Обрыв обратных положительных связей
Речь идет о недопустимости положительной обратной связи «головы» ХТС с ее «хвостом». Действительно, возмущения из внешней среды, нелинейно возрастая по ходу технологического потока, при такой связи снова возвращаются на вход ХТС. Смысл организации такой связи технологами совершенно прозрачен: увеличивается полнота превращения сырья в целевой продукт или происходит экономия энергоресурсов, или уменьшается экологическое давление ХТС на природу. Особенно такая связь неизбежна при стремлении технологов к созданию энерготехнологических установок, в которых все тепловыделения при химических и фазовых превращениях полностью используются на нужды самой технологии.
Установлено, что создание положительных обратных связей губительно для устойчивости и работоспособности ХТС. Однако можно предложить прием, позволяющий в принципе и экономить энергоресурсы, и не очень сильно уменьшить вероятность работоспособности ХТС. Действительно, рассмотрим технологическую схему установок АК-72 и К-700. После стадии абсорбции выхлопные газы имеют низкую температуру и высокое давление (для интенсификации и полноты абсорбции). Технологам стало жалко выбрасывать накопленную (потенциальную) энергию большого давления выхлопных газов. Поэтому они решили нагреть выхлопные газы до температур, которые пригодны для их использования в газовой турбине. На валы этой турбины поставить центробежные нагнетатели, компрессоры, которые будут подавать сжатый воздух в печи сжигания NH3 в линии АК-72 или серы в установке К-700. Так технологи создали жесткую положительную обратную связь «головы» и «хвоста» своих ХТС. Причем, нагрев выхлопных газов решено производить за счет теплоты окисления SO2 в SO3 (NO в NO2), а когда этой теплоты не хватило, то поставили топку для сжигания природного газа.
Суть предложения:разорвать положительную обратную связь. Электродвигатели центробежных компрессоров запитывать из региональной энергосистемы (как это сделали мудрые разработчики установки ДКДА), а на валы газовой турбины агрегата ГТТ-12 вернуть электрогенераторы, и отдавать электроэнергию в ту же энергосистему региона. Чтобы последняя не испытывала недопустимых возмущений от ХТС, на нее наложим дополнительные заданные параметры. Тогда обрыв положительной обратной связи не только увеличит меру устойчивости ХТС, но и существенно увеличит вероятность работоспособности, а введение дополнительных заданных параметров как-то ее уменьшит. Применяя метод исследования работоспособности ХТС, можно количественно убедиться в разумности предлагаемого компромисса.
7.5 Исключение параллельной запитки нескольких потребителей массоовыми потоками
Установлено, что гидравлика разветвленных параллельных сетей предельно неустойчива к малым изменениям сопротивления и размеров в любой ее части в связи с действием законов Кирхгофа и сильных нелинейных связей между параметрами разветвленных сетей. Суть предложения:каждому потребителю – свой источник.
Конечно, это потребует увеличения числа и разнообразия насосов, вентиляторов, компрессоров, их двигателей, увеличения числа фундаментов, да еще на нулевой отметке, удлинения газоходов и трубопроводов, увеличения числа и разнообразия арматуры, увеличения электропотребления, удлинения кабелей и увеличения числа электрооборудования. Но зато ликвидируются жесткие положительные обратные связи, увеличивается мера устойчивости и вероятность работоспособности ХТС.
7.6 Применение «ненужной» аппаратуры
При исследовании работоспособности установки К-700 обнаружено, что при существенных колебаниях температуры технологического газа около номинала перед абсорбером температура этих газов за колонной абсорбера практически не колеблется. Особенно, если последние тарелки абсорбера имеют автоматическую стабилизацию температуры орошающей слабой кислоты. Суть предложения:перед реакторами и аппаратами, которые имеют заданные температурные параметры с малым разрешенным диапазоном отклонения от номинала установить массообменную колонну. Она предназначена как «успокоитель» колебаний температуры, и заодно можно почистить технологический газовый поток от какой-то примеси. Здесь главное – отсечь колебания температуры технологического потока газа, которые генерировались внешними воздействиями до аппаратов с жесткими заданными параметрами.
Конечно, установка «не нужной» по технологии колонной аппаратуры вызовет протест у технологов, они назовут 100 причин и доводов против, укажут на возрастание текущих и капитальных затрат, на рост металлоемкости и энергозатрат.
7.7 Применение «ненужных» химических превращений
При исследовании работоспособности установки К-700 показано, что вероятность работоспособности установки с учетом химических превращений (0,98) существенно больше вероятности работоспособности без него (0,73). Объяснение этого обстоятельства находится в термодинамике или, точнее, в критерии стабильности термодинамики. Аналогом критерия стабильности термодинамики в физхимии является принцип ле Шателье-Брауна. На языке этой монографии это означает, что химические и фазовые превращения всегда образуют отрицательные обратные связи в ХТС, нивелируют пульсации термодинамических параметров технологического потока смещением равновесия. И это огромное благо для надежности систем. Суть предложения:для «нежных», чувствительных, неустойчивых процессов тепло-массообмена организовать в параллель «ненужный» процесс химического превращения. Это предложение серьезно рассматривалось при разработке установки пиролиза угля Канско-Ачинского месторождения: в угольную пыль, направляемую в струйный пиролизатор, добавить какое-то количество мела (CaCO3). Тогда пульсации температуры в пыле-газовой струе будут сглаживаться реакцией разложения или синтеза мела. Движение потока мела в установке организовать по замкнутому контуру.
Конечно, такое предложение вызовет протест со стороны технологов. Здесь они укажут, что надо заниматься отделением пыли мела и золы от технологического потока, что надо уметь смешивать два сорта пылей, а это действительно проблема, что необходима хорошая и дорогая пылеулавливающая аппаратура и т.д.