СТРУКТУРНЫЙ  АНАЛИЗ  ПРИ  МОДЕЛИРОВАНИИ  ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ  ПРОМЫШЛЕННЫХ  СИСТЕМ

Кашипова  Любовь  Александровна

аспирант  кафедры  Информатики  и  информационно-управляющих  систем  Казанского  государственного  энергетического  университета,  РФ,  г.  Казань

E -mail:  lubko@yandex.ru

Мосякин  Александр  Сергеевич

студент  кафедры  Информатики  и  информационно-управляющих  систем  Казанского  государственного  энергетического  университета,  РФ,  г.  Казань

E -mail:  alexmosya93@gmail.com

Маров  Вячеслав  Николаевич

студент  кафедры  Информатики  и  информационно-управляющих  систем  Казанского  государственного  энергетического  университета,  РФ,  г.  Казань

E -mail:  slavaapp@icloud.com

Плотникова  Людмила  Валерьяновна

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  Информатики  и  информационно-управляющих  систем  Казанского  государственного  энергетического  университета,  РФ,  г.  Казань

E-mail: 

STRUCTURAL  ANALYSIS  IN  MODELING  INDUSTRIAL  ENERGY  SYSTEMS

Kashipova  Lyubov

graduate  of  Informatics  and  Information  Management  Systems  department   of  Kazan  State  Power  University,  Russia,  Kazan

Mosyakin  Alexander

student  of  Informatics  and  Information  Management  Systems  department   of  Kazan  State  Power  University,  Russia,  Kazan

Marov  Vyacheslav

student  of  Informatics  and  Information  Management  Systems  department   of  Kazan  State  Power  University,  Russia,  Kazan

Plotnikova  Lyudmila

candidate  of  Science,  Associate  Professor  of  Informatics  and  Information  Management  Systems  department  of  Kazan  State  Power  University,  Russia,  Kazan

АННОТАЦИЯ

При  организации  энергоэффективных  промышленных  систем,  в  частности  в  форме  организации  систем  рекуперации  вторичной  энергии,  возникает  потребность  упорядочивания  сложных  расчетов  технологических  схем  предприятий.  Это  обусловлено  значительным  количеством  аппаратов  в  таких  схемах,  наличием  обратных  связей,  возвратных  потоков  энергии  и  вещества,  которые  превращают  технологическую  цепь  в  многоконтурную  схему.  Параметры  выходных  из  аппаратов  потоков  могут  влиять  на  входные  параметры  и,  как  следствие,  сами  на  себя.  Для  избежания  многочисленных  итераций  предлагается  использовать  структурный  анализ  [1,  с.  58,  2,  с.  21].

ABSTRACT

At  the  organization  of  energy-efficient  industrial  systems,  particularly  in  the  form  of  the  organization  of  secondary  energy  recovery  systems,  there  is  a  need  for  organizing  complex  calculations  flowsheets  enterprises.  This  is  due  to  a  significant  number  of  vehicles  in  such  schemes,  the  presence  of  feedback,  the  return  flow  of  energy  and  matter  that  make  technological  chain  for  multi-scheme.  Parameters  of  output  devices  may  affect  flow  input  parameters  and,  consequently,  to  themselves.  To  avoid  multiple  iterations  proposed  to  use  structural  analysis.

Ключевые  слова:  структурный  анализ;  информационно-балансовая  система.

Keywords:  structural  analysis;  information-carrying  system.

Проведение  структурного  анализа  позволит  выявить  зависимости  между  элементами  схемы;  выделить  замкнутые  и  незамкнутые  последовательности  элементов;  выявить  внешние  потоки  энергии  и  вещества,  не  связывающие  аппараты  друг  с  другом  и  внутренние  потоки  —  связывающие;  определить  оптимальную  последовательность  расчета  схемы  [1,  с.  63]. 

Построение  информационно-балансовой  системы  (ИБС)  является  первым  этапом  структурного  анализа.  ИБС  представляется  в  виде  графа,  где  материальные  или  энергетические  потоки  схемы,  некоторые  из  которых  являются  потенциально  вторичной  энергией  производства  —  это  дуги  графа,  а  элементы  оборудования  —  это  вершины  графа  или  вычислительные  информационные  блоки  (математические  модели  в  виде  балансовых  уравнений),  в  которых  на  основе  заданных  входных  параметров  определяются  выходные.  ИБС  представляется  в  виде  матрицы  смежности,  показывающей  связи  между  элементами,  заданными  номерами  строк  матрицы,  с  элементами,  заданными  номерами  столбцов.  Для  того,  чтобы  избавиться  от  множественных  итераций,  характерных  для  сложноструктурированных  схем,  следует  представить  рассматриваемую  технологическую  схему  в  виде  незамкнутой  последовательности  элементов,  то  есть  определить  линейную  последовательность  расчета  и  разомкнуть  контуры.  Для  определения  потоков,  разрыв  которых  позволит  провести  линейный  расчет  технологической  схемы,  применяется  метод,  использующий  матрицу  цикла.  Структурный  анализ  позволяет  в  результате  разрыва  потоков  провести  декомпозицию  на  отдельные  группы  контуров  и  свести  расчет  ИБС  к  расчету  систем  уравнений  контуров,  то  есть  определить  путь  или  последовательность  такого  расчета.

Рассмотрим  пример.  По  результатам  проведенного  структурного  анализа  схемы  газоразделения  в  производстве  этилена  [3,  с.  241]  был  определен  приоритетный  участок  для  дальнейшего  анализа  на  следующем  иерархическом  уровне  —  это  схема  выделения  этилена  методом  ректификации  (или  участка  разделения  этан-этиленовой  фракции).  Именно  на  этом  участке  было  выявлено  большое  количество  сложных  циклов,  требующих  дополнительного  анализа.  ИБС  схемы  представлена  на  рис.  1,  участок  матрицы  смежности  —  в  таблице  1.  Результаты  описаны  в  виде  матрицы  циклов  (таблица  2),  которая  представляет  собой  перечень  потоков  в  составе  каждого  контура,  где  также  показана  частота  каждого  потока,  то  есть  количество  контуров,  в  которые  входит  поток.

Рисунок  1.  Информационно-балансовая  система  выделения  этилена

В  результате  проведения  анализа  структуры  связей  ИБС  участка  выделения  этилена  методом  ректификации  выявлено  9  контуров,  системы  которых  представлены  на  рис.  2.  Предлагаемые  для  разрыва  потоки  на  рис.  2  выделены  жирной  линией  и  показаны  в  виде  сокращенной  матрицы  циклов  в  таблице  3.  Сокращенная  матрица  цикла  дает  наглядное  представление  о  том,  какие  контуры  возможно  рассчитать  при  разрыве  каждого  из  условно  разрываемых  потоков.  Разрываемые  потоки  выбраны  с  таким  расчетом,  чтобы  в  одном  контуре  их  количество  было  минимальным.

Итак,  после  разрыва  потоков  получена  линейная  последовательность  расчета  рассматриваемой  схемы  без  итераций,  что  значительно  упрощает  проведение  дальнейшего  термодинамического  расчета  схемы  с  целью  анализа  эффективности  теплопотребления  существующей  технологии  и  выявления  энергетических  потоков,  являющихся  значимыми  ресурсами  вторичной  энергии.  Выявленная  вторичная  энергия  может  быть  полезно  использована  на  рассматриваемом  производстве.  Следовательно,  методика  помогает  однозначно  определить  наилучший  вариант  энергосберегающей  промышленной  системы  в  виде  системы  рекуперации  вторичной  энергии  производства.

Таблица  1.

Матрица  смежности  ИБС  выделения  этилена

Таблица  2.

Матрица  циклов  ИБС  выделения  этилена

Рисунок  2.  Системы  контуров  схемы  выделения  этилена

Таблица  3.

Сокращенная  матрица  циклов  ИБС  участка  выделения  этилена 

Список  литературы:

1.Назмеев  Ю.Г.,  Конахина  И.А.  Организация  энерготехнологических  комплексов  в  нефтехимической  промышленности.  М.:  Издательство  МЭИ,  2001.  —  364  с.

2.Плотникова  Л.В.,  Петрова  О.Г.,  Плотников  В.В.  Построение  расчетной  модели  сложноструктурированной  теплотехнологической  схемы  нефтехимического  производства  //  Известия  высших  учебных  заведений.  Проблемы  энергетики.  —  2010.  —  №  9—10.  —  С.  21—27.

3.Плотникова  Л.В.,  Звегинцев  А.А.  Структурный  анализ  теплотехнологической  схемы  газоразделения  в  производстве  этилена  //  XXIII  Международная  инновационно-ориентированная  конференция  молодых  ученых  и  студентов  (МИКМУС-2011):  материалы  конференции.  М.:  Изд-во  ИМАШ  РАН.  2011.  —  С.  241.