§4. Исторически сложившийся алгоритм разработки технологической установки.

Практическое применение метода к промышленным технологическим установкам представлено в [2, 3].

Характерной особенностью метода является то, что можно рассчитать вероятность работоспособности РХТС всей установки, но и ее частей: РХИМ – вероятность работоспособности только химической технологии, РПРОЦ – только процессов переноса субстанций, РОБОР – только оборудования. Ничто не мешает найти вероятность работоспособности установки, рассматривая совместно химическую технологию и процессы переноса РХИМ+ПРОЦ или РХИМ+ОБОР, или РПРОЦ+ОБОР. Основанием такой возможности является то, что в нормативно-технической и/или конструкторской документации химико-технологической системы можно отдельно выделить подмножество заданных параметров химико-технологической природы, отдельно подмножество заданных параметров процессного смысла и, наконец, подмножество заданных параметров, определенных специалистами по оборудованию химических производств.

Рассмотрим исторически сложившийся алгоритм разработки технологической установки. Начинают химики-технологи. В результате термодинамических расчетов, экспериментальных исследований находится комплект маршрутов химических реакций, их константы равновесия в функции от термодинамических потенциалов, тепловые эффекты. Здесь же исследуется скорость химических превращений в зависимости от условий реакции. Затем разрабатывается вариант технологической схемы согласно знаменитой триаде: подготовка сырья + химические превращения + разделение продуктов реакций. По этому варианту разрабатывается и создается пилотная установка.

Эксперименты на пилотной установке позволяют определить оптимальные режимы, сообразуясь с какими-то критериями. На пилотной установке, пользуясь простотой изменения режимов процесса, можно определить все подмножество заданных химико-технологических параметров [4].

Например, если решено использовать широко распространенный и дешевый катализатор, то обязательно указывают номинальную температуру и разрешенный диапазон отклонения от номинала (см. рис.1). Если в процессе эксплуатации будущей технологической установки температура в слое катализатора выйдет из разрешенного диапазона направо, то произойдет разрушение, деструкция катализатора. На языке этой статьи установка придет в состояние отказа. Если же температура слоя катализатора отклонится от номинала и выйдет из разрешенного диапазона налево, то скорость превращений существенно снизится. Это приведет к уменьшению производительности установки (снова – отказ), к уменьшению степени превращения сырья в готовую продукцию (отказ), к увеличению экологического давления химической установки на природу (отказ), росту себестоимости продукции (отказ).

Успешная работа пилотной установки является необходимой, но далеко не достаточной предпосылкой дальнейших шагов в разработке промышленной химико-технологической системы. Суть дела в том, что мало кто умеет совершать масштабный переход от установки «малой химии» к промышленной с большой единичной мощностью. Поэтому химики-технологи приступают к созданию опытных установок, постепенно наращивая масштаб по производительности.

Здесь включаются в разработку специалисты по процессам переноса, они «одевают технологию в железо». Прежде всего, разрабатывается и затем конструируется оригинальный реактор или группа реакторов. Цель разработки – обеспечить место и время свершения химических и фазовых превращений, которые назначили химики-технологи. Далее специалисты по процессам используя информацию от химиков-технологов, рассчитывают номинальные величины потоков и их параметров во всех переделах технологии. Это позволяет далее рассчитать тепло-массообменную аппаратуру. И при разработке оригинального реактора и при расчетах номинальных величин потоков и их параметров процесщики назначают свои заданные параметры. Это, как правило, разрешенные отклонения размеров и ограничения гидродинамической природы.

Последним действующим лицом в разработке технологической установки является специалист по оборудованию химических производств (желательно с большим опытом работы в ремонтной службе большого химического завода). Его задача выбрать комплект стандартного оборудования, пользуясь номиналами от специалистов по процессам. Здесь берутся каталоги заводов-изготовителей и по ним выбираются стандартные теплообменники, арматура, вентиляторы, насосы, колонная аппаратура, абсорберы, пылеуловители и т.д. Именно здесь рождается новый комплект заданных параметров: в техническом условии на эксплуатацию завод-изготовитель гласно указывает на те ограничения, при реализации которых завод-изготовитель гарантирует работоспособность своего изделия.

Именно такая последовательность разработки регламента технологической системы позволяет представить систему в виде совокупности 3-х взаимодействующих частей: собственно химическую технологию + процессы переноса субстанций (количества движения, массы и энергии) + само оборудование будущей системы.

Обращаем внимание на две характерные особенности алгоритма разработки технологической установки. Первая – величины разрешенных диапазонов отклонения заданных параметров от их номиналов оказались объективно взаимно-независимыми, никак не согласованными друг с другом в их совокупности. Вторая – и в процессе пусковых работ и на стадии эксплуатации сама химическая установка «знать не знает» о каких-то ограничениях на амплитуду отклонения каких-то параметров. На самом деле отклонения любых параметров (и заданных тоже) в установке после акта внешнего воздействия детерминировано взаимосвязаны согласно законам сохранения. Иными словами, отклонения заданных параметров от номиналов будут такими, какими «хочет» технологическая система, а не такими, какими «по своему произволу» назначили разработчики.

Вывод: сам алгоритм последовательной разработки химико-технологических систем по частям порочен с точки зрения качества (т.е. работоспособности) разработки. Действительно, из нашего опыта исследования работоспособности промышленных химических установок оказалось, что число заданных параметров имеет порядок 101. Следовательно, согласно определению понятия работоспособности, все эти 101 заданных параметров должны одномоментно находиться в своих разрешенных диапазонах около своих номиналов. И это в условиях большого числа случайных внешних воздействий со стороны макросистемы. Поэтому и получился печальный результат: все исследованные нами промышленные установки имели вероятность работоспособности РХТС < 0,5. Следовательно, из общего тиража созданных в натуре технологических установок работоспособными будут меньше половины. Остальные будут в состоянии отказа. Причем, какие конкретно установки из общего тиража будут работоспособны – неизвестно.

Заметим, что все разработчики частей технологической системы работали грамотно, высокопрофессионально, добиваясь высокого качества работы. И все по умолчанию полны иллюзий, что будущая технологическая установка будет работоспособна с вероятностью 1.

Читать далее:
§5. Алгоритм создания работоспособной технологической системы.
Список литературы.

Наверх

Скачать статью в формате Word