Белый А.А.

Донецкий национальный технический университет, Украина

Управление режимом работы водоохлаждающей установки в условиях металлургического предприятия

Проблема рационального использования и охраны природных ресурсов становится все актуальнее. Интенсифицируются поиски наиболее эффективных путей ее решения, поскольку в целом экологическая обстановка в мире, несмотря на постоянное увеличение затрачиваемых средств, пока не улучшается. Общепризнано, что основным инженерно-экологическим путем решения этой проблемы в настоящее время является переход производств на безотходные ресурсосберегающие технологии.

Система охлаждения на металлопроктаном заводе является очень важной составляющей частью процесса производства. Поэтому оптимизация и улучшение параметров ее работы позитивно сказывается на энергозатратах и производственном процессе в целом.

В системе водоохлаждения необходимо следить за уровнем охлаждающей жидкости и ее температурой в резервуаре, не допускать его уменьшение, так как это приводит к ухудшению охлаждения элементов производства, что может негативно влиять на качество выпускаемой продукции. Также важным является контроль жесткости охлаждающей жидкости (воды) для увеличения срока эксплуатации элементов системы охлаждения. Высокая жесткость воды влечет обильное образование соляных отложений в элементах охлаждающей системы, что влечет за собой уменьшение производительности системы в целом, повышенный износ отдельных элементов и приводит к вероятности остановки производства по причине узлового ремонта и остановки производственной линии. Это приводит к значительным убыткам.

Система охлаждения на металлургическом предприятии работает по принципу теплоотдачи более нагретого тела менее нагретому (охлаждение элементов печи за счет нагрева охлаждающей жидкости). Вода из резервуара при помощи насосов подается к потребителю, который использует её в технологическом процессе производства металлопроката, в следствие чего вода нагревается. Нагретая вода от потребителя поступает в элемент охлаждения (градирню), где происходит первичное охлаждение. Далее она подается в накопительный резервуар. В этом резервуаре происходит слежение за показаниями уровня жидкости, ее температурой и жесткостью.

На основе технологической схемы объекта разработана модель объекта типа «черный ящик». Она представлена на рис. 1.

Рисунок 1 – Модель объекта вида «черный ящик»

Входами объекта будут скорость работы насосов и подача питающей воды от установки водоподготовки. Скорость работы насосов (частоту вращения двигателей привода) обозначим как ω_насос. Регулируя её, можно управлять циркуляцией воды в системе охлаждения и оказывать воздействие на выходную температуру, но увеличение скорости циркуляции ведет к большим потерям воды при охлаждении в градирнях и уменьшению объема воды в системе. Уменьшение воды ведет к увеличению её жесткости, так как растворенные в воде соли не выпариваются, а продолжают циркулировать в системе. Для восстановления жесткости можно подать воду через второй вход, подача питающей воды v_{доб.воды}. Питающая вода прошла водоподготовку и позволяет смягчить циркулирующую воду в системе.

При превышении допустимого объема воды в баках и в процессе охлаждения воды в градирне происходят потери воды – обозначим этот параметр как возмущающее воздействие v_потерь.

В процессе охлаждения происходит распыление воды в воздушном потоке, что приводит к захвату пыли и аэрозольных частиц из воздуха, подаваемого в градирню. Нерастворимые частицы выпадут в осадок на фильтрующих элементах. Захват растворимых частиц приведет к увеличению жесткости циркулирующей воды – долю повышения жесткости воды в процессе охлаждения обозначим как %_{доб.воды}.

При циркуляции через теплообменник вода будет нагреваться, охлаждая замкнутый контур печи. Температуру теплоносителя в замкнутом контуре обозначим как t_{объекта}.

Выходами системы будут:

- уровень воды в баках-накопителях l_воды – они обеспечивают запас воды для обеспечения циркуляции, их опустошение может привести к завоздушиванию насосов и возникновению аварийной ситуации.

- температура воды t_воды которая подается на теплообменник – основной параметр, который указывает на эффективность системы водоподготовки в целом;

- жесткость циркулирующей воды %_воды – значение имеет допустимы диапазон значений, выход за пределы которого может привести к зашлаковыванию трубопроводов и выходу системы из строя.

На основе модели разработаем структурную схему САУ и сформулируем основные положения для синтеза регуляторов системы водоохлаждения.

Основная задача системы – поддержание температуры воды на теплообменнике в заданном диапазоне, этого можно достичь с помощью управления насосами. Задача четко описана, неизмеряемые возмущения отсутствуют, поэтому можно использовать методы классического или современного ТАУ для её решения.

Для обеспечения заданного уровня воды в системе и её жесткости необходимо воздействовать на систему в условиях неопределенных изменяющих возмущений ( %_{доб.воды}, v_потерь). Можно построить либо робастную или адаптивную систему, которая будет компенсировать возмущения либо, используя накопленные производственный опыт, систему управления на основе фаззи-логики, которая позволяет осуществлять управления, не зная точной модели объекта.

Исходя из вышесказанного, разработана структурная схема САУ цехом водоподготовки, представленная на рис. 2. Регулятор Rt предлагается построить на основе классической ТАУ, регулятор R_l,% представляет собой фаззи-регулятор.

Рисунок 2 – Схема системы управления

В работе разработана модель цеха водоподготовки как модель вида «черный ящик» и предложена структурная схема САУ, которая способна обеспечить как заданную выходную температуру, так и уровень и жесткость циркулирующей воды.

Литература:

1. Гурвич С. М. Водоподготовка //М. – Госэнергоиздат. – 1961 – 240 с.

2. Фрог Б. Н., Левченко А. П. Водоподготовка: Учебн. пособие для вузов. //М. Издательство MГУ .- 1996 г. - 680 с.

3. Замкнутые системы водного хозяйства металлургических предприятий Под ред Аксенов В.И. // 2-ое изд. –М. Металлургия, - 1991. - 124 с.