Диаграмма взаимного влияния факторов гибридной математической модели процесса каталитического риформинга

Эффективное управление процессом каталитического риформинга не возможно без использования математической модели процесса, построение которой, в свою очередь, затруднено необходимостью учета не измеряемых возмущающих воздействий и изменения внутренних свойств объекта.

На рисунке 1представлена диаграмма взаимного влияния факторов (параметров) процесса каталитического риформинга, при разработке которой предпринята попытка преодолеть недостатки существующих математических моделей с неполным аналитическим описанием.

В работе над диаграммой учитывался вычислительный аспект гибридной математической модели и определялась возможность описания параметров и связей между ними с помощью аналитических выражений.

Разработанная диаграмма включает в себя:

• - измеряемые параметры процесса, представляемые числовыми значениями.;
• - неизмеряемые параметры, представляемые в виде нечетких множеств. Данная категория параметров отмечена на диаграмме серым фоновым цветом.

Диаграмма учитывает возможность как аналитического описания связей между отдельными параметрами, так и представление этих связей в виде матриц нечеткого отношения. В первом случае, связи изображены сплошными линиями, а во втором случае - пунктирными.

Рисунок 1. Диаграмма взаимного влияния факторов процесса каталитического риформинга

Ниже содержится краткое описание управляющих воздействий, основных режимных координат процесса и координат, характеризующих качество протекания процесса, отражённых на диаграмме.

Первая группа входных координат диаграммы включает в себя параметры, представляемые в виде численных значений:

• Q_г1 – расход топливного газа в печи первой ступени;
• Q_г2 – расход топливного газа в печи второй ступени;
• Q_г3 – расход топливного газа в печи третьей ступени;
• Q_С – объемный расход сырья на входе в блок;
• Q_ЦК – производительность центробежного компрессора;
• Q_ВСГ – количество сбрасываемого ВСГ;
• T_вх1 – температура продуктовой смеси на входе в печь первой ступени;
• С_Н2 – концентрация водорода в ВСГ;
• ρ_с – плотность сырья.

Вторую группу входных координат составляют параметры, представляемые в виде лингвистического описания и подлежащие субъективной оценке со стороны оператора процесса риформинга:

• АК* - активн6ость катализатора;
• СП*₁ – состояние печи первой ступени риформинга;
• СП*₂ – состояние печи второй ступени риформинга;
• СП*₃ – состояние печи третьей ступени риформинга;
• KТГ* - качество топливного газа;
• KС* - качество сырья.

Условия протекания процесса и получение сырья заданного качества определяют внутрисистемные параметры:

• T_вых1 – температура продуктовой смеси на выходе печи первой ступени;
• T_вых2 – температура продуктовой смеси на выходе печи второй ступени;
• T_вых3 – температура продуктовой смеси на выходе печи третьей ступени;
• МС_В/С – мольное соотношение водород/сырье;
• λ_с – удельная теплота сгорания топливного газа;
• α₁ – коэффициент избытка воздуха на первой ступени;
• α₂ – коэффициент избытка воздуха на второй ступени;
• α₃ – коэффициент избытка воздуха на третьей ступени;
• k_g – коэффициент потери активности катализатора;
• i_П1 – энтальпия сырья на входе в печь первой ступени;
• К_пот1 – коэффициент потерь тепла в печи первой ступени;
• ΔT₁ – перепад температуры в реакторе первой ступени риформинга;
• T_вх2 – температура продуктовой смеси на входе в печь второй ступени;
• i_П2 – энтальпия сырья на входе в печь второй ступени;
• К_пот2 – коэффициент потерь тепла в печи второй ступени;
• ΔT₂ – перепад температуры в реакторе второй ступени риформинга;
• T_вх3 – температура продуктовой смеси на входе в печь третьей ступени;
• i_П3 – энтальпия сырья на входе в печь третьей ступени;
• К_пот3 – коэффициент потерь тепла в печи третьей ступени;
• ΔT₃ – перепад температуры в реакторе третьей ступени риформинга;
• KЦ_ВСГ – кратность циркуляции водородосодержащего газа;
• P – давление в реакторах.

Для упрощения структуры модели в её состав включены промежуточные переменные – «жесткость процесса» по каждой ступени. На эти переменные влияет большая группа как четких, так и нечетких координат. Жесткость по каждой ступени (Ж*₁, Ж*₂, Ж*₃) представляется в виде нечёткого множества и совокупно определяет обобщенную жесткость процесса (Ж*), обеспечивая количественную и качественную оценку условий протекания реакций риформинга. Обобщенная жесткость, напрямую, либо опосредовано влияет на выходные координаты:

• ОЧ – октановое число продукта;
• Д – условный доход;
• Q – производительность установки;
• Т – срок службы катализатора;

Представленная в статье диаграмма может являться основой для разработки гибридной математической модели процесса каталитического риформинга, позволяющей повысить эффективность управления данным процессом.