные в MatLAB тесты Jarque-Bera, Lilliefors, Kolmogorov-Smirnov
указывают на то, что измерительные каналы подвержены влиянию шумов с
близким к нормальному распределению.
Чтобы не утратить преимущество данного критерия, для ПЛК, длина серий
N не задавалась выше 128. В отличие от математических экспериментов [4] в
данном случае присутствует дополнительная настройка времени выборки
данных ti. Выбор ti зависит от динамических свойств измерительных и
регулируемых каналов. Для данного объекта оптимальным является значение в
районе 8-12 с.
При N ti = const наблюдается практическое полное совпадение.
Увеличение длины серии при N ti = const способствует сглаживанию
колебаний µ. В случае наличия в работе фильтра существенной статической
ошибки относительно исходных данных наблюдается асимметрия
реагирования на изменения параметра в сторону повышения или уменьшения.
Это в первую очередь обусловлено существенной разницей в характеристике
между аналоговым фильтром и его цифровой реализацией. При фильтрации
данных с помощью MatLAB характеристика получается значительно идеальнее.
Анализ результатов обработки данных с помощью критерия серий по
входной температуре не выявил у критерия проблем с выявлением
нестационарности. Малое проявление дискретизационных эффектов в данном
измерительном канале обеспечило устойчивую работу критерия.
В целом для задач выявления резких изменений трендов
информационных потоков критерий серий проявил себя с наилучшей стороны.
Высокое быстродействие ПЛК позволяет ограничиться невысокой длиной
серий N для выявления критических явлений. Тщательная настройка N и ti
может позволить производить грубую оценку скорости, особенно если оценивать
µ по нескольким N.
Список литературы
1 Emerson Process Management [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://www2.emersonprocess.com/en-us/brands/deltav/advanced/pages/index.aspx.
Дата доступа: 4.02.2013.
52
2 Журнал Control Engineering Россия [Электронный ресурс]. Режим
доступа:
http://controlengrussia.com/proekty-i-vnedrenija/
metodyusovershenstvovannogo-upravlenija-processami. Дата доступа: 4.02.2013.
3 Олсон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления.
–СПб.: Невский диалект, 2001.- 557 с.
4 Сухорукова И.Г., Оробей И.О., Гринюк Д. А. Эффективность работы
адаптации фильтра на критерии серий // Труды БГТУ. Сер. VI. Физ.-мат. науки и
информатика. - 2011. - Вып. XIX. - С. 107–111.
УДК 621.396
Н.М. Олиферович, Д.А. Гринюк, И.О. Оробей
ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВПИТЫВАНИЯ
УО «Белорусский государственный технологический университет»,
г. Минск, Республика Беларусь
Существует ряд приборов, работа которых основана на преобразовании
физических величин в изменение емкости: емкостные уровнемеры и
манометры, преобразователи влажности и т. д. [1-3].
Измерительные схемы преобразователей могут быть построены на
различных принципах, однако наибольшее распространение получили приборы
на основе преобразования емкости в частоту (время) за счет мультивибраторов
[4] или резонансных контуров [1-2, 5]. Данные подходы к построению
измерительных схем в той или иной степени чувствительны к паразитной
активной составляющей преобразователей. Учесть паразитные составляющие в
емкостном преобразователе можно путем использования схем определения
полного сопротивления, но такие приборы значительно сложнее в изготовлении
и требуют использования микропроцессорных элементов.
Проведенные эксперименты по изучению динамики пропитки
фильтровальной бумаги на базе прибора E7-12 для различных жидкостей
показали, что диапазон изменения параметров схемы замещения
измерительного преобразователя достаточно широк. Прибор E7-12 проводит
измерения на частоте 1 МГц. Для оценки динамических свойств на других
частотах последовательно с измерительным конденсатором (первичный
преобразователь ZС) включали добавочный резистор R. Схему подключали к
генератору с переменной частотой, вырабатывающему напряжение U.
В процессе измерения на различных частотах контролировали
напряжения UC, UR и U, после чего производился перерасчет параметров схемы
замещения. Для повышения точности R в процессе измерения подбиралось так,
чтобы углы α, ϕ и их сумма была больше 10°, но меньше 80°. Напряжение в
измерительной цепи было примерно 10 В, частота изменялась в диапазоне от
53
10 Гц до 1МГц.
Измерения проводились на сухой и смоченной бумаге, которая
получалась добавлением порций по 6 мл с выдержкой времени после полного
впитывания. Первичный преобразователь подключался к генератору
синусоидальных колебаний, после чего проводились измерения на
контрольных частотах. В начале и конце измерения прибором Е7-12
контролировались параметры схемы замещения. Результаты усреднялись по
трем сериям измерений рисунок 1.
10-6
2
10-7
cx, Ф
1
10-8
10-9
101
102
104
106f, Гц
Рисунок 1 – Зависимость емкости cx от частоты f для сухой (1) и
смоченной (2) бумаги
При проведении измерений контрольные данные с Е7-12 показали, что,
несмотря на небольшую продолжительность (не более 6 – 8 минут) снятия
параметров схемы, в бумаге проходят процессы, которые могут изменить
параметры схемы замещения до 8%.
Использование cx для идентификации динамики пропитки может быть
положено в основу любого из рассмотренных принципов построения
преобразователей. Начиная с 2,5 кГц зависимость емкости от частоты
минимальна. Кроме того, увеличивается отношение между сопротивлениями rx
и xc, уменьшается влияние rx на точность измерения. Однако сдвиг рабочего
диапазона преобразователей в сторону увеличения частоты будет приводить к
увеличению измерительных токов, поскольку rx быстро снижается и уже на
частоте 100 кГц становится меньше 1 кОм.
Проведенные исследования показывают, что контроль емкости с целью
определения координаты пропитки является наилучшим решением. Активное
сопротивление измерительного конденсатора может вносить существенные
погрешности в процесс измерения. Лучшими точностными характеристиками
будут обладать схемы на гармонических сигналах с постоянной частотой.
Схемы преобразования емкости во временные параметры сигнала не должны
снижать частоту ниже 5 кГц, где у емкости может наблюдаться зависимость от
частоты.
54
Список литературы
1
Шишмарев В. Ю. Средства измерений: учебник для студ.
учреждений проф. образования / В. Ю. Шишмарев. - 4-е изд., стер. - М.:
Издательский центр «Академия», 2010. 320 с.
2
Khandpur R.S. Handbook of Analytical Instruments. - 2nd Revised
edition. - London: McGraw-Hill Professional, 2006. - 770 p.
3
Гринюк Д. А., Оробей И.О., Богослав Н. М. Устройство
непрерывного измерения процесса смачивания // Труды БГТУ. Сер. VI. Физ.мат. науки и информатика. - 2011. Вып. - XVIII. - С.108–112.
Vladimir Mitrovic. Pico C. // Elektor Electronics. - №4. - 2011. 4
С. 24-29.
5
Богослав Н.М., Гринюк Д.А., Оробей И.О. Экспериментальное
исследование динамики круговой пропитки // Труды БГТУ. - 2013. - №6. Физ.мат. науки и информатика. - С. 99–103.
УДК 681.5
М.Г. Баширов, А.М. Хафизов
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ «УЛУЧШЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ»
ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ ОБОРУДОВАНИЯ
И ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЙ
НЕФТЕХИМИИ И НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Темпы и масштабы производственной деятельности в современных
условиях
неразрывно
связаны
с
возрастающим
использованием
энергонасыщенных технологий и опасных веществ, результатом этого является
возросшая потенциальная угроза для здоровья и жизни людей, окружающей
среды, материальной базы производства. В первую очередь это относится к
объектам нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслей, где
наблюдаются постоянная интенсификация технологий, связанная с
возрастанием температур и давлений, укрупнение единичных мощностей
установок и аппаратов, наличие в них больших запасов взрыво-, пожаро- и
токсичноопасных веществ. В связи с этим оценка риска и надежности,
прогнозирование ресурса безопасной эксплуатации и разработка новых
способов оценки технического состояния оборудования являются необходимым
условием достижения высокого уровня промышленной безопасности.
Значительную часть оборудования предприятий нефтехимической отрасли
(порядка 35 % всего производственного оборудования) составляют машинные
агрегаты, соответственно основная доля отказов оборудования приходится
именно на них. Работоспособность машинных агрегатов во многом определяет
55
надежность всего технологического комплекса. Ввиду высокой опасности
обращающихся в технологических циклах предприятий нефтехимической
отрасли веществ отказ машинных агрегатов может привести к созданию
аварийных ситуаций, сопровождается значительным экономическим и
экологическим ущербом. Большая часть машинных агрегатов предприятий
нефтехимической отрасли имеет электрический привод, доля потребления ими
электрической энергии превышает 80 % всей потребляемой предприятием
электроэнергии, поэтому любой сбой в системе электроснабжения предприятия
может привести к остановке агрегатов. Особенностью машинных агрегатов с
электрическим приводом является то, что их безотказность определяется
безотказностью совокупности элементов механической части и электрического
привода. Задача обеспечения промышленной безопасности предприятий
нефтехимической отрасли требует формирования единого подхода к
предупреждению
аварий
и
инцидентов,
связанных
с
отказом
электрооборудования, и к повышению эффективности производства, также
зависящего от технического состояния оборудования. Существующая в
настоящее время система планово-предупредительного обслуживания и
ремонта оборудования существенно уменьшает вероятность аварий, но не
может гарантировать безаварийную работу оборудования в межремонтный
период [1].
Для повышения безопасности нефтехимических производств с учетом
технического состояния оборудования, предлагается создание системы
управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации
оборудования и агрегатов на основе эмулятора технологических процессов
Honeywell UniSim.Design (рисунок 1) и технических средств сбора первичной
информации о техническом состоянии электрооборудования (датчиках фирм
«Honeywell», «Endress + Hauser», «Yokogawa»).
Рисунок 1 – Модель трубчатой печи, реализованная в программном
продукте Honeywell UniSim.Design
Таким образом, применение системы "улучшенное управление" компании
56
Honeywell позволяет осуществлять регулярный мониторинг технического
состояния, режимов работы, эффективности использования оборудования и
энергетических ресурсов, выявлять неисправности и отслеживать динамику их
развития, прогнозировать остаточный ресурс, тем самым повысить
безопасность и эффективность эксплуатации оборудования переработки
нефтепродуктов, осуществить переход на систему обслуживания и ремонта
оборудования по фактическому техническому состоянию.
.
1
Баширов М. Г. Система автоматизации управления техническим
состоянием технологического оборудования нефтегазовых производств / М.Г.
Баширов, Р.Н. Бахтизин, Э.М. Баширова, И.С. Миронова // Нефтегазовое дело:
электронный научный журнал. – 2011. – № 3. – С. 26 – 40. – URL:
http://www.ogbus.ru/authors/Bashirov/Bashirov_4.pdf.
УДК 681.5
М.П. Морозова, А.Е. Чернышева
ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАЛОМОЩНОГО
ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРИ РАЗГОНЕ И ТОРМОЖЕНИИ
УО «Белорусский государственный технологический университет», г.
Минск, Республика Беларусь
Как известно, для получения параметров настроек контура
регулирования стабилизации частоты вращения требуется знать динамические
характеристики объекта управления. В качестве объекта управления
выступает маломощный двигатель постоянного тока с независимым
возбуждением ДПР-42-Ф1-02. Датчиком частоты являлся практически такой
же двигатель в режиме генератора, который жестко соединен с валом
ведущего двигателя.
В качестве управляющей системы в контуре выступает Arduino.
Напряжение с генератора через делитель для согласования диапазона
подключено на АЦП вход микроконтроллера. В свою очередь PWM выход
контроллера через силовой драйвер формирует напряжение для двигателя.
В литературе, чаще всего встречается передаточная характеристика
двигателя постоянного тока.
k1
,
W (s ) =
TE TM s 2 + TM s + 1
где s – оператор Лапласа, TE, TM – соответственно электрическая и
механические постоянные.
Однако проведенные эксперименты показали наличие существенных
нелинейных свойств в динамике микромощного электропривода.
57
Согласно программе микроконтроллер формировал меандровый сигнал с
частотой для выхода частоты выходить на стационарное значение. Кривые
торможения и разгона фиксировались с помощью цифрового осциллографа
(рисунки 1,2).
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
t, мс
0,18
Рисунок 1 – Кривая разгона и результат ее аппроксимации
Результаты
эксперимента
пытались
аппроксимировать
рядом
передаточных функции с запаздыванием:
k (T3 s + 1)exp(− τs )
k exp(− τs )
W1 (s ) =
;
W2 (s ) =
;
(T1s + 1)(T2 s + 1)(T3s + 1)
(T1s + 1)(T2 s + 1)
k (T3 s + 1)exp(− τs )
k exp(− τs )
W3 (s ) =
;
W
(
s
)
=
.
4
(T1s + 1)(T2 s + 1)
(T1s + 1)2 (T2 s + 1)
С использованием алгоритма минимизации среднеквадратичного отклонения
(СКО) были найдены оптимальные коэффициенты для передаточной функции
(таблицы 1,2).
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1 t, м с
Рисунок 2 – Кривая торможения и результат ее аппроксимации
Таблица 1 − Результаты для кривой разгона
Модель
k
T1, мс T2, мс T3, мс
τ, мс
СКО⋅10–3
W1
1,16
31,0
0,869
7,64
8,37
5,92
W2
1,15
62,4
42,4
75,1
14,4
5,98
W3
1,13
0,552
21,6
8,43
11,5
5,96
W4
1,16
31,6
6,89
-
9,65
5,92
58
Таблица 2 − Результаты для кривой торможения
Модель
k
T1, мс T2, мс T3, мс
τ, мс
СКО
W1
1,16
7,87
0,0699
7,68
0,543
653,18
W2
1,15
56,7
16,2
71,1
3,88
605,10
W3
1,13
8,05
8,04
8,55
0,597
652,91
W4
1,16
7,79
7,77
-
0,613
653,14
Как визуальный анализ, так и математический результат
свидетельствуют о существенных отличиях в динамике объекта управления
при увеличении частоты и уменьшении. С хорошей точностью (особенно
кривая
торможения)
динамику
аппроксимирует
характеристика
апериодическими звеньями 2-3 порядка, однако общая динамика более
сложна. Сильнее всего изменяются механическая составляющая динамики и
время запаздывания, что связано скорее всего с нелинейным влиянием сил
трения и силового драйвера схемы. Наибольшие погрешности наблюдаются на
начальном участке.
УДК 621.3
М.А. Кашкан, М.В. Бегеза
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНТУРА СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ
ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
СО СТРОБОСКОПИЧЕСКИМ ДИСКОМ В КАЧЕСТВЕ ДАТЧИКА
УО «Белорусский государственный технологический университет», г.
Минск, Республика Беларусь
Маломощные двигатели постоянного тока (ДПТ) из-за своей
универсальности до сих пор являются средством преобразования
электрической энергии в механическую при построении автоматических
устройств, в приборостроении, авиастроении, роботостроении. При проверке
работоспособности и качества синтезируемой схемы желательно полное
структурное моделирование с учетом нелинейных свойств некоторых
элементов схем. Для расчета настроек регулятора используются
коэффициенты линеаризации нелинейных элементов, но иногда нелинейные
элементы оказывают существенное влияние на качество переходных
процессов, и приходится уточнять настройки регулятора с учетом
нелинейностей. С этой целью встала задача разработать структуру
моделирования контура регулирования в математическом пакете MatLAB.
Объектом управления является двигатель постоянного тока с
59
постоянными магнитами. Динамичные характеристики
представить в виде следующей передаточной характеристики:
W (s ) =
k1
,
TETM p 2 + TM p + 1
ДПТ
можно
(1)
где p – оператор Лапласа;
TE, TM – соответственно электрическая и механические постоянные.
Первичный преобразователь частоты вращения ДПТ строится с
использованием стробоскопического диска. Пластина диска имеет, в
зависимости от варианта, определенное количество прорезей. При вращении
световой поток между оптопарой периодически перекрывается лепестками
диска.
Система
управления
частотой
вращения
ДПТ
подвержена
электрическим и тепловым шумам. Основным источником помехи является
оптическая система регистрации частоты вращения. Для приближения работы
контура управления на выходной сигнал наложен сигнал с генератора шума с
паразитивной синусоидальной модуляцией.
Для очистки от шума в схеме устанавливается триггер Шмидта, для
отражения которого требуется установить реле с заданной зоной
нечувствительности. В качестве преобразователя частота/напряжение
используется структура частотного демодулятора из [1], которая
предусматривает установку ограничителя для исключения паразитивной
модуляции, частотно-зависимого звена и амплитудного демодулятора. В
отличие от реальной схемы, где паразитивная модуляция могла возникнуть от
работы триггера и требует установки дополнительных элементов, в модели
эту функцию уже выполнил предыдущий релейный элемент.
В качестве частотно-зависимого звена использованы два фильтра
высокой частоты с частотой среза, равной частоте сигнала, чтобы общий
коэффициент передачи на заданной частоте стабилизации был 2 ⋅ 2 ≈ 0,5.
Амплитудный демодулятор предусматривает установку схемы взятия модуля
и фильтра низкой частоты (ФНЧ). Работа этой части модели показана на
рисунке 1.
После преобразования сигнал с ФНЧ через согласующий усилитель
подается на устройство сравнения, где путем вычитания из сигнала задания
определяется ошибка для его дальнейшей обработки в регуляторе. В модели
контура
стабилизации
реализована
параллельная
структура
пропорционально-интегрального регулятора. Результат работы полной модели
и линеаризованный эквивалент показаны на рисунке 1.
60
1
С истем а б ез
нелинейной
части
С и гн ал зад ан ия
0 ,8
0 ,6
0 ,4
С истем а с нелинейной
частью
0 ,2
0
t, с е к
100
200
300
400
500
Рисунок 1 – Результаты работы линейной и нелинейной модели
Выводы. Разработанная модель путем использования простейших
элементов Simulink позволяет отразить нелинейную специфику работы
контура стабилизации частоты вращения маломощного ДПТ с использованием
стробоскопического диска.
.
1 Арабей, И.А., Электронные устройства и программируемые
контроллеры систем автоматизации. Учебное пособие для студентов
специальности «Автоматизация технологических процессов и производств» /
И.А. Арабей, Д.А. Гринюк, В.Е. Максим - Минск: БГТУ, 2004. - 289 с.
УДК 65.011.56
Р.Р. Аслаев, У.Ф. Юмагузин
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАПОЛНЕНИЯ ЕМКОСТИ ОСНОВНЫМ
КОМПОНЕНТОМ НА ОСНОВЕ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ CENTUM CS 3000 ФИРМЫ YOKOGAWA
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Реализация модели заполнения емкости производится с использованием
формул (1), (2) и (3).
В общем виде уравнение заполнения емкости основным (жидким)
компонентом имеет вид
t
L = L0 + 1 ⋅ ∫ (Qin − Qout ) ⋅ dt,
SБ 0
где
Qin – расход втекающей жидкости;
Qout – расход вытекающей жидкости;
SБ – площадь основания емкости;
61
(1)
L0 – начальный уровень.
Продифференцировав уравнение (1), получим приращение уровня в виде
dL 1
= ⋅ (Qin − Qout ),
dt SБ
dL
– приращение уровня в емкости;
dt
Qin – расход втекающей жидкости;
Qout – расход вытекающей жидкости;
SБ – площадь основания емкости.
Объемный расход через заслонку, используя
характеристику, можно определить по формуле
(2)
где
ее
проливочную
Q = Q П (α) ⋅ (P1 − P2 ),
(3)
где QП (α) – проливочная характеристика заслонки;
α – угол открытия заслонки;
P1 – давление на входе заслонки;
P2 – давление на выходе заслонки.
Блок-схема модели заполнения емкости представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Блок-схема модели заполнения емкости основным
компонентом
Принцип работы данной схемы следующий:
Блок «ADD12» реализует значение разности давлений на заслонке А11.
На вход подаются: %%Р – значение давления в емкости, а DAVL1.CPV –
значение давления основного компонента. Блок «LD11» имитирует работу
62
исполнительного элемента заслонки во времени. На вход подается Р101.МV
начальное значение сигнала управления заслонкой А11. Блок «INT11»
реализует проливочную характеристику заслонки А11. Блок «MUL11» по
данным из вышеперечисленных блоков вычисляет объемный расход через
заслонку А11 согласно формуле (3). Блок «ADD13» реализует значение
разности давлений на заслонке C11. На вход подаются: %%Р – значение
давления в емкости, а DAVL2.CPV – значение противодавления слива. Блок
«LD12» имитирует работу исполнительного элемента заслонки во времени. На
вход подается С110.МV начальное значение сигнала управления заслонкой
С11. Блок «INT12» реализует проливочную характеристику заслонки С11. Блок
«MUL12» по данным из вышеперечисленных блоков вычисляет объемный
расход через заслонку С11 согласно формуле (3). Блок «ADD11» реализует
значение разности расходов в емкости, тем самым находя объем вещества,
находящийся в емкости. Блок «S11» производит операцию интегрирования с
учетом площади основания емкости. Таким образом, зная изменение объема
вещества и площадь основания, нашли изменение уровня. Блок «CAL11»
производит вычисление приращения давления в зависимости от
первоначального давления и приращения уровня жидкого компонента.
УДК 65.011.56
Р.Р. Аслаев, У.Ф. Юмагузин
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ
РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ CENTUM CS 3000
ФИРМЫ YOKOGAWA
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
При разработке сложных современных систем управления во многих
случаях нельзя обойтись без разработки и исследования математической
модели управляемого объекта. Модели позволяют экспериментировать с
системой, меняя ее характеристики и исследуя поведения, что не всегда можно
выполнить в реальных условиях. Используя модель, можно получить
необходимую информацию при меньшей затрате средств, чем при изучении
реальной системы. Поэтому возникает необходимость в разработке
математической модели исследуемого процесса.
В данной статье приводится часть проекта по моделированию установки
смешивания двухкомпонентного топлива, а именно моделирование источников
давления с помощью блоков CALCU и TM.
Описание используемых блоков приведено в таблице 1.
63
Таблица 1 – Описание блоков
Блок
Описание
CALCU
Вычислительный блок общего назначения.
TM
Секундный таймер с базовым периодом вычисления, с
автоматическим перезапуском после достижения лимита
времени РН=60с.
Для моделирования колебаний источников давлений в трубопроводах
используется формула
P = P0 + P1 ⋅sin(ω1 ⋅ t) + P2 ⋅ cos(ω2 ⋅ t),
где
(1)
Р0 – начальное давление;
Р1 – давление на входе заслонки;
Р2 – давление на выходе заслонки;
ω1 – циклическая частота на входе заслонки;
ω 2 – циклическая частота на выходе заслонки;
Построение модели источников давления основано на реализации
формулы (1) для каждого источника. Программная реализация данной формулы
осуществляется с помощью вычислительного блока общего назначения
CALCU.
Блок-схема для моделирования работы источников давления
представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Блок-схема модели источников давления
64
Для реализации формулы (1) необходим источник времени, поскольку
блок CALCU не имеет встроенного таймера. Для этого в данной блок-схеме
использован стандартный блок таймера ТМ.
УДК 620.179.14
Е.А. Степанов, Р.Р. Садыков, Р.Г. Вильданов
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПАРАМЕТРОВ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Современное определение технической диагностики как отрасли научно-технических знаний, сущность которой составляют теория, методы и
средства обнаружения и поиска дефектов объектов технической природы,
включает в себя методы и средства неразрушающего контроля. Обнаружение и
поиск дефектов являются процессами определения технического состояния
объекта и объединяются общим термином «диагностирование». Таким образом,
задачами диагностирования являются задачи проверки исправности,
работоспособности и правильности функционирования объекта, а также задачи
поиска дефектов, нарушающих исправность, работоспособность или
правильность функционирования.
Средства неразрушающего контроля выступают в роли технических
средств диагностики. Ни один из существующих методов и приборов неразрушающего контроля не является универсальным и не может удовлетворить
в полном объеме всем требованиям практики. В наибольшей степени этим
требованиям удовлетворяют комплексные диагностические лаборатории,
укомплектованные различными приборами неразрушающего контроля.
Комплектация лабораторий производится в зависимости от вида
диагностируемого оборудования и производимых диагностических работ. На
нефтехимических и нефтеперерабатывающих производствах наиболее
эффективным является применение портативных универсальных и специализированных средств для периодического неразрушающего контроля
оборудования и встроенных стационарных систем непрерывной диагностики с
выводом показаний на пульт оператора.
В последнее время, с развитием компьютерной техники и повышением
их производительности, наметилась перспектива в создании программноаппаратных комплексов диагностирования. Такой симбиоз средств
диагностирования и компьютера позволяет, получать комплексную
информацию о дефектах, а также вести детальный анализ.
65
Такой подход к средствам диагностики позволяет разделить функции.
На аппаратную часть возлагается функция измерения и выявления дефекта, а на
программную-составление полной картины и анализ полученных результатов.
Для встроенных стационарных систем непрерывной диагностики применение
компьютерной техники позволяют сконцентрировать информацию из всех
датчиков в одном месте и на основе этих данных, вести анализ в реальном
времени.
Идея работы основана на создании эффективного, экономически
выгодного
устройства
диагностирования,
а
также
разработке
автоматизированного программного комплекса обработки полученной
диагностической информации.
Блок - схема аппаратного исполнения магнитного дефектоскопа
представлена на рисунке 1.
ДТ
ПГ
УМ
ДС
АЦП
ПК
ВИЗ
Рисунок 1 – Блок - схема прибора
Прибор содержит ПГ – программный генератор, УМ – блок усилителя
мощности генерируемого сигнала, ДС – электромагнитный датчик-сканер, АЦП
– аналогово - цифровой преобразователь, ПК – программный комплекс,
состоящий из блока ДТ – детектора и ВИЗ – блока визуализации. Работа
прибора основана на измерении потерь перемагничивания участка
контролируемого изделия. Если ферромагнитный материал подвергается
периодическому перемагничиванию, то в нем возникают потери энергии на
гистерезис и вихревые токи.
Электромагнитный ДС устанавливают на изделие. Регулируемый сигнал
с генератора ПГ поступает в блок усиления УМ, где усиливается по
напряжению и току, и подается на намагничивающую обмотку. Далее сигнал с
измерительной обмотки поступает на АЦП, где полученная информация
упорядочивается и поступает в программный комплекс для получения
конечного результата – детектирования и визуализации дефекта.
Таким образом, прибор позволяет путем изменения частоты магнитного
поля от высоких значений до низких постепенно перемагничивать участок
изделия слой за слоем, тем самым осуществлять частотное сканирование и по
потерям
перемагничивания получить изображение поперечного сечения
контролируемого участка.
Программный комплекс разработан в среде Borland Delphi 11.
Алгоритм поиска дефекта заключается в следующем.
66
В реальном времени происходит отслеживание максимального значения
A (вершины синусоиды) амплитуды сигнала и записывается в ячейку памяти
(рисунок 2). Затем это значение сравнивается с последующим максимальным
значением амплитуды B. В случае если последующее значение максимума
амплитуды меньше записанного в ячейке памяти A>B, то это сигнализирует о
наличии дефекта, по разнице значения С можно судить о глубине дефекта.
Данный алгоритм повторяется на разных частотах от 1000 до 50Гц, что
позволяет получить картину дефекта послойно.
A
B
C
C
Рисунок 2 – Иллюстрация алгоритма поиска значений
Визуализация полученных данных выполнена с помощью компонента Tee
Chart, позволяющего получать различные картины сечений и диаграмм
распределений дефектов на поверхности, а также наблюдать картину в
трехмерной плоскости.
Список литературы
1 Стеклов О.И. Техническая диагностика оборудования и сооружений
нефтегазового и нефтегазохимического комплексов // Дефектоскопия. – М.,
2006. – С. 113-121.
2 Агуров П.В. Практика программирования USB // БХВ-Петербург. ––
СПб., 2006.– С. 624.
67
УДК 620.179.14
М.Г. Баширов, И.Г. Хуснутдинова
РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА
ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
В процессе эксплуатации электроэнергетического оборудования под
действием избыточных давлений, механических, температурных нагрузок и
других факторов происходит накопление усталостных и других повреждений
корпуса и металлических конструктивных элементов. Под действием
агрессивных сред на металлических конструкциях образуется концентратор
напряжений. При этом происходит непрерывное накопление поврежденности
материала, которое протекает по следующей схеме: образование вакансий и их
скоплений, одиночных пор, цепочек пор по границам зерен, их слияние в
микротрещины, развитие микротрещин. После образования микротрещины
процесс переходит в стадию разрушения [1].
Существующие методы и приборы направлены на выявление
зародышевых дефектов, тогда как выполнение контроля необходимо выполнять
на раннем этапе их развития – контроль напряженно-деформированного
состояния с определением зон концентрации напряжений [2].
На кафедре «Электрооборудование и автоматика промышленных
предприятий» Филиала ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате разработан
электромагнитный инденторный метод диагностики. Принцип действия
электромагнитного инденторного метода диагностики основан на регистрации
вихретоковым преобразователем изменений электрофизических параметров
металла в момент ударного воздействия на него индентором. Однако данный
метод позволяет контролировать только отдельные фиксированные участки
поверхности объекта, требует контакта с металлом и тщательной зачистки
поверхности [3].
Задачей исследований является создание бесконтактного устройства,
позволяющего оценить напряженно-деформированное состояние металла. Для
решения этой задачи предлагается использование электромагнитного
акустического (ЭМА) метода, представляющего принципиально новое
направление в технической диагностике.
С целью изучения действия устройства было выполнено 3D
моделирование в Comsol Multiphysics. Над объектом контроля моделировалась
катушка с переменным током. На рисунке 1 представлено распределение
плотности тока в металлическом объекте при индуцировании тока частотой
50 Гц (а) и 200 Гц (б). На рисунке 2 представлена z-компонента значения
68
плотности магнитного потока, BZ (мT), при 50 и 200 Гц. Эти результаты
сравниваются при разных частотах для 0 ≤ х ≤ 288 мм при у = 72 мм и z =
34 мм. Результаты показали, что в зоне концентрации напряжения в виде
квадратного отверстия плотность магнитного потока резко снижается.
а)
б)
Рисунок 1 − Распределение плотности тока в металлическом объекте при
индуцировании тока частотой 50 Гц (а) и 200 Гц (б) в катушке, расположенной
над образцом
Рисунок 2 – Распределение плотности магнитного потока, BZ
Список литературы
1
Кузеев И.Р. Электромагнитная
диагностика оборудования
нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств: учеб. пособие /
И.Р.Кузеев, М.Г. Баширов – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2001. – 294 с.
2 Баширов М.Г. Оценка ресурса оборудования электромагнитным
многопараметрическим методом диагностики / М.Г. Баширов, И.Р. Кузеев //
Нефтегазовое дело [Электронный ресурс]. – Электрон. журн. – 2002.- № 1. http://www.ogbus.ru/.
3 Пат. 76459 Российская Федерация, МПК G 01 N 3/30 Электромагнитный
инденторный датчик / Ишмухаметов В.С., Кузеев И.Р., Баширов М.Г.,
Баширова Э.М.; ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический
университет». - № 2007108607/22; Заявл. 07.03.2007; Опубл. 20.09.2008.
69
УДК 621
У.Ф. Юмагузин, Д.В. Зайнуллин
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА
НАСОСНО-КОМПРЕССОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОВОЙ
ОТРАСЛИ С УЧЕТОМ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Большая
часть
насосно-компрессорного
оборудования
(НКО)
производственных объектов в нефтегазовой отрасли эксплуатируется в
напряженных условиях в составе технологических линий с длительным циклом
непрерывной работы и в значительной степени определяет их эффективность.
Снижение работоспособности и ухудшение технического состояния НКО
существенно влияет на параметры технологического процесса действующих
установок и производств, приводит к нарушению регламентных параметров
эксплуатации, снижению качества и количества выпускаемой товарной
продукции [1].
Износ оборудования нефтегазовой отрасли и сохраняющийся уровень
аварийности требует совершенствования методов оценки технического
состояния, а также системы обслуживания и ремонта.
Внедрение методики перехода на систему обслуживания и ремонта
электрооборудования по техническому состоянию направлено на повышение
надежности и эффективности работы НКО.
Применение системы технического обслуживания и ремонта по
техническому состоянию на предприятии повышает производительность,
эффективность и надежность эксплуатационных параметров оборудования,
приводит к снижению материальных затрат на обслуживание и ремонт.
Основными задачами системы технического обслуживания и ремонта по
техническому состоянию НКО являются:
– определение технического состояния НКО при эксплуатации;
– сокращение и предупреждение аварий НКО;
– продление срока непрерывной эксплуатации, сокращение времени и
затрат на ремонты НКО;
– определение возможных сроков безостановочной эксплуатации НКО по
результатам технической диагностики;
– прогнозирование и планирование объемов технического обслуживания
и ремонта НКО;
– обеспечение
эффективности
(качества)
ремонта
за
счет
послеремонтного обследования технического состояния НКО методами
технической диагностики [2].
70
Переход от планово-предупредительного ремонта к системе технического
обслуживания и ремонта по техническому состоянию на предприятиях
нефтегазовой отрасли предполагается проводить в три этапа.
На первом этапе внедрения система технического обслуживания и
ремонта по техническому состоянию будет осуществлена совместно с
действующей на предприятиях системой планово-предупредительного ремонта,
в роли вспомогательного инструмента в обеспечении надежности и
безаварийности производства. В этот период будет производиться приработка
диагностического оборудования и обучение обслуживающего персонала
методике электромагнитного спектрального диагностирования.
На втором этапе также планируется совместное использование плановопредупредительного ремонта и системы технического обслуживания и ремонта
по техническому состоянию, но уже с возможностью сдвигать сроки ремонта
по результатам контроля и обследования технического состояния НКО. На
данном этапе предусматривается сокращение количества технического
обслуживания и текущих ремонтов на основе определения технического
состояния НКО и его отдельных важнейших узлов, прогнозируемых сроков
безаварийной работы.
На третьем, заключительном этапе происходит полный переход на
систему технического обслуживания и ремонта по техническому состоянию.
Данный период характеризуется повышением надежности и безопасности
эксплуатации НКО, а также значительным сокращением издержек на
обслуживание НКО, уменьшается время простоя технологических установок в
ремонте, что в итоге дает существенный экономический эффект.
Так как это мероприятие является дорогостоящим, в начальный период
планируется переводить на систему технического обслуживания и ремонта по
техническому состоянию только часть наиболее приоритетного НКО,
требующего повышенного контроля. В дальнейшем постепенно будет
произведен переход на систему технического обслуживания и ремонта по
техническому состоянию всего НКО предприятия.
Ранжирование оборудования предлагается проводить на основании трех
показателей:
– риски ущербов при отказе;
– надежность оборудования;
– прогнозирование остаточного ресурса оборудования.
Список литературы
системы
многоаспектной оценки
1 Давиденко И.В. Разработка
технического состояния и обслуживания высоковольтного маслонаполненного
электрооборудования: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. – Екатеринбург, 2009. –
45 с.
2 Баширов М.Г., Юмагузин У.Ф., Талаев В.Л. Оценка технического
состояния оборудования предприятий нефтегазовой отрасли на основе
применения техноценологического метода // Электронный научный журнал
71
«Нефтегазовое дело». — 2012. — №5. — С. 293-302. URL:
http://www.ogbus.ru/authors/Bashirov/Bashirov_5.pdf
(дата
обращения
30.12.2013).
УДК 62.831
Д.С. Кулагин, У.Ф. Юмагузин
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ
МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Анализ, проведенный Федеральной службой государственной статистики
Российской Федерации, свидетельствует о том, что степень износа
оборудования предприятий нефтегазовой отрасли на конец 2010 года
составляет 51,1%, удельный вес полностью изношенного оборудования –
25,6%, коэффициент обновления – 4,9% [1]. Число аварий на предприятиях
нефтегазовой отрасли, по данным об аварийности и производственном
травматизме на поднадзорных Ростехнадзору опасных производственных
объектах, представлено (для 2011 года данные за первое полугодие) в [2].
По данным Федеральной службы по экологическому, технологическому и
атомному надзору, основную опасность для предприятий нефтегазовой отрасли
представляют пожары – 58,5 %, загазованность – 17,9 % и взрывы – 15,1 % от
общего числа опасных ситуаций. Доля ущерба от пожаров по
электротехническим причинам выросла с 21,8% в 2004 г. до 31,5 % в 2006 г., за
2007 г. составила 25 %; за 2008 г. – 33,3 %; а за 2009 г. – около 21,7 %. Анализ,
проведенный Ростехнадзором на объектах нефтегазового комплекса,
показывает, что аварии обусловлены нарушением регламентов и инструкций по
проведению ремонтных работ, а также морально и физически устаревшим
оборудованием [3].
Имеющийся опыт показывает, что проблема оценки остаточного ресурса
стареющего оборудования является комплексной, включающей технический,
технологический, управленческий, экономический и организационный аспекты.
Сложность решения данной задачи состоит в том, что для реальных
предприятий нефтегазовой отрасли число контролируемых параметров
оборудования, влияющих на возникновение и развитие аварийных ситуаций,
весьма велико и организовать оперативный контроль всех необходимых
параметров, как правило, невозможно. На практике, зачастую не
представляется возможным производить диагностику всего имеющегося парка
контролируемого оборудования одновременно. Более того, некоторые методы
диагностики требуют вывода оборудования из эксплуатации. В связи с этим
72
актуальной является задача автоматизированного мониторинга текущего
технического состояния оборудования в составе сложной технической системы
в реальном времени
времени, с целью выявления отдельных агрегатов,
агрегатов требующих
проведение более
лее детальных обследований и, при необходимости,
необходимости проведение
ремонтно-профилактических
профилактических работ[4].
В последнее время в мире получили широкое развитие методы
диагностики состояния электрических машин, основанные на выполнении
мониторинга потребляемого тока с последующим выполнением специального
спектрального анализа полученного сигнала [5-9], что позволяет с высокой
степенью достоверности определять состояние различных элементов двигателя.
Физический принцип,
принцип положенный в основу этого метода,
метода заключается в
том, что любые возмущения в работе электрической и
и/или
или механической части
электродвигателя и связанного с ним устройства приводят к изменениям
магнитного потока в зазоре электрической машины и
и, следовательно,
следовательно к слабой
модуляции потребляемого электродвигателем тока. Соответственно наличие в
спектре тока двигателя характерных (и несовпадающих
несовпадающих) частот определенной
величины свидетельствует о наличии повреждений электрической и/или
механической части электродвигателя и связанного с ним механического
устройства [10].
Практическая реализация методов диагностики
диагностики, основанных на анализе
параметров гармонических составляющих токов и напряжений двигателя
электропривода, показала, что для комплексной оценки технического состояния
агрегатов этих параметров недостаточно,
недостаточно поэтому предлагается дополнительно
в качестве основных параметров использовать температуру подшипников
машинного агрегата и изоляции обмотки статора двигателя электропривода
электропривода. На
рисунке 1 представлен один из вариантов исполнения структурной схемы
автоматизированной
ированной
системы
мониторинга
технического
состояния
электрооборудования [11].
Рисунок 1 − Структурная схема диагностического комплекса
73
Список литературы
1 Росстат. Основные фонды [Электронный ресурс]: данные об износе,
коэффициенте обновления, удельном весе полностью изношенных основных
фондов. − М., 2011. URL: http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat/rosstatsite/main/enterprise/fund(дата обращения: 05.09.2012).
2 Кузнецов А. С. Управление энергетической безопасностью и
энергетической эффективностью электрохозяйства предприятий нефтехимии и
нефтепереработки / А. С. Кузнецов, Э. М. Баширова, И. С. Миронова //
Энергоэффективность и энергобезопасность на предприятиях промышленности
и ЖКХ : труды Всероссийского научно-практического семинара (24 – 25 марта
2010 г.) / отв. ред. К. Б. Сабитов. – Уфа : АН РБ, Гилем, 2010. – 298 с.
3 Миронова И. С. Система мониторинга технического состояния
электрооборудования нефтепереработки и нефтехимии / И. С. Миронова, М. Г.
Баширов // Сборник трудов Всероссийской научной конференции
«Экологические проблемы нефтедобычи» (22 – 25 ноября 2010 г.). – Уфа :
Нефтегазовое дело, 2010. – 506 с.
4 Хасанов А.Р. Автоматизация мониторинга и прогнозирования
остаточного ресурса стареющего оборудования с использованием обобщенных
показателей: автореф. дис… канд.техн.наук. —Челябинск, 2007. — 22 с.
5 Thorsen V. and Dalva M.: Condition Monitoring Methods, Failure
Identification and Analysis for High Voltage Motors in Petrochemical Industry: Proc
8a 1EE Int Conf, EMD’97, University of Cambridge.- No 444. - p. 109–113.
6 Kliman G. B. and Stein J.: Induction Motor Fault Detection Via Passive
Current Monitoring, Proc Int Conf (ICEM’90), MIT, Boston, USA, 1990. - p. 13–17.
7 Thomson W. T., Chalmers S. J. and Rankin D.: On-line Current Monitoring
and Fault Diagnosis in High Voltage Induction Motors - Case Histories and Cost
Savings in Offshore Installations, Offshore Europe ’87, Conf Proc SPE September
1987, Aberdeen, SPE 16577/1 - SPE 16577/10.
8 Randy R. Schoen, Thomas G. Habetler, Farrukh Kamran, Robert G. Barthel.
Motor Bearing Damage Detection Using Stator Current Monitoring IEEE
TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS. - V. 31. - NO 6. November/December 1995.
9 William T.Thomson, Mark Fenger Current Signature Analysis to Detect
Induction Motor Faults IEEE Industry Application Magazine. - July/August 2001.
10 Петухов, В.С. Диагностика состояния электродвигателей на основе
спектрального анализа потребляемого тока // Новости Электротехники. - №
1(31). - 2005. - С. 23.
11 Миронова И.С. Разработка интегральных критериев и системы
управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных
агрегатов: автореф. дис... канд.техн.наук. —Уфа, 2013. — 11 с.
74
УДК 550.832.6
А.И. Филиппов1), О.В. Ахметова1), А.С. Родионов1), К.В. Олефиренко2)
ВЛИЯНИЕ ВЯЗКОСТИ НА ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПОЛЯ
ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА ГАЗА В СКВАЖИНЕ
1)
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
2)
Филиал ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный университет»
г. Стерлитамаке, Россия
При расчетах температурных полей в скважинах часто пренебрегают
зависимостью вязкости от температуры. Это предположение существенно
упрощает математическую модель, позволяя линеаризовать входящие в нее
дифференциальные уравнения. Ценой этих упрощений является необходимость
оценки погрешностей расчетов, вызванных этими упрощениями.
Оценим погрешность расчетов температуры, возникающую при
пренебрежении зависимостью вязкости от температуры на примере задачи о
температурном поле турбулентного газового потока [1]. Вязкость газов
увеличивается с увеличением температуры (у жидкостей она уменьшается при
увеличении температуры).
Из анализа решения в нулевом приближении, приведенного в [1], следует,
что асимптотически осредненные по сечению скважины значения температуры
вообще не зависят от вязкости среды. Влияние вязкости проявляется только в
первом приближении и поэтому оказывает влияние на радиальные профили
температуры в скважине.
Рассмотрим влияние вязкости на радиальные профили турбулентного
потока метана со средней температурой 300 К в скважине. Расчеты показывают,
что диапазон изменения температуры по сечению составляет величину около
15 К. При течении газа при температуре θ = 300 К вязкость при нормальных
условиях µ = 11.2 ⋅ 10 −6 Па·с, а при температуре θ = 315 К – 11.5·10-6 Па·с [2].
На рисунке 3
представлены радиальные распределения перепада
температуры в газовой скважине, рассчитанные для разных значений
температуры газового потока и, как следствие, вязкости по формулам,
приведенным в [1]. Из рисунка следует, что указанное изменение вязкости
приводит к увеличению перепада температуры между стенкой и центром
скважины примерно на 1 К.
Изменение радиального распределения температуры при изменении
вязкости можно объяснить зависимостью профиля скорости от вязкости при
турбулентном режиме течения, а именно его выравниванием при уменьшении
вязкости (рисунки 1, 2). Таким образом, при меньшем коэффициенте вязкости
можно наблюдать более интенсивный теплообмен потока метана в скважине с
75
окружающей трубу средой.
средой Как следствие, происходит уменьшение перепада
температуры между центром и стенкой скважины.
Увеличение вязкости,
вязкости напротив,
напротив ведет к увеличению разности скорости в
центре и на стенке, что, в свою очередь, снижает интенсивность теплообмена
газового потока. Следовательно,
Следовательно в этом случае перепад температуры будет
увеличиваться.
Рисунок 1 – Турбулентный профиль скорости
потока метана при
дебите 200 т/сут
Рисунок 2 – Зависимость Рисунок 3 – Радиальные
разности скоростей при профили температуры и
значениях вязкости от разной вязкости:
вязкости 1 −
−
6
расстояния
до
оси 11.2 ⋅10 Па·с,
Па с 2 − 11.5·
-6
скважины
10 Па·с.
Как следует из рисунка 3, вклад влияния зависимости вязкости от
температуры в рассмотренном случае составляет 1 К (8% относительно перепада
температуры).
Приведенные оценки показывают,
показывают что в большинстве практически важных
случаев зависимостью вязкости от температуры при расчетах температурных
полей в скважинах можно пренебречь.
пренебречь
Список литературы
1
Филиппов А.И
А.И., Ахметова О.В., Олефиренко К.В. Расчет
асимптотически осредненного температурного поля турбулентного газового
потока в вертикальной скважине // Нефтегазовое дело.– 2013. - №11– 4. – С.
150–157.
Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и
2
жидкостей / Н.Б. Варгафтик.
Варгафтик – М.: Наука, 1972. – 720 с.
76
УДК 62.831
Л.Г. Хуснутдинова, У.Ф. Юмагузин
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА
ГАРМОНИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Недостаточно высокая степень надежности оборудования и низкий
уровень технического обслуживания приводят к авариям, нарушениям
технологического процесса, увеличению затрат на восстановление и ремонт,
снижению качества выпускаемой продукции и ряду других негативных
последствий [1].
Современные системы диагностирования достаточно совершенны с
технической
точки
зрения,
однако
интерпретация
результатов
диагностирования по-прежнему остается серьезной проблемой. В этих
условиях возрастает необходимость в повышении роли методов оценки
технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса, а также в
научных разработках, направленных на решение задач, связанных с
совершенствованием этих методов [2].
Особый интерес представляет проблема прогнозирования технического
состояния по результатам диагностики оборудования в процессе эксплуатации.
Если результаты обработки диагностических данных показывают, что объект
приближается к аварийной ситуации, должно быть принято решение о
прекращении его эксплуатации или о переходе на облегченный режим
эксплуатации.
Процессы, перспективы которых необходимо предсказывать, чаще всего
описываются временными рядами, то есть последовательностью значений
некоторых величин, полученных в определенные моменты времени. Временной
ряд включает в себя два обязательных элемента – отметку времени и значение
показателя ряда – параметра, полученного с помощью метода диагностики [3].
В качестве основного метода диагностики электродвигателей широко
используется вибродиагностика. Методы вибрационной диагностики обладают
хорошей
диагностической
информативностью, однако данный метод
диагностики имеет ряд недостатков:
- особые требования к способу крепления датчика вибрации;
- зависимость параметров вибрации от большого количества факторов;
- сложность выделения вибрационного сигнала, обусловленного
наличием неисправности;
- точность диагностирования в большинстве случаев зависит от числа
сглаженных (осреднённых) параметров;
77
- реализуется только с непосредственным доступом к электродвигателю,
т.е. не обеспечивает дистанционного диагностирования.
На сегодняшний день развитие находит спектральный анализ
гармонического состава токов и напряжений электродвигателя. Наряду с
вибрационным методом его преимуществом является возможность обнаружить
не только механические, но и электрические повреждения. Также анализ на
основе спектра токов и напряжений определяет возможность выявлять
нарушения качества сети, их влияние на характер повреждений, имеется
возможность дистанционного диагностирования.
Таким образом, для оценки и прогнозирования остаточного ресурса
электрооборудования в составе сложных технических комплексов в качестве
показателя ряда целесообразно использовать интегральный диагностический
параметр поврежденности D∑, который основан на анализе гармонического
состава токов и напряжений двигателя электропривода [4]. Данный параметр
формируется искусственной нейронной сетью с использованием программного
комплекса «Оценка технического состояния электрооборудования на основе
интегральных параметров» (Свидетельство о государственной регистрации
программы для ЭВМ № 2012615158) [5]. Методика измерения D∑ основана на
патенте №2431152. Способ диагностики механизмов и систем с электрическим
приводом (авторы Кузеев И.Р., Баширов М.Г., Прахов И.В., Баширова Э.М.,
Самородов А.В.) [6].
Основными методами и моделям прогнозирования являются
регрессионные, авторегрессионные (ARIMA), экспоненциального сглаживания,
нейросетевые.
На сегодняшний день наиболее распространенными моделями
прогнозирования являются авторегрессионные модели (ARIMA), а также
нейросетевые модели (ANN). Их применение позволит предвидеть значения
параметров электрооборудования в будущем, предсказать возможное развитие
повреждений и оценить остаточный ресурс. Использование в работе [8] модели
ARIMAX для прогнозирования технического состояния показало высокую
достоверность прогноза [9].
Математическое описание модели ARIMAX представляется формулой
p
q
X t = α t + ∑ φi ⋅ ν t −i − ∑ θi ⋅ α t −i + β1 ⋅ Z t +β 2 ⋅ Yt ,
i =1
(1)
i =1
где Хt – прогнозное значение; p, q – целые числа, задающие порядок модели;
αt, t–1 –последовательность независимых и одинаково распределенных
случайных величин; ϕi – авторегрессионный коэффициент; θi – коэффициент
скользящего среднего; β1, β1 – коэффициенты регрессоров; Zt, Yt – значения
регрессоров.
Список литературы
1
Ситчихина М.В. Разработка моделей и программных средств
прогнозирования остаточного ресурса оборудования: автореф. дис…. канд.
техн. наук. — Иркутск, 2010. — 23 с.
78
2
Белкин А.П. Моделирование вибросостояния и прогнозирование
остаточного ресурса электродвигателей магистральных насосных агрегатов:
автореф. дис…. канд. техн. наук. — Уфа, 2010. — 24 с.
Бокс Дж., Дженкинс Г.М. Анализ временных рядов, прогноз и
3
управление. − М.: Мир, 1974. 406 с.
4
Миронова И.С. Разработка интегральных критериев и системы
управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных
агрегатов: автореф. дис…. канд. техн. наук. — Уфа, 2013. — 24 с.
Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ
5
№ 2012615158. Оценка технического состояния электрооборудования на основе
интегральных параметров / М. Г. Баширов, И. С. Миронова, У.Ф. Юмагузин, В.
Г. Акчулпанов (Россия). №2012615158; Заявл. 10.04.2012, №2012612700.
Опубл.08.06.2012.
Пат. 2431152 Российская Федерация, МПК G 01 R 31/34 Способ
6
диагностики механизмов и систем с электрическим приводом/ Кузеев И.Р.,
Баширов М.Г., Прахов И.В., Баширова Э.М., Самородов А.В.; ГОУ ВПО
«Уфимский государственный нефтяной технический университет». - №
2009143292/28; Заявл. 23.11.2009; Опубл. 10.10.2011, Бюл. №28.
Чучуева И.А. Модель прогнозирования временных рядов по
7
выборке максимального подобия : автореф. дис…. канд. техн. наук. — М., 2012.
— 16 с.
8
Наумов А. Е. Автоматизированная система прогнозирования
остаточного ресурса контактных соединений электрических сетей в условиях
ограниченного объема диагностической информации : автореф. дис…. канд.
техн. наук. — Тверь, 2009. — 16 с.
9
Юмагузин
У.Ф.
Прогнозирование
остаточного
ресурса
оборудования предприятий нефтегазовой отрасли // Фундаментальные
исследования. — 2014. — № 3 (часть 2). — С. 277-280.
УДК 621.316.925
А.А. Ляпаев
ЗЕМЛЯНЫЕ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ С УЧЕТОМ
ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ ДУГОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
В работе представлены варианты защиты электрооборудования 6-35 кВ в
сетях с изолированной или компенсированной нейтралью от однофазных
замыканий на землю с учетом перемежающихся дуговых замыканий.
Характер заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ влияет на переходные
процессы, установившиеся режимы и надежность электроснабжения при
однофазных замыканиях на землю. Эти сети в России в зависимости от
79
установившегося значения емкостного тока замыкания на землю выполняются
либо изолированной, либо с компенсированной нейтралью [1].
Генераторные распредустройства тепловых электростанций (ТЭС) и
распределительные
сети
6–35
кВ
имеют
изолированную
или
компенсированную нейтраль. Общим для этих режимов нейтрали является то,
что ток замыкания на землю мал. Его величина составляет от единиц до
нескольких десятков ампер. В таких сетях большинство замыканий на землю
являются не устойчивыми, а перемежающимися дуговыми замыканиями (ПДЗ).
ПДЗ – замыкание, при котором поврежденная фаза подключается к земле
через сопротивление дуги, а затем через непродолжительное время,
находящееся в пределах от долей до десятков миллисекунд, отключается от
земли. Такое чередование пробоев и погасаний может продолжаться очень
долго, до 30 минут и более. В настоящее время повсюду имеются регистраторы
аварийных процессов, поэтому каждое предприятие может убедиться в
справедливости
вышеизложенного.
Для
этого
нужно
посмотреть
осциллограммы
фазных
напряжений
или
напряжения
нулевой
последовательности, имеющие место после пуска регистратора по факту
замыкания на землю.
ПДЗ значительно опаснее, чем металлическое замыкание, как тем, что
оно вызывает повреждение оборудования, в котором возникла дуга, так и
перенапряжениями, которые она инициирует. Поэтому для всех земляных
защит должно быть обязательным требование селективной работы при ПДЗ.
Это требование предполагает, что защита не должна срабатывать при
внешнем ПДЗ, но должна срабатывать с минимальным временем при
внутреннем ПДЗ.
При ПДЗ напряжение и токи нулевой последовательности являются
несинусоидальными величинами, которые содержат гармоники с частотами от
единиц до тысяч герц. Поэтому реагирующий орган любой защиты при ПДЗ
может вести себя не так, как при устойчивом замыкании. В частности, он может
не срабатывать в течение всего времени, пока замыкание происходит через
перемежающуюся дугу.
Если ПДЗ имеет место в компенсированной сети, то важнейшее влияние
на этот процесс оказывает величина расстройки компенсации. В зависимости от
перечисленных факторов напряжение пробоя дугового промежутка может быть
различным, кроме того, оно может изменяться от пробоя к пробою
произвольным образом. Также произвольно может изменяться длительность
токовой паузы, т. е. время от момента очередного пробоя до момента
очередного погасания дуги. Дуга может погасать при одном из прохождений
через ноль свободной составляющей тока замыкания либо при одном из
прохождений через ноль вынужденной составляющей. Результатом
многообразия процесса горения дуги является многообразие токов и
напряжения нулевой последовательности, которые определяют поведение
защиты при ПДЗ.
80
ООО «НПП «Экра»
Экра» уже значительное время также использует принцип
наложения тока 25 Гц для защиты генераторов. Как указывалось выше,
принцип наложения тока 25 Гц очень хорошо совмещается с ПДЗ. Но для
правильной работы защиты необходимо, чтобы данная совместимость
поддерживалась схемой частотно-избирательного
частотно
органа. Достаточно одного
органа
некорректного схемного решения (амплитудно-частотная
частотная характеристика,
характеристика
динамический диапазон, постоянная времени фильтра, сглаживающего
пульсации после выпрямления
прямления сигнала 25 Гц) - и защита при ПДЗ будет
работать неправильно
неправильно, а при устойчивом замыкании она будет работать без
изменений.
Показательным примером того, насколько эффективным может быть
ответственный
подход
к
перемежающимся
замыкания
замыканиям,
является
использование на Курганской ТЭЦ защиты от замыканий на землю
компенсированных сетей 6–35
6
кВ. В ГРУ 10 кВ этой ТЭЦ, как,
как впрочем, и во
многих других сетях 6–10
10 кВ,
кВ уровень изоляции кабелей – невысокий, из-за
чего была типичной следующая ситуация. В кабеле возникает замыкание на
землю. Пока вручную отключается поврежденная линия
линия, замыкание на землю
переходит в междуфазное или двойное КЗ. Ситуация осложнялась тем, что ток
КЗ на этой ТЭЦ близок к предельному току линейных выключателей.
выключателей Когда
линейный выключатель не справлялся с током КЗ, происходил пожар в ГРУ. По
этой причине руководство Курганской ТЭЦ обратилось
сь с просьбой сделать
земляную защиту кабельных линий с действием на отключение с минимально
возможным временем срабатывания
срабатывания.
За период с 2002 по 2006 годы произошло примерно 40 замыканий на
землю, во всех случаях защита работала правильно, предотвращая тем самым
короткие замыкания.
С помощью устройства,
устройства схема которого представлена на рисунке 1,
можно проверять защиты линий и высоковольтных электродвигателей,
электродвигателей а также
генераторные защиты
защиты, реагирующие на ток 50 Гц, на высшие гармоники и
наложенные токи непромышленной частоты. Устройство включает в себя
модель компенсированной сети и модель дугового промежутка (МДП).
МДП
Рисунок 1 – Схема устройства для проверки земляных защит при ПДЗ
81
Список литературы
1 Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения:
учебник для вузов / В.А. Андреев. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк. –
2006. – С. 272.
2 Вайнштейн Р.А. О гармоническом составе токов нулевой
последовательности в сетях с компенсацией емкостных токов при замыканиях
на землю через перемежающуюся дугу / Р.А. Вайнштейн, С.И. Головко //
Известия вузов. Энергетика. – 1978. – № 12.
3 Вайнштейн Р.А. Физическое моделирование электрических процессов,
вызываемых перемежающимися дуговыми замыканиями / Р.А. Вайнштейн,
С.И. Головко // Известия вузов. Энергетика. – 1978. – № 10.
4 Головко С.И. Земляные защиты электрооборудования 6–35 кВ. Вновь о
перемежающихся дуговых замыканиях / С.И. Головко // Новости
электротехники. – 2012. – № 77.
5 Головко С.И. Земляные защиты электрооборудования 6–35 кВ. Учет
перемежающихся дуговых замыканий / С.И. Головко // Новости
электротехники. – 2012. – № 74.
6 Головко С.И. Условия селективной работы защит с наложением
контрольного тока при перемежающихся дуговых замыканиях / С.И. Головко,
Р.А. Вайнштейн, В.Н. Албул // Известия вузов. Энергетика. – 1988. – № 7.
УДК 621.311
А.С. Давыдов, Р.Г. Вильданов
ВЛИЯНИЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК
НА КОМПЕНСАЦИЮ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Актуальной задачей современной электроэнергетики является снижение
потерь электрической мощности и электроэнергии в электрических сетях до
экономически обоснованного уровня.
Эффективным
средством
повышения
технико-экономических
показателей электрических систем является
автоматизация компенсации
реактивной мощности.
Автоматизация конденсаторных установок дает возможность:
- повышения коэффициента мощности до требуемой величины;
- уменьшения потерь электроэнергии в элементах сети электроснабжения;
- регулирования напряжения в различных точках сети;
- повышения качества электроэнергии.
Под термином «компенсирующие устройства» в настоящее время
подразумевается очень широкий класс технических средств, различающихся по
82
структуре, принципу работы и составу оборудования. Условно их можно
разделить на две большие группы.
Авторами
рассмотрена компенсация реактивной мощности
с
учетом влияния высших гармоник. Конденсаторы особо чувствительны к
гармоническим составляющим питающего напряжения в силу того, что
емкостное реактивное сопротивление уменьшается при увеличении частоты. На
практике это означает, что относительно малый процент гармонических
напряжений может вызывать протекание значительного тока в цепи
конденсаторов.
Кроме того, в батареях конденсаторов гармоники тока также приводят к
добавочным потерям энергии. Вследствие этого происходит дополнительный
нагрев конденсатора, который может привести к выходу последнего из строя.
Также возможно повреждение конденсатора при возникновении гармонических
резонансов в сети.
Для установления влияния высших гармоник на компенсацию реактивной
мощности была разработана модель в MATLAB. Модель содержит две секции,
работающие раздельно, к которым подключены одинаковые электрические
нагрузки, на одной дополнительно имеется источник гармоник. Моделирование
должно показать степень влияния высших гармоник на КРМ.
Возможным решением проблемы влияния гармоник на КРМ может быть:
-параллельно подсоединенные фильтр или реакторы для подавления
гармоник;
-активные силовые фильтры.
Выводы:
1) автоматизация конденсаторных установок дает возможность
уменьшить потери электроэнергии;
2) зашумленность электрических сетей высшими
гармониками
оказывает пагубное влияние на конденсаторы.
.
1
Корнилов Г.П. Компенсирующие устройства в системах
промышленного электроснабжения: монография / Карандаев А.С., Николаев
А.А., Шеметов А.Н., Храмшин Т.Р., Храмшин В.Р., Медведев А.Г. –
Магнатогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2012. – 235с.
83
УДК 621.31
А.С. Хисматуллин, Е.А. Фадеев, Р.А. Камалетдинов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПЕРЕНОСА
В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ МАСЛЯНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
С ЭЛЕГАЗОВЫМИ ПУЗЫРЬКАМИ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
В природе и технике большую роль играют процессы переноса,
возникающие при колебательном относительном смещении областей сплошных
сред [1]. Процессы переноса при этом ускоряются за счет трансцилляторной
составляющей, механизм и теория которой описаны в работе [2]. Примерами
структур, в которых проявляются процессы трансцилляторного переноса,
являются среды с конвективно-ячеистой структурой. При этом ячейки могут
быть неподвижными относительно друг друга, как в случае естественной
конвекции, волноподобно движущимися, как при всплывании газовых
пузырьков в жидкости, или хаотическими, как при турбулентном движении
флюида. Конвективные ячейки имеют замкнутую гидродинамическую
структуру, поэтому осредненная по каждой ячейке результирующая
конвективная составляющая переноса массы равна нулю. Однако для большого
количества ячеек за счет их взаимодействия возникает трансцилляторный
перенос, закономерности которого до настоящего времени не изучены.
Целью данной работы является экспериментальное исследование
коэффициента теплопереноса, возникающего за счет всплывания пузырьков
элегаза в трансформаторном масле, позволяющего осуществлять контроль и
обработку измерений с помощью IBM PC. Новизна идеи состоит в том, что
явления переноса в жидких средах с пузырьками описываются в данной работе
на основе трансциляторной модели. Кроме того, учитывается прямая связь
между коэффициентами переноса, которая позволяет использовать измерения
коэффициента диффузии на основе определения теплопроводности.
Структурная схема и принцип взаимодействия функциональных блоков
системы элегазового охлаждения масляного трансформатора изображены на
рисунке 1. Основной идеей является то, что теплосъем с нагревающегося масла
в трансформаторе будет осуществляться за счёт циркуляции барботируемого
элегаза через пространство, заполненное маслом, и последующего его
охлаждения в радиаторе. Газ перекачивается при помощи компрессора, обратно
подается с помощью такого же компрессора и через распределитель попадает в
рабочую область.
Создана экспериментальная установка для исследования коэффициента
теплопереноса на новой модели. С помощью созданной установки проведены
измерения температуры в зависимости от времени при следующих условиях:
84
1) нагрев на поверхности резервуара при постоянной температуре без
пузырьков;
2) нагрев при пропускании пузырьков.
Рисунок 1 − Система охлаждения трансформатора
Нами создана интерпретационная модель, позволяющая с помощью ЭВМ
определять коэффициенты температуропроводности по кривым зависимости
температуры от времени.
Созданная установка является оригинальной и может найти широкое
применение в энергетической промышленности, химической технологии и
научных исследованиях.
Список литературы
1 Нигматулин Р.И., Филиппов А.И., Ахатов И.Ш., Ниязгулов С.А.
Уравнения с периодическими коэффициентами и теория хаоса // Статика и
динамика упорядоченных сред: межвуз. науч. сб.– Уфа,: БГУ, 1994. - С.81–93.
2 Хисматуллин А.С. Исследование теплопереноса в жидкости с газовыми
пузырьками. – Saarbrucken, Germany: Изд-во: LAP LAMBERT Academic
Publishing GmbH Co. KG, 2011. – С. 132.
85
УДК 621.311
Э.М. Баширова, И.С. Миронова, А.О. Спиридонов, А.Р. Хакимов
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ
СОСТОЯНИЕМ МАШИННЫХ АГРЕГАТОВ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
На предприятиях нефтегазовой отрасли, ввиду высокой опасности
обращающихся в технологических циклах веществ, отказ машинных агрегатов
может привести к созданию аварийных ситуаций, сопровождающихся
значительным экономическим ущербом. В этой связи разработка системы
управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных
агрегатов, позволяющих предотвратить аварийные ситуации, является
актуальной задачей. Для решения этой задачи необходимо использовать
интегральные
параметры,
позволяющие
идентифицировать
текущее
техническое состояние машинных агрегатов и осуществлять ранжирование
агрегатов по техническому состоянию, рискам и затратам на обеспечение
эксплуатационной надежности. На первой ступени ранжирования
осуществляется диагностирование (структурная схема программно-аппаратного
комплекса представлена на рисунке 1) и искусственной нейронной сетью
формируется интегральный критерий с использованием программного
обеспечения «Оценка технического состояния электрооборудования на основе
интегральных параметров» (Свидетельство о государственной регистрации
программы для ЭВМ № 2012615158), «Программа оценки технического
состояния машинных агрегатов с электрическим приводом» (№ 2013618055) и
«Оценка технического состояния машинных агрегатов с электрическим
приводом» (№ 2014614081).
Рисунок 1 – Структурная схема программно-аппаратного комплекса
86
На второй ступени проводится ранжирование машинных агрегатов с
одинаковым значением интегрального критерия с использованием значений
величины риска при отказе агрегата и затрат на обеспечение эксплуатационной
надежности.
На рисунке 2 показана структура автоматизированной
томатизированной системы
управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных
агрегатов, разработанная на базе существующих на конкретном предприятии
автоматизированных
информационно-измерительных
информационно измерительных
коммерческих
и
технических систем контро
контроля и учета энергоресурсов и системы
диспетчерского контроля и управления «Нева».
Рисунок 2 – Структура автоматизированной системы управления
техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных агрегатов
Разработанная автоматизированная система управления техническим
состоянием
и
безопасностью
эксплуатации
машинных
агрегатов
технологических установок нефтегазовых производств позволяет формировать
рекомендации о сроках и приоритете обслуживания агрегатов.
.
1 Бахтизин Р
Р. Н
Н. Разработка системы автоматизированного управления
техническим состоянием технологического оборудования нефтегазовых
производств / Р. Н
Н. Бахтизин,
Бахтизин Э. М. Баширова, И. С. Миронова // Транспорт и
хранение нефтепродуктов и ууглеводородного сырья. – 2011. – № 4. – С 27 - 31.
87
УДК 621.311
М.Г. Баширов, И.С.
И.С Миронова, В.Г. Костернов
Костернов, Я.Г. Асташенков
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ МАШИННЫХ АГРЕГАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный неф
нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Сложность и высокая степень опасности технологических процессов в
нефтегазовой отрасли требует формирования единого подхода к созданию
систем превентивного и оперативного управления безопасностью эксплуатации
машинных агрегатов
агрегатов, т.к. их отказ может привести к созданию аварийных
ситуаций, сопровождающихся значительным экономическим и экологическим
ущербом. В этой связи разработка системы мониторинга и управления
техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных агрегатов,
позволяющей предотвратить аварийные ситуации, является актуальной задачей.
Для мониторинга наиболее адаптированы современные SCADA-системы,
SCADA
содержащие функции автоматизированного управления
вления предприятием (АСУП),
например отечественная SCADA-система
SCADA
TRACE MODE 6. В качестве
интегрального параметра, характеризующего техническое состояние агрегата,
используется Фурье-образ
образ, формируемый высшими гармоническими
составляющими токов и напряжений. Примеры лепестковых диаграмм,
отражающих взаимосвязь технического состояния машинного агрегата со
значениями диагностических параметров – коэффициентов 3, 5, 7, 9 и 11
гармонических составляющих токов KIn, температуры изоляции обмотки
статора электродвигателя
гателя Тизол, температуры подшипников агрегата Тподш при
различных повреждениях представлены на рисунке 1. Изношенность
подшипника соответствует состояниям «Неисправное»
Неисправное (поврежденность
поврежденность Dm =
87 %) (рисунок 1, аа) и «Предельное
Предельное» (Dm = 100 %) (рисунок
рисунок 1, б).
б
а))
б)
Рисунок 1 – Диаграммы взаимосвязи технического состояния насосного
агрегата К80-50-200
200 и значений диагностических параметров
88
Интегральный параметр формируется искусственной нейронной сетью с
использованием программного обеспечения «Оценка технического состояния
электрооборудования на основе интегральных параметров» (Свидетельство о
государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615158),
«Программа оценки технического состояния машинных агрегатов с
электрическим приводом» (Свидетельство о государственной регистрации
программы для ЭВМ № 2013618055) и «Оценка технического состояния
машинных агрегатов с электрическим приводом» (Свидетельство о
государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014614081).
Совокупность нормированных значений диагностических параметров
анализируется искусственной нейронной сетью 1, которая выдает результат –
код режима работы и поврежденности элементов машинного агрегата Dm:
Dm = F(KInA , K UnA ,ϕui(n)A , K InB , K UnB ,ϕui(n)B , K InC , K UnC ,ϕui(n)C , Tподш , Tизол ) =
5
= f(∑ ( w I(2n+1)A K I(2n+1)A + w U(2n+1)A K U(2n+1)A + w ui(2n +1)Aϕ ui(2n+1)A + w I(2n+1)B K I(2n+1)B +
n =1
+ w U(2n+1)B K U(2n+1)B + w ui(2n+1)Bϕ ui(2n+1)B + w I(2n+1)C K I(2n+1)C + w U(2n+1)C K U(2n+1)C +
8
+ w ui(2n +1)Cϕ ui(2n+1)C ) + ∑ w p подш Tp подш + w изол Tизол ),
(1)
p=4
где w – весовые коэффициенты нейронной сети для соответствующих
диагностических параметров; m =17 – количество выходов нейронной сети 1;
p – число подшипников агрегата.
Совокупность значений показателей Dm анализируется искусственной
нейронной сетью 2, которая выдает результат – значение интегрального
диагностического параметра поврежденности машинного агрегата в целом D∑:
17
D Σ = F( ∑ w m D m ).
(2)
m =1
Значения интегрального диагностического параметра D∑ по аналогии с
методом вибродиагностики подразделяются на три уровня поврежденности
агрегата: «Повреждение не обнаружено», «Повреждение обнаружено»,
«Обнаружено критическое повреждение». За 100% уровень поврежденности
агрегата («Обнаружено критическое повреждение»), согласно ГОСТ 27.002-89,
принято состояние, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима.
.
1 Миронова И. С. Интегральные параметры для оценки технического
состояния двигателей электропривода машинных агрегатов нефтегазовых
производств / И.С. Миронова, М.Г. Баширов, Э.Ф. Касимова // Современные
проблемы науки и образования: электронный научный журнал. – 2011. – № 3. –
URL: http://www.science-education.ru/97-4667.
89
УДК 321.3.08
К.Е. Авдеева, Р.Г. Вильданов
ПРИМЕНЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ДЕФЕКТОВ
ОБОЛОЧКОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет», г. Салавате, Россия
В задачах неразрушающего контроля очевидное применение нейронных
сетей – это распознавание дефектов по сигналам прибора неразрушающего
контроля, в нашем случае сигналы получаем с помощью датчиков потерь
перемагничивания.
Для оценки поврежденности и напряженно-деформированного состояния
оболочковых
металлоконструкций
разработан
датчик
потерь
перемагничивания.
Датчик создает в контролируемом изделии переменное магнитное поле и
представляет собой приставной электромагнит с двумя полюсами и двумя
обмотками: возбуждения и измерительной.
Для построения системы распознавания дефектов на базе искусственных
нейронных сетей были проведены ряд экспериментов: пластина с дефектом
сплошности; непровар сварных соединений; пластина с одиночным дефектом,
газовые включения; пластина с коррозией металла. Методика экспериментов
заключалась в следующем. По стальной пластине проводили датчиком потерь
перемагничивания. Регистрацию сигналов проводили с помощью мультиметра,
замеры фиксировали на большом диапазоне частот от 50 Гц до 20 кГц. Было
проведено более 90 экспериментальных измерений.
Таким образом, целью данной работы является определение возможности
применения нейронных сетей для распознавания дефектов в металлических
конструкциях.
Для построения распознавания дефектов на базе искусственных
нейронных сетей было проведено ряд экспериментов, которые помогут в
дальнейшем создать обучающую выборку для нейронной сети. Для
эксперимента были разработаны металлические пластины с искусственно
созданными дефектами: дефект сплошности; непровар сварных соединений;
одиночный дефект, раковинный, газовые включения; коррозия металлов.
Экспериментальная установка состоит из генератора сигналов ГУ-34 и
многофункционального электроизмерительного прибора DT890 и прибора для
измерения частоты Щ3-34. Датчик поочередно устанавливался на пластину
над каждым дефектом. Затем производится запись показаний.
Для
классификации
входных
данных
параметров
потерь
перемагничивания предложена нейронная сеть LVQ (Learning Vector
Quantization). LVQ-cеть имеет 2 слоя: конкурирующий и линейный.
Конкурирующий слой выполняет кластеризацию векторов, а линейный слой
90
соотносит кластеры с целевыми классами, заданными пользователем.
Используемая в работе сеть имела 4 нейрона в конкурирующем слое и 3
нейрона в выходном слое, что соответствует трём типам распознаваемых
сигналов. Количество нейронов конкурирующего слоя выбиралось методом
подбора и при их числе равном 4, нейронная сеть имеет минимальную ошибку
обучения, а дальнейшее увеличение количества нейронов не приводило
повышению качества работы сети. Создание и обучение нейронной сети
проводили с применением лицензионного пакета MATLAB.
Создание нейронной сети подразумевает прохождение некоторых
этапов. Нейронная сеть может обучаться по одному из двух алгоритмов
обучения: тренировка и адаптация. В случае адаптации входные вектора
предоставляются нейронной сети в порядке их представленном пользователем
(учителем), а в случае тренировки – случайным образом.
Таким образом, алгоритм построения программы для обучения
нейронной сети можно представить следующим образом.
Рисунок 1- Алгоритм создания и обучения нейронной сети
Указанная нейронная сеть относится к классу сетей, обучение которых
производится при помощи учителя. Поэтому полученные экспериментальные
данные были разделены на 2 группы. Первая использовалась для создания и
обучения нейронной сети, вторая – для проверки её работоспособности.
Обучение нейронной сети прекратилось через 28 циклов, а ошибка
обучения была равна нулю. Обучающий вектор был распознан без ошибок.
После неоднократных проверок нейронной сети было выявлено, что сеть
работает корректно. Так же было построено несколько подобных сетей для
распознавания других дефектов.
Полученные результаты открывают широкие возможности для
исследований, состояния материала при механическом нагружении.
Проведённые предварительные эксперименты показывают принципиальную
возможность определения по сигналам датчика потерь перемагничивания с
помощью нейронных сетей состояние материала подверженного механическим
нагрузкам.
91
ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ
УДК 550.832.6
А.И. Филиппов1, О.В. Ахметова2, А.А. Ковальский1
РЕШЕНИЕ АСИМПТОТИЧЕСКИ ОСРЕДНЕННОЙ ПО ТОЛЩИНЕ
ПЛАСТА ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАДАЧИ ПРИ КОЛЕБАТЕЛЬНОМ
ДВИЖЕНИИ ФЛЮИДА С ИСТОЧНИКАМИ ТЕПЛА В ПРЕДЕЛЬНОМ
СЛУЧАЕ
1)
Филиал Башкирского государственного университета в г. Стерлитамаке,
Россия
2)
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате, Россия
Рассмотрим задачу об изменении температуры флюида при
колебательном движении в пористой среде с учетом действия источников тепла
( , ). Пусть горизонтальный пласт представлен в виде трех
полубесконечных областей (см. рисунок 1), с плоскими границами раздела,
перпендикулярными оси
( = ±ℎ). Первая (I) и вторая (II) области
непроницаемы; средняя область толщины 2h, расположенная горизонтально,
является пористой и насыщена парафинистой нефтью. Будем рассматривать
случай радиального колебательного движения парафинистой нефти в средней
области −ℎ <
< ℎ. При описании температурной задачи примем, что
температура нефти, парафина и скелета пористой среды в каждой точке
совпадают, отлична от нуля только радиальная координата скорости
конвективного переноса тепла, т.е.
= ≠ 0,
= 0, = 0.
Рисунок 1 – Геометрия задачи
Асимптотически осредненная по толщине центрального пласта
математическая
постановка
задачи
представляется
уравнением
теплопроводности для областей I и II , а для средней области – уравнением
баротермического эффекта с источником тепла
( , ). В предположении
осевой симметрии, после обезразмеривания с применением соотношений
92
=
# =
(#
ℎ
#=
,Λ =
,
=
− # − (Γ − Γ)ℎ + Γ
#
# −# +Γ
#
,
, =
ℎ
,# =
=
(#
+
(
(#
= 01 2
2 (
(#
−
(
(#
−
(
)* ( , )
3
−
(#
−
(
(#
1
2
(
(#
ℎ
,
=
,
п
=
н
,
− # − (Γ−Γ )ℎ + Γ
#
,
получим следующую постановку:
'(#)
, =
=
,
=
=
,
,
1(
(#
,
- − .( , ) =
(
(
5 , | | < 1, > 0,
34
∗
> 0,
1(
(#
( #
= 0, > 1, > 0, > 0,
,
-−
(
(
(
1(
(#
,
-−
(
(
1〈#〉; = # |
( #
= 0, < −1, > 0, > 0,
(
= 1# |
3
34
,
( )
@| |→B
.( , ) = −
)* (
, ) ∙ E)*
=
#
ℎ
,
(1)
(2)
(3)
(4)
1# |<3 = # |<3 = 1〈#〉; |<3 = 0,
=>? #C
=
,
(5)
= 0,
(6)
(
(
+ F)*
+ ( , ).
(
(
(7)
С применением «в среднем точного» асимптотического метода получено
решение задачи (1) – (7) для предельного случая [1], когда можно пренебречь
радиальной теплопроводностью для I и II областей и следами производных из
этих областей в сравнении с конвективным членом для уравнения (1).
<
<
#( , , )=I
H( )
Φ(#) − Φ(# ) =
−I ( ,
2
( − 1)exp ,
4PQ
R
−( − 1)
2 ( − N)
( − N)S
× # ( ) (T, N)Z [−
\
;] (<4^)
93
∗ )J ∗
(8)
,
B
I T ∙ UTV W−
4
_ JTJN, > 1,
+T
X×
( − N)
(9)
#( , ,
∗)
<
=I
( + 1)exp ,
4PQ
−( + 1)
4 ( − N)
B
I T ∙ UTV W−
+T
X×
4 ( − N)
(10)
( − N)S
T
× # ( ) (T, N)Z ,−
- JTJN, < −1
2 ( − N)
Полученное решение позволяет рассчитать температурное поле в
нефтеносном пласте при воздействии на него пороховым зарядом.
Обозначения:
Ф,
D
–
вспомогательные
функции;
a
–
коэффициент
2
температуропроводности, м /c; с – скорость звука, м/с; ср – удельная
теплоемкость, Дж/кг К; cж – объемная теплоемкость жидкости, Дж/(м3 К); сп –
объемная теплоемкость насыщенной пористой среды, Дж/(м3 К); f(r,t) –
функция источников тепла; φ(T) – тепловая функция фазового превращения
парафина; h – полутолщина пласта, м; k – проницаемость среды, м2, Да; m –
пористость; P – давление; Па, p – параметр преобразования Лапласа-Карсона;
Rс – радиус контура питания, м; r, z – цилиндрические координаты, r0 – радиус
скважины, м; s – парафинонасыщенность; T – абсолютная температура
(разность температур), К; – время, c; u – скорость конвективного переноса
тепла, м/с; α – коэффициент сжимаемости, Па-1; Г – геотермический градиент,
К/м; ε – формальный параметр асимптотического разложения; εэф –
коэффициент Джоуля – Томсона, К/Па; µ – вязкость парафинистой нефти,
Па ⋅ с ; γ, χ, κ, Λ, ν – константы; χ – коэффициент пьезопроводности, м2/c; λ –
коэффициент теплопроводности, Вт/(м·K); η – адиабатический коэффициент,
К/Па; µ – динамический коэффициент вязкости, Па·с; ρ – плотность, кг/м3.
Индексы: н – начальный; к – конечный; п – пористый; i – номер области; c –
контур (contour); d – размерный (dimension); ef – эффективный (effective); r, z –
направления. Штрих в обозначении соответствует переменной интегрирования
или функции, зависящей от нее. Математические обозначения – общепринятые.
R
.
1
Филиппов А. И., Михайлов П. Н., Филиппов К. А., Салихов Р. Ф.,
Ковальский А. А. Использование баротермического эффекта для нагрева
нефтяного пласта // Теплофизика высоких температур. - 2009. - №5. - Т.47. С.752 –764.
94
СОДЕРЖАНИЕ
НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА И НЕФТЕХИМИЯ
М.Г. Леонов, Д.Д. Хабибуллина, Н.Г. Евдокимова, С.А. Сорокин
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ ОАО «ГАЗПРОМ
НЕФТЕХИМ САЛАВАТ» В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ИГОЛЬЧАТОГО КОКСА
С. В. Усов
ВОЗМОЖНОСТИ МАЛОТОННАЖНОЙ НЕФТЕХИМИИ НА ОСНОВЕ
УСТАНОВКИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ МЕТАНОЛА НА
ГАЗОКОНДЕНСАТНОМ ПРОМЫСЛЕ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО
СЕВЕРА
И.Р. Хасанов, А. М. Кирюхин, Д. Н. Мунасыпов
ПОЛИМЕРИЗАЦИОННАЯ ОЧИСТКА ПЕНТАНИЗОПРЕНЦИКЛОПЕНТАДИЕНОВОЙ ФРАКЦИИ ОТ
НЕПРЕДЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА КАТАЛИЗАТОРАХ
РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
Е.О. Колышева, Н.Г. Евдокимова, Г.М. Гайнуллина
ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИМЕРНО-БИТУМНЫХ ВЯЖУЩИХ
А.Р. Назарова, Н.Г. Евдокимова
ТЕХНОЛОГИИ МОДИФИЦИРОВАНИЯ БИТУМОВ
ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРОЙ И ПОЛИСУЛЬФИДАМИ
Е.О. Колышева, Г.М. Гайнуллина, Н.Г. Евдокимова
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ
СМЕСЕЙ НА ПРОЧНОМЕРЕ ПК-21
Н.Г. Евдокимова, Е.В. Комарова
МОДИФИЦИРОВАНИЕ СЫРЬЯ БИТУМНОГО ПРОИЗВОДСТВА
ТЯЖЕЛОЙ СМОЛОЙ ПИРОЛИЗА
Д.И. Ягудина, И.Ф. Садретдинов, И.А. Султанбекова
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАСТИФИКАТОРА
ДИИЗОНОНИЛФТАЛАТА НА КАТАЛИЗАТОРЕ
ТЕТРАБУТОКСИТИТАНЕ
Г.З. Раскильдина, Ю.Г. Борисова, Л.Ф. Латыпова
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ С НЕПРЕДЕЛЬНЫМИ
УГЛЕВОДОРОДАМИ НА ЦЕОЛИТЕ H-BETA
Д. Б. Хисамеева, Э.К. Аминова
ИЗОМЕРИЗАЦИЯ ПЕНТАН−ГЕКСАНОВОЙ ФРАКЦИИ
О.Б. Прозорова, Г.Х. Шамсутдинова
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА СЕЛЕКТИВНОГО
ГИДРИРОВАНИЯ ПРОПАН-ПРОПИЛЕНОВОЙ ФРАКЦИИ
УСТАНОВКИ ГАЗОРАЗДЕЛЕНИЯ ПИРОГАЗА
95
3
3
5
6
8
10
12
14
18
21
22
23
Р.И. Дятлов, Б.С. Жирнов
МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ УСТАНОВКИ
КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА ВАКУУМНОГО ГАЗОЙЛЯ НА
ШАРИКОВОМ КАТАЛИЗАТОРЕ ТИПА Г-43-102
О.Б. Прозорова, А.Г. Трипольский
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ
СУЛЬФИДНО-ЩЕЛОЧНЫХ СТОКОВ ЗАВОДОВ НПЗ И «МОНОМЕР»
М.Е. Муравьева, Е.А. Тизяева, А.В. Сабитова, О.Б. Прозорова,
Е.В. Комарова
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМИНОВЫХ
КИСЛОТ ИЗ БУРЫХ УГЛЕЙ
28
МАШИНЫ И АППАРАТЫ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ
ПРОИЗВОДСТВ
30
Н.М. Захаров, Р.Р. Газиев, Т.Ф.Юсупов
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МАЛОЦИКЛОВОГО
НАГРУЖЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ
М.Д.Н. Аль-Саэди, Д.И. Мисюля
КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ТАРЕЛЬЧАТОГО ТИПА ДЛЯ
МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
Д.И. Мисюля, К.А. Карпов
РЕГУЛЯРНАЯ СТРУКТУРИРОВАННАЯ НАСАДКА ДЛЯ КОЛОННЫХ
МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
А.С. Попов, В.М. Косырев
РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВИХРЕВОГО
ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА
В.Е. Шаронов, С.В. Котов, М.В. Клыков
ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ОБВОДНЕННОГО МАЗУТА
И.З. Мухаметшин, М.В. Клыков
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ КОЛОННЫ РЕКТИФИКАЦИИ
ИЗОБУТАНА
Э.Р. Насибуллина, К.М. Смакова, Р.И. Насибуллин
СНЕГОТАЯЛКА ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
А.А. Рахимкулов, Р.И. Насибуллин
УСТАНОВКА ВИСБРЕКИНГА
25
27
30
32
34
36
37
39
42
44
АВТОМАТИЗАЦИЯ, МОДЕЛИРОВАНИЕ
И ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
45
В.В. Сарока, Д.С. Карпович, Д.А. Гринюк
ПРИНЦИПЫ СИНТЕЗА АСУ АВТООПЕРАТОРА ДЛЯ
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
45
96
В.В. Сарока, И.О. Оробей, О.И. Оробей, М.А. Анкуда
АНАЛИЗ ФАКТОРОВ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ
МЕТОЧНОГО ЯМР-РАСХОДОМЕРА
В.В. Лихавицкий, В.П. Кобринец
РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА
ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ В КОЛОННЕ К-102
И.Г. Сухорукова, Д.А. Гринюк, И.О. Оробей
ПРИМЕНЕНИЕ КРИТЕРИЯ СЕРИЙ В ПРОМЫШЛЕННЫХ
КОНТРОЛЛЕРАХ
Н.М. Олиферович, Д.А. Гринюк, И.О. Оробей
ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВПИТЫВАНИЯ
М.Г. Баширов, А.М. Хафизов
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ «УЛУЧШЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ»
ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ ОБОРУДОВАНИЯ И
ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЙ
НЕФТЕХИМИИ И НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ
М.П. Морозова, А.Е. Чернышева
ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАЛОМОЩНОГО
ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРИ РАЗГОНЕ И
ТОРМОЖЕНИИ
М.А. Кашкан, М.В. Бегеза
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНТУРА СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ
ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА СО
СТРОБОСКОПИЧЕСКИМ ДИСКОМ В КАЧЕСТВЕ ДАТЧИКА
Р.Р. Аслаев, У.Ф. Юмагузин
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАПОЛНЕНИЯ ЕМКОСТИ ОСНОВНЫМ
КОМПОНЕНТОМ НА ОСНОВЕ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ CENTUM CS 3000 ФИРМЫ YOKOGAWA
Р.Р. Аслаев, У.Ф. Юмагузин
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ
РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ CENTUM CS 3000
ФИРМЫ YOKOGAWA
Е.А. Степанов, Р.Р. Садыков, Р.Г. Вильданов
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПАРАМЕТРОВ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
М.Г. Баширов, И.Г. Хуснутдинова
РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА
ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
У.Ф. Юмагузин, Д.В. Зайнуллин
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ И
РЕМОНТА НАСОСНО-КОМПРЕССОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ С УЧЕТОМ ТЕХНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ
97
47
49
51
53
55
57
59
61
63
65
68
70
Д.С. Кулагин, У.Ф. Юмагузин
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ
МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
А.И. Филиппов, О.В. Ахметова, А.С. Родионов, К.В. Олефиренко
ВЛИЯНИЕ ВЯЗКОСТИ НА ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПОЛЯ
ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА ГАЗА В СКВАЖИНЕ
Л.Г. Хуснутдинова, У.Ф. Юмагузин
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА
ГАРМОНИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ
А.А. Ляпаев
ЗЕМЛЯНЫЕ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ С УЧЕТОМ
ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ ДУГОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ
А.С. Давыдов, Р.Г. Вильданов
ВЛИЯНИЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК НА КОМПЕНСАЦИЮ
РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
А.С. Хисматуллин, Е.А. Фадеев, Р.А. Камалетдинов
ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПЕРЕНОСА
В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ МАСЛЯНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
С ЭЛЕГАЗОВЫМИ ПУЗЫРЬКАМИ
Э.М. Баширова, И.С. Миронова, А.О. Спиридонов, А.Р. Хакимов
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ
СОСТОЯНИЕМ МАШИННЫХ АГРЕГАТОВ
М.Г. Баширов, И.С. Миронова, В.Г. Костернов, Я.Г. Асташенков
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ МАШИННЫХ АГРЕГАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
К.Е. Авдеева, Р.Г. Вильданов
ПРИМЕНЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ДЕФЕКТОВ
ОБОЛОЧКОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
72
75
77
79
82
84
86
88
90
ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ
92
А.И. Филиппов, О.В. Ахметова, А.А. Ковальский
РЕШЕНИЕ АСИМПТОТИЧЕСКИ ОСРЕДНЕННОЙ ПО ТОЛЩИНЕ
ПЛАСТА ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАДАЧИ ПРИ КОЛЕБАТЕЛЬНОМ
ДВИЖЕНИИ ФЛЮИДА С ИСТОЧНИКАМИ ТЕПЛА В ПРЕДЕЛЬНОМ
СЛУЧАЕ
92
98
Научное издание
Наука. Технология. Производство – 2014
Тезисы докладов Международной научно-технической конференции
студентов, аспирантов и молодых ученых
Редактор Л.А. Маркешина
Подписано в печать 13.05.2014. Бумага офсетная 2. Формат 60х84 1/16.
Гарнитура «Таймс». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 6,26. Уч.-изд. л. 5,56.
Тираж 100 экз. Заказ
Редакционно-издательский центр Уфимского государственного
нефтяного технического университета
Адрес редакционно-издательского центра:
450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1
Типография ООО «СН – Медиа»
Адрес типографии:
453256, Республика Башкортостан, г. Салават, ул. Молодогвардейцев, 30
99
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа