Газни паст ҳароратли сепарациялаш автоматлаштирилган жараёнининг хавфсиз бошқариш тизимини ишлаб чиқиш

БОБ-3. ГАЗНИ ПАСТ ҲАРОРАТЛИ СЕПАРАЦИЯЛАШ АВТОМАТЛАШТИРИЛГАН ЖАРАЁНИНИНГ ХАВФСИЗ БОШҚАРИШ ТИЗИМИНИ ИШЛАБ ЧИҚИШ.
3.1. Газни паст ҳароратли сепарациялаш хавфсиз қурилмаси ҳарорат режимини ростлашнинг автоном системаси.
Диэтиленгликол (ДЭГ) ни кириш нуқтасидаги газ ҳарорати иссиқлик алмашиниш қурилмасининг иккинчи босқичига келаётган газ намлигини белгилайди. Бу ҳарорат қанча кичик бўлса, биринчи томчи ажратгичда шунча кўп намлик тўпланади, газнинг намлиги шунча кам бўлади ва оқибатда гидратланишнинг олдини олиш учун иссиқлик алмашиниш қурилмасининг иккинчи босқичига бериладиган ингибитор миқдори ҳам шунча кам бўлади. Берилаётган ДЭГ нинг кичик миқдорида йўқотишлар ҳам кичик бўлади. Бироқ, ингибиторни кириш нуқтасида ҳароратнинг анча пасайиши иссиқлик алмашиниш қурилмасининг биринчи босқичида гидратлар ҳосил бўлишини келтириб чиқариши мумкин, бунга эса қурилмаларни хавфсиз ишлатиш нуқтаи-назаридан рухсат йўқ. Шу муносабат билан ингибиторни кириш нуқтасида газ ҳароратини гидратланиш ҳароратидан 1 – 2 ^оС юқори тутиш тавсия этилади.
Кўрилаётган нуқталардаги ҳароратларга нисбатан бўладиган асосий ғалаёнли таъсирлар: 1) газ сарфи; 2) ҳаво ҳарорати; 3) сепаратордаги босим. Булар қурилмадан фойдаланиш давомида доимо бир хил бўлиб турмайди.
ДЭГни кириш нуқтасидаги газни ҳароратга нисбатан ростловчи таъсир сифатида сепаратордан иссиқлик алмашиниш қурилмасининг биринчи босқичига бериладиган совуқ газ миқдорини қабул қилиш мумкин. Бу миқдор ростловчи орган 8 ва 9 ларнинг (2.2-расм) µ₁ ва µ₂ ҳолатлари билан аниқланади.
Шундай қилиб, агар ДЭГни кириш нуқтасидаги газни ҳарорати ₂ га нисбатан ростловчи таъсир сифатида ростловчи орган 9 нинг µ₂ ҳолати, газни сепаратордаги ҳарорати ₁ га нисбатан эса, 8 органнинг µ₁ ҳолати қабул қилинса, у ҳолда µ₁ ни ₂ га нисбатан, µ₂ ни эса ₁ га нисбатан ғалаёнли таъсир деб қараш, яъни системалар ўзаро боғланган деб ҳисоблаш мумкин бўлади.
Шу муносабат билан ПҲС қурилмасининг ҳарорат режимини автоматик ростлашнинг автоном системасини таҳлил қилиш ва синтезлаш масаласи қўйилади.
Тажрибавий тадқиқотлар олтита асосий канал бўйича ўтказилди:

1. 
   ростловчи орган 8 нинг сепаратордаги ва ДЭГ ни кириш нуқтасидаги ҳароратлар – W₁₁ ва W₂₁ га нисбатан ҳолати;
   
2. 
   ростловчи орган 9 нинг ДЭГ ни кириш нуқтасидаги ва сепаратордаги ҳароратлар – W₂₂ ва W₁₂ га нисбатан ҳолати;
   
3. 
   ростланадиган турбодетандер 5 нинг сепаратордаги ва ДЭГ ни кириш нуқтасидаги ҳароратлар – W₁₃ ва W₂₃ га нисбатан ҳолати.
   

µ₁ ва µ₂ бўйича ғалаён катталиги ростловчи орган тўла ўрин алмашинувининг 15 % ини ташкил этди (мембранали юриткичли клапанда).
Тадқиқот ўтказиш услуби қуйидагича бўлди. Газнинг номинал сарфи ва ростловчи орган 8 нинг ўртача ҳолатида ростловчи орган 9 нинг ҳолати поғонали, у ўз йўлининг 15 % ига сурилганидан (айланганидан) сўнг, тўлиқ очиқ ҳолатдан – ёпиққа ва аксинча, ёпиқдан – очиққа ўзгарди. Юқорида кўрсатилган нуқталарда ҳароратнинг ўзгариши қайд этиб борилди. Кейин шунга ўхшаган амалларни ростловчи орган 9 нинг ўрта ҳолатида ростловчи орган 8 нинг ҳолати бўйича бажарилди.
Юклама бўйича ғалаён таъсири ростланадиган турбодетандернинг ўтказиш каналини ўзгартириб амалга оширилди. Ғалаён катталиги ∆d=2 мм бўлди.
Ҳар бир канал бўйича вақт тавсифлари олинди, кейин улар асосида ўтиш эгри чизиқларининг ўртача қийматлари олинди (2.4-расм). Шундай қилиб, паст ҳароратли сепарациялаш жараёнининг динамик тавсифи бошқариш объекти каби ностационар характерга эга.

2.4 – расм. Ўтиш жараёни эгри чизиқлари.
Юзалар услублари бўйича ўртача узатиш функциялари аниқланди. Улар қуйидагича:
“Ростловчи орган 8 нинг сепаратордаги ҳароратга нисбатан ҳолати” канали бўйича:
(2.23)
“Ростловчи орган 8 нинг ДЭГни кириш нуқтасидаги ҳароратга нисбатан ҳолати” канали бўйича:
(2.24)
“Ростловчи орган 9 нинг ДЕГни кириш нуқтасидаги ҳароратга нисбатан ҳолати” канали бўйича:
(2.25)
“Ростловчи орган 9 нинг сепаратордаги ҳароратга нисбатан ҳолати” канали бўйича:
(2.26)
“Ростловчи турбодетандар 5 нинг сепаратордаги ҳароратга нисбатан ҳолати” канали бўйича:
(2.27)
“Ростловчи турбодетандар 5 нинг ДЕГни кириш нуқтасидаги ҳароратга нисбатан ҳолати” канали бўйича:
(2.28)
Шунда (2.23) – (2.28) узатиш функцияларининг параметрлари паст ҳароратли сепарациялаш жараёнини бориш режимидан келиб чиқиб, қуйидаги оралиқларда ўзгарди:
канали бўйича: , , _;
канали бўйича: , , _;
канали бўйича: , , _;
канали бўйича: , , _;
канали бўйича: , , ;
канали бўйича: , .
Олинган ўртача узатиш функцияларидан ПҲС қурилмаси ҳарорат режимини автоматик ростлашнинг автоном системасини таҳлил қилиш ва синтезлаш учун бошланғич материал сифатида фойдаланилди. Узатиш функцияларидаги доимий вақтлар ва кечикиш вақтлари минутларда ифодаланди.
ПҲС қурилмасининг структуравий схемаси автоматик ростлаш объекти сифатида 2.5 – расмда кўрсатилган.


2.5 – расм. ПҲС қурилмасининг структуравий схемаси: ва – сепаратордаги ва ДЭГ ни кириш нуқтасидаги ҳароратлар; , ва – мос равишда ростловчи органлар 8, 9 ва ростловчи турбодетандер 5 ларнинг ҳолатлари
Келтирилган схемага кўра қурилманинг математик модели қуйидагича ёзилади:

ёки матрица шаклида:
(2.29)
бу ерда: ва – ростланувчи катталиклар; ва – ростлагичнинг ростловчи таъсирлари (ростловчи органларни сурилиши); – ғалаёнли таъсир (юклама).
Шундай қилиб, ҳар бир ва ростланувчи катталик ўзининг ростловчи таъсирига ва “бегона” таъсирларга боғлиқ бўлгани учун автоматик ростлашнинг автоном системасини синтезлаш масаласи юзага келади. Автоматик ростлагичнинг автономлигини таъминлайдиган тенгламани қуйидаги кўринишда қидирамиз:
; (2.30)
бу ерда: ва – аниқланиши лозим бўлган узатиш функциялари; ва – мос равишда ва лар учун бошқариш таъсирлари.
Объект ва ростлагичнинг тенгламалари (2.29) ва (2.30) га мувофиқ берк АРС нинг қуйидаги структуравий схемасига эга бўламиз (2.6-расм):

2.6-расм. АРС нинг структуравий схемаси

Системадаги ўткинчи жараёнларни бошқариш таъсирлари – ва га нисбатан тадқиқ қилмиз. Шунда ни қўйиб, (2.29) ва (2.30) тенгламаларни биргаликда ечиб, қуйидагини ҳосил қиламиз:

ёки , бунда , ёки:
.
Ростланувчи катталик ни ўзгарувчиларга боғлиқ бўлмаслиги учун ва аксинча ни га нисбатан мустақил бўлиши учун А матрицанинг бош диагоналида ётмайдиган элементлари нолга тенг бўлиши зарур ва етарли.
Шундай қилиб, автономлик шарти қуйидаги кўринишга келади:

Тўртта номаълумли иккита тенгламага эга бўлдик. Улардан иккитасини, масалан, ва нинг қийматларини бериб, қолган иккита номаълумларини аниқлаш мумкин.
Турғунлик шартидан ва берилган ростлаш параметрлари сифати ва ни таъминлашдан келиб чиқиб, ва узатиш функциялари танланади.
Автономлик қурилмаси сифатида қуйидаги узатиш функцияларига эга бўлган интегралловчи – дифференциалловчи звенолар танланди:
(2.31)
(2.32)
Натижада уларнинг қуйидаги қийматлари аниқланди:

Автономлик қурилмаларининг параметрлари (2.31) ва (2.32), шу қурилмалар амплитуда-фазавий характеристикаларининг абсолют автоном қурилмаларнинг амплитуда-фазавий характеристикалари билан мос келиши шартидан келиб чиқиб иккита нуқта: ω=0 частотада ва системанинг ω=ω_p резонанс частотасида ҳисобланди [2,166].
Натижада қуйидагилар олинди:


Шундай қилиб, ПҲС қурилмасининг ҳарорат режимини автоматик ростлаш автоном системасини ҳосил қилувчи барча звеноларнинг узатиш функциялари аниқланди (2.7-расм).


2.7-расм. ПҲС қурилмаси ҳарорат режимини автоматик ростлаш автоном системасининг структуравий схемаси

Улар қуйидагича:

(2.33)
(2.34)
(4.35)
. (2.36)
Ростлаш системасининг структуравий схемаси 2.8–расмда келтирилган. Система юқорида аниқланган (2.23) – (2.28) звеноларнинг , узатиш функциялари бўйича моделлаштирилди. Ростловчи қурилма сифатида юқорида (2.33) ва (2.34) формулалари билан аниқланган ва узатиш функцияли пропорцонал-интеграл ростлагичлардан фойдаланилди. ва компенсацияловчи қурилмаларнинг узатиш функциялари ростланадиган ҳарорат нинг айирмаси ўзгаришидан ва ростланадиган ҳарорат нинг айирмаси ўзгаришининг эркинлик шарти бўйича аниқланади. Бунда ва – ҳароратнинг берилган қийматлари.

2.8-расм. Боғланган автоматик ростлаш системасининг структуравий схемаси
ва нинг берилган қийматлари ва турбодетандернинг ростланадиган диаметри ни ўзгартириш йўли билан ғалаёнли таъсирлар юзага келтирилди. Бунда ғалаён катталиклари қуйидагича бўлди: ; ; . бўлганда ҳарорат ўзгаришларининг 1 ва 2 эгри чизиқлари (2.9-расм) ингибиторни кириш нуқтасидаги ва паст ҳароратли сепаратордаги компенсация қурилмаси бўлмаган системадаги ҳарорат динамикасини, 3 ва 4 эгри чизиқлар эса компенсация қурилмаси бор системадаги ўша координаталар динамикасини тавсифлайди.

2.9-расм. θ_y1=2^oС (а) ва θ_y2=2^oС (б) бошқариш таъсирларида ўтиш жараёнлари: 1, 2 – автономлик қурилмаси бўлмагандаги θ₁(t) ва θ₂(t);

3, 4 – автономлик қурилмаси бўлгандаги θ₁(t) ва θ₂(t).
Юқоридагилардан кўринадики, ростлаш жараёни боғланган системада ҳам иккита бир контурлида ҳам турғун бўлади.