Стабілізація циклу синтезу метанолу на основі алгоритмічного керування вузлом охолодження та конденсації
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-296-10-61-68Ключові слова:
синтез метанолу, апарати повітряного охолодження, конденсація, автоматизація, дискретне керування, компенсація збуреньАнотація
У роботі досліджено вплив режимів роботи вузла охолодження і конденсації газопродуктової суміші на стійкість та економічну ефективність циклу синтезу метанолу. Показано, що неузгоджене керування апаратами повітряного охолодження, яке реалізується переважно в ручному режимі, призводить до значних температурних і гідравлічних збурень у циркуляційному контурі синтезу. Це, у свою чергу, спричиняє коливання витрат синтез-газу, зміну перепадів тиску на компресорі та зниження стабільності роботи агрегату в цілому. Проаналізовано існуючі підходи до регулювання теплообмінних процесів, зокрема застосування перетворювачів частоти для керування вентиляторами апаратів повітряного охолодження, та обґрунтовано їх обмежену ефективність і високу вартість для діючих виробництв.
Запропоновано альтернативний підхід до автоматизації вузла охолодження і конденсації, який базується на принципі компенсації збурень за вхідними параметрами процесу. Суть підходу полягає у використанні дискретної системи керування з алгоритмічним вибором оптимальної комбінації працюючих апаратів повітряного охолодження з урахуванням температури газопродуктової суміші на вході вузла, її витрати та температури навколишнього середовища. Такий підхід дозволяє мінімізувати температурні стрибки на виході вузла, зменшити зміну перепадів тиску та забезпечити більш плавний характер перехідних процесів у циклі синтезу метанолу. Перевагою запропонованого рішення є можливість його реалізації без встановлення додаткового дорогого обладнання, виключно на базі існуючих засобів автоматизації та керування. Отримані результати можуть бути використані для підвищення надійності та енергоефективності діючих агрегатів синтезу метанолу.
Впровадження запропонованого підходу створює передумови для подальшої інтеграції інтелектуальних методів керування та цифрових двійників технологічних процесів, що відповідає сучасним тенденціям розвитку хімічної промисловості та концепції Industry 4.0.
Посилання
1. Towler G., Sinnott R. Chemical Engineering Design. – Elsevier, 2022.
2. Seborg D.E., Edgar T.F., Mellichamp D.A., Doyle F.J. Process Dynamics and Control. Wiley, 2023.
3. Luyben W.L. Design and Control of the Methanol Synthesis Process. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2020.
4. Skogestad S. Multivariable Feedback Control: Analysis and Design. Wiley, 2021.
5. Wang L., Zhang J. Advanced Control of Heat Exchanger Networks under Disturbances. – Journal of Process Control, 2019.
6. Seraya, O.V., Demin, D.A. Linear regression analysis of a small sample of fuzzy input data (2012) Journal of Automation and Information Sciences, 44 (7), pp. 34-48.
7. Study of the influence of the cooling and condensation unit of the gas product mixture on the operation of the methanol synthesis cycle / [S. O. Vitkovskyi, O. B. Tselishchev, M. H. Loriya, P. Y. Eliseev] // Bulletin of the East Ukrainian National University named after Volodymyr Dahl. 2010. No. 7 (154) Ch 2. P. 95-99.
8. Optimal control of the cooling and condensation unit of the gas product mixture in the production of methanol synthesis / [M. H. Loria, O. V. Porkuyan, O. B. Tselishchev, P. Y. Eliseev] // Bulletin of the East Ukrainian National University named after Volodymyr Dahl. 2019. No. 2(250) P. 54-59.
9. Loria M.G. Finding ways to ensure the maximum efficiency of the methanol synthesis column / M.G. Loria // Bulletin of the Donbas State Metallurgical Academy. 2019. No. 2. P. 43-50.
