Програмний модуль розрахунку станів систем оборотного водопостачання

Сучасні інформаційні технології / 3. Програмне забезпечення

к.т.н. Долотовскій І.В.

Саратовський державний технічний університет

імені Гагаріна Ю.А.

Програмний модуль розрахунку станів систем

оборотного водопостачання

Системи оборотного водопостачання промислових підприємств представляють складні комплекси, що включають теплообмінне обладнання технологічних виробництв, водоохолоджувальні пристрої (переважно градирні вентиляторного типу) і насоси для води. Тому для вирішення завдань ефективного планування, аналізу і прогресивного нормування споживання електроенергії для цього об`єкта за будь-який заданий проміжок часу з необхідним ступенем деталізації (апарат, установка, виробництво, підприємство) потрібне створення спеціалізованих інформаційно-аналітичних систем (ІАС), що враховують технологічну топологію підприємств, склад обладнання, режими експлуатації, техніко-економічні характеристики споживачів води і систем оборотного водопостачання.

Проведені теоретичні та експериментальні дослідження внутрішньовиробничих систем енергозабезпечення енергоємних промислових підприємств дозволили сформувати методологію оцінки та аналізу споживання енергоресурсів, водоспоживання та водовідведення, а також розробити комплекс показників енергетичної ефективності та математичні моделі їх розрахунку [1-2].

На основі цих досліджень розроблено програмний комплекс (ПК), фундаментальна організація якого базується на блочно-ієрархічному принципі і реалізована в окремих його компонентах - програмних модулях (ПМ), взаємопов`язаних між собою.

Основою кожного ПМ є програмне забезпечення, розроблене з використанням методу Stepwise Refinement - покрокового удосконалення, коли спочатку були визначені дані і способи їх обробки в цілому для системи енергозабезпечення, водопостачання або водовідведення, після чого процедура визначення здійснювалася в усі зростаючій мірі подробиці (виробництва, установки , апарати).

Програмний модуль розрахунку станів системи оборотного водопостачання включає наступні блоки (рис. 1):

інформаційні блоки структурованих даних

1 - основне водоспоживальні технологічне обладнання виробництв і установок;

2 - регламентні витратні норми технологічних і енергетичних потоків, водоспоживання та водовідведення;

1-7 - інформаційно-аналітичні блоки- I - IV -інформаційні канали

Рис.1 Структура взаємозв`язків блоків в ПМ

3 - питомий фактичне водоспоживання та водовідведення в технологічних установках - результат обробки фактичних показників виробництв за розрахунковий період часу;

інформаційно-аналітичний блок моделюють програм

4 - ієрархічно структуровані взаємопов`язані програми, виходи яких можуть використовуватися в інших ПМ ІАС і ПК.

Підсумковим результатом блоку в залежності від розв`язуваних завдань є баланс підприємства за розрахунковий період часу із зазначенням кількості спожитої води і відводяться стоків і / або фактичні абсолютні і питомі показники водоспоживання та водовідведення по обладнанню, установкам, виробництвам, підприємству;

інформаційно-довідкові блоки структурованих даних

5 - затверджені і розрахункові методики нормування водоспоживання та водовідведення на підприємстві;

6 - нормативно-методичні документи - структурована інформація у вигляді ГОСТів, РД, інструкцій, правил, вказівок, методик з питань енергозбереження та нормування водоспоживання та водовідведення;

7 - інструкції користувачеві ПМ і ПК.

Взаємозв`язок між блоками ПМ здійснюється по активізується каналах зв`язку I - IV (рис.1). При активізації каналу I користувач отримує доступ до структурованих даних по обладнанню з можливістю необхідних змін його характеристик. За інформаційному каналу II здійснюється введення витрат нормованих матеріальних технологічних потоків та інших вихідних даних.

Потім здійснюється активізація каналу III. за яким вводиться інформація про результати вимірів витрат води та електроенергії в характерних режимах роботи обладнання.

Виведення інформації здійснюється по каналу IV. який включає різні види балансів водоспоживання та водовідведення, і показники ефективності роботи елементів.

Робота з інформаційними блоками 5-7 здійснюється шляхом активізації каналу зв`язку V. коли вибирається текстова інформація - методики розрахунку і нормування, нормативно-методична документація або інструкції користувачеві, в залежності від рівня ієрархії об`єкта (апарат, установка, виробництво) для систем водоспоживання або водовідведення .

Слід зазначити, що II. III канали зв`язку можуть бути виходами інших систем (АСУТП і АСУП).

При автономній роботі з використанням ПМ і ПК введення інформації по каналах II і III може активізуватися користувачем у міру необхідності для коригування вже наявної інформації за попередній період.

Наведений ПМ має властивість розширюваності - у міру збільшення функціональних можливостей підприємства (реконструкція або модернізація виробництв, зміна номенклатури продукції, що випускається) в блоках ПМ можна внести необхідні зміни і доповнення. Крім того, при збільшенні вирішуваних завдань (наприклад, додаткового рішення техніко-економічних завдань) в ПМ додаються відповідні необхідні блоки. Так, при оптимізації водоспоживання залежно від змінних режимів експлуатації в якості цільової функції (критерію ефективності) приймаються річні експлуатаційні витрати. а оптимальний витрата води визначається мінімізацією функціоналу

,

де індексомобозначени змінні режими експлуатації, що відрізняються температурою повітря по сухому і мокрому термометрах і часом стояння цих температур-- ціна електроенергії, руб. / кВт? ч, і підживлювальної води, руб. / т, в систему оборотного водоснабженія-- потужність насосів води і вентиляторів градирень системи водопостачання, кВт-- технологічні та екологічні витрати в i-му процесі, де експлуатується водоохолоджувальну обладнання, руб. / ч-- витрата оборотної води в системі, т / ч-- частка втрат води з випаровуванням і винесенням, що залежить від типу водоохладітеля-.

Як приклад наведемо результати комплексної оптимізації витратних характеристик, включаючи витрати повітря в градирні, для системи водопостачання з одновентіляторной градирнею типу СК-400. Витрати води і повітря для базового варіанту системи дорівнюють відповідно 680 кг / с (номінальний) і 1800 кг / с (вентилятор «Нема»). Сумарна потужність встановлених насосів 480 кВт, вентилятора - 250 кВт.

Розрахунки виконані для умов V-й кліматичної зони Росії. Результати оптимізації витрат води та повітря для різних режимів експлуатації наведені на рис.2.

б)

Мал. 2 Оптимальні експлуатаційні витрати води і повітря в градирні

для двох інтервалів температур навколишнього повітря: а - -5 ... + 15 б -20 ... 30

З використанням розробленого ПМ розрахунку і оптимізації характеристик системи оборотного водопостачання пропонується застосувати стежить за витратою води систему автоматичного управління електродвигунами, засновану на перетворювачах частоти напруги живлення.

В технологічних системах енергоємних підприємств при переході до регульованого електроприводу насосів підсистем оборотного водопостачання, найбільша економія енергії буде досягнута, якщо витрати води в змінних режимах експлуатації підтримуються в діапазоні, при якому досягається мінімум сумарних витрат, в тому числі витрат на технологічні процеси - споживачі охолоджуючої води . Причому, економія за рахунок оптимізації витратних характеристик у багато разів перевершує власне споживання енергії електроприводом. Дана якість має особливе значення, оскільки багато технологічні споживачі і забезпечують їх системи оборотного водопостачання через низку об`єктивних причин функціонують з відмінними від оптимальних значень витратами води.

література

1. Ларін, Е.А. Енергетичний комплекс газопереробних підприємств. Системний аналіз, моделювання, нормування / Е.А. Ларін, І.В. Долотовскій, Н.В. Долотовская. - М. Вища школа, 2008. - 440С.

2. Долотовскій, І.В. Системний аналіз і підвищення ефективності енергетичного комплексу газопереробних підприємств (на прикладі Астраханського газопереробного заводу): Дис ... канд. техн. наук. - Саратов, 2009. - 249 с.

3. Система «Енергоресурс»: програма для ЕОМ № 2010615353 / Е.А. Ларін, І.В. Долотовскій, Н.В. Долотовская. - №2010613798- заявл. 29.06.10- зарегистр. 20.08.10.