СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧНИЙ СИНТЕЗ СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ ШЛЯХОВИМ НАГРІВНИКОМ НАФТИ

Анотація

На відміну від прямих нагрівачів нафти, у яких здійснюється прямий контакт труби, по якій рухається нафта, з полум’ям, у шляхових нагрівачах нагрівання нафти відбувається опосередковано через водяну ванну. У ванні розміщений пучок труб, по яким протікає нафта і жарова труба. У камері згоряння спалюють природний газ, який, рухаючись по жаровій трубі, віддає тепло проміжному теплоносію (воді). Потік тепла від води нагріває нафту, яка рухається пучком труб.

Такий опосередкований процес передачі тепла сприяє рівномірному нагріванню та зменшує ймовірність появи гарячих ділянок. Гарячі ділянки часто виникають у нагрівачах з прямим підігрівом димовими газами в результаті відбувається накопичення відкладень з стороні робочої рідини. Наявність таких ділянок може призвести до деградації обладнання і виникнення аварій.

З іншого боку, наявність водяної ванни значного об’єму спричиняє значну інерційність по каналу «витрата паливного газу-температура нафти на виході нагрівника», що вимагає нових схемо-технічних рішень для покращення показників якості процесу керування.

Синтезована структурна схема системи автоматичного керування процесом нагрівання нафти в шляховому нагрівнику, має у своєму складі ПІ- та ПД-регулятори. ПІ-регулятор розміщений у прямому контурі, а  ПД-регулятор включений в контур від’ємного зворотного зв’язку, який охоплює об’єкт керування.

Для розрахунку параметрів налаштування ПІ/ПД-регуляторів використаний комбінований метод, який складається з двох етапів.

На першому етапі, використовуючи метод s-площини визначають параметри налаштування ПІ/ПД-регуляторів, які є функціями дійсної частини одного із коренів характеристичного рівняння.

На другому етапі мінімізують узагальнений квадратичний критерій якості процесу керування, який є функцією однієї змінної – дійсної частини одного із коренів характеристичного рівняння. Встановлено, що синтезована структурна схема автоматичного керування процесом нагрівання нафти в шляховому нагрівнику дозволила зменшити час регулювання на 68,9% при відсутності перерегулювання у порівнянні з каскадно-зв’язаною системою автоматичного керування.