Повторное исследование работоспособности установки
После проведенного исследования работоспособности рассматриваемой установки, разработанной по типовому проекту ВНИИСтрома, пришлось полностью изменить ее технологическую схему (см. рис. 4.1.). Прежде всего, убрали футерованный циклон, а зону термоподготовки поставили прямо на зону обжига. Вся схема существенно упростилась. Обе зоны сделали не цилиндрическими, а коническими. Все потребители воздуха получили свои независимые нагнетатели. Уносимая из зоны термоподготовки пыль утилизировалась и возвращалась в сырьевой поток. Короче говоря, в новой технологии использовали все разработанные рекомендации.
Снова разработали новую модель, новый алгоритм расчета каждого заданного параметра в зависимости от комплекта внешних воздействий и снова провели численный эксперимент. В результате получили оценку вероятности работоспособности равную 0,68. При этом вероятность “козла” получилась нулевой.
В результате получили увеличение вероятности работоспособности с 0,22 до 0,68, т.е. почти в 3 раза, что, наверное, в принципе невозможно без применения разработанного нами метода и его инструментов. Главное его достоинство заключается в том, что он показывает ЧТО делать, ГДЕделать, а практическая реализация КАК делать - уже техническая задача, а не концептуальная проблема.
Применение метода исследования работоспособности установки производства керамзитового песка служило не ревизии, а созиданию. По существу результаты применения метода определяли решения, действия, поступки, направленные на увеличение качества ХТС. Здесь применение метода и его результаты были первичны, а практические решения технологического, схемного, процессного и т.д. плана были вторичными, были следствиями. Заметим, что об эффективности даже и не думали: сначала работоспособность, потом эффективность!
Замечание.Сейчас производство керамзитового песка в печах с псевдоожиженным слоем считается нерентабельным, так как цены на природный газ неимоверно выросли по сравнению с ценами в дореформенное время. Однако будем понимать причину этого роста цен на природные ресурсы - компрадорская политика правящей «элиты» и монополизм ГАЗпрома.
Но даже если цены на природный газ так выросли, то это совсем не означает, что надо выбросить на свалку саму технологию. Да, действительно, 80% всех затрат в себестоимости 1 м3 керамзитового песка (в дореформенных ценах) составляют затраты на энергию. Но это обычная ситуация для высокотемпературных технологий, печи всегда были нерентабельны из-за больших потерь тепловой энергии, трудностей ее утилизации. Но, ведь пока никто не отказывается от выплавки чугуна, стали, алюминия и т.д. А дело в том, что доходы от продажи изделий из этих металлов с избытком покрывают убытки от использования высоких температур, да и экономические расчеты для производства керамзитового песка ведутся локально – по стадиям, без учета доходов при строительстве домов.
В теории кибернетики существует простенькая теорема: оптимум системы никогда не совпадает с оптимумом своих частей. Следовательно, не существует холдинга, корпорации, комбината, фирмы, социально–экономической системы, все части которых одновременно рентабельны. Это - иллюзия, хотя и очень желанная. Уже пришло время региональным строителям снова вспомнить про замечательный строительный материал – керамзитобетон, особенно для Севера и Сибири, а, значит, понадобится керамзитовый песок, и наша работа по исследованию работоспособности ХТС будет полезна в будущем.
В нашей лаборатории было проведено исследование буровых отходов при нефте-газобурении на предмет производства мелкодисперсного керамзитового наполнителя для бетонов. Отходы взяли прямо из одного из амбаров в окрестности поселка Пыть-Ях недалеко от Нефтеюганска Тюменской области. Амбар - это просто пруд, который роется бульдозером. В этот пруд без всякой гидроизоляции начинают сливать буровые отходы, в которых содержится до 30% углеводородов. Нефть, оказывается, диффундирует в грунте со скоростью 5 м/год, а пластовые канцерогенные воды – 11 м/год. И таких прудов ровно столько, сколько кустов бурения скважин, т.е. сотни. Такие экологические «подарки» делаются для детей и внуков в нашей стране.
Лабораторные исследования показали, что буровые отходы вполне могут быть сырьем для производства керамзитового наполнителя.
Элементарные расчеты показывают, что если отогнать углеводороды из буровых отходов и продать их, то даже в ценах начала 90-х годов одна промышленная установка производства керамзитового песка полностью окупается за 1 год.
Системный подход к утилизации буровых отходов с помощью рассмотренной установки производства керамзитового песка позволяет не просто обезвреживать буровые отходы, а создать базу производства великолепного строительного материала – керамзитобетона, а затем развернуть строительство жилья. При этом создание новых амбаров прекращается, а буровые отходы сразу идут на производство керамзитового песка. Причем, в качестве топлива надо использовать спутные газы, которые до сих пор бездарно сжигаются в факелах около буровых. Интересно, что буровики, узнав о такой перспективе, сразу потребовали оплаты за спутный газ. Трудно удержаться советскому человеку от «халявы».
Заметим, что даже если наша установка будет выдавать брак, т.е. керамлит, то это тоже благо: его надо использовать для засыпки дорог и насыпки платформ для буровых установок. Причем, керамлит химически нейтрален (он напоминает дробленый кирпич) и потому вечен. В Тюмени практически нет песка и гравия, кругом одни болота, засыпку приходится привозить за тридевять земель и только зимой, когда господин Мороз делает дороги, и все это ложится на себестоимость добытой нефти или газа.
Но системное мышление не осияло еще сознание наших хозяйственников ни советских, ни тем более временщиков - «прихватизаторов».
4.2 Линия производства концентрированной серной кислоты под единым давлением из природной серы мощностью 700 тыс. т. / год [50,60]
В 1985 году ВНИИКомплект, в котором родился метод экспертизы работоспособности ХТС, предложил НИУИФу (сернокислотному отделу) провести исследование работоспособности разработанной ими новой установки мощностью 700 тыс. т/год концентрированной серной кислоты (К-700). Нам стало известно, что планирующие органы предполагают создать 7 таких производств, общая производительность которых должна удовлетворить все потребности СССР и его друзей.
Предложение было принято с большим интересом, нам оказывали всевозможную помощь, предоставляли недостающую в регламенте информацию.
Сама технология описана в [61]: в потоке сжатого воздуха сжигают природную серу, получается высокотемпературная смесь N2, O2, SO2, ее направляют в котел-утилизатор для получения водяного пара высоких потенциалов и продают пар насторону; далее проводят охлаждение технологического газа и доокисление SO2 до SO3 в контактных аппаратах. В связи с ростом температуры при доокислении технологический газ снова направляют в теплообменник и затем в реактор с катализатором. Доокисление SO2 в SO3 проходит только в слое катализатора, поэтому этого процесса в газоходах не будет (как это было в линии АК-72).
Трижды доокисленный технологический поток охлаждается перед абсорбционной колонной, которая будет орошаться слабой серной кислотой. На выходе из абсорбционной колонны технологический газ содержит N2, O2 и следы SO2, при этом имеет низкую температуру, необходимую для интенсификации процесса абсорбции в колонне, и высокое давление для этой же цели.
Авторы технологии захотели использовать потенциальную энергию большого давления технологического потока после стадии абсорбции. Они решили поднять температуру этого потока и использовать его в газовой турбине, на валы которой поставили компрессоры для подачи сжатого воздуха в печь на сжигание природной серы.
Для поднятия температуры газов, выходящих из абсорбционной колонны, их направляют в теплообменники, которые стоят за контактными аппаратами доокисления SO2 до SO3. Таким образом, энергия реакции окисления использовалась для увеличения термического потенциала газов перед газовой турбиной. Оказалось, что этой энергии не хватает, и пришлось установить топку для сжигания природного газа. После этого температура и давление технологического газа стали пригодны для использования газовой турбины в стандартном энергетическом агрегате марки ГТТ-12. При этом разработчики К-700, наверное, не подозревали, что эксергетический КПД газовых турбин не высок (0,5 – 0,6), следовательно, половина накопленной энергии выхлопного газа пойдет на отопление атмосферы.
ГТТ-12 - стандартное изделие энергетического машиностроения, очень хорошо себя зарекомендовало в энергетике, работало стабильно и устойчиво (при нормативном уходе, конечно), Этим обстоятельством решили воспользоваться технологи сначала ГИАПа, создавая линию АК-72, а затем уж и технологи НИУИФа. Причем, последних не насторожило то, что надежность АК-72 была очень низкая, и все время выходила из строя газовая турбина в ГТТ-12.
Изучение регламента на проектирование установки К-700 и рекомендации заказчика привели к тому, что множество заданных параметров свелось всего к двум – это расход дутьевого воздуха на сжигание природной серы с разрешенным диапазоном (-3% ¸ 0%) и температура выхлопных газов перед ГТТ-12 с разрешенным диапазоном ± 4%.
Обращаем внимание на беспощадно малые разрешенные диапазоны заданных параметров, их очень не просто стабильно держать даже в современной физической лаборатории, а не в огромной по мощности и интенсивности процессов промышленной технологической линии.
Размерность задачи, т.е. число искомых величин (функций от внешних воздействий), оказалась равной 29 без рассмотрения химизма, т.е. рассматривались только процессы переноса, гидродинамика и “железо”. Если в модель К-700 включить и химические превращения, то размерность задачи становится равной 45.
Множество внешних воздействий имеет 16 элементов, причем колебания расхода серы в печь и расхода природного газа в топку перед ГТТ-12 имеют амплитуду ± 2,5% от номинала, т.е. соответствуют классу точности измерительной и исполнительной аппаратуры, типичному для химической промышленности тех лет.
Вероятность работоспособности исследуемой ХТС, рассчитанная при условии воздействия только колебаний сырьевых потоков (серы и природного газа) и без учета химических превращений, оказалась равной 0,73, с учетом - 0,98. Подчеркнем, что здесь получены оценки вероятности работоспособности при “отключенных” остальных 14 внешних воздействиях (как и хотели заказчики). Одновременно, оказалось, что колебания расхода природного газа на порядок сильнее возмущают ХТС, чем колебания расхода серы.
Вероятность работоспособности К-700 с учетом в модели химических превращений и всех 16 внешних воздействий оказалась равной 0,43. Наиболее вредоносными из них оказались неточность определения коэффициентов теплопередачи в котле-утилизаторе после печи сжигания серы и в теплообменнике перед топкой для сжигания природного газа.
Найденная величина оценки вероятности работоспособности означает, что из 7 запланированных установок работоспособными будут какие-то 7 ∙ 0,43 = 3, а остальные 4 будут в состоянии отказа из-за выхода из строя ГТТ-12.