структурный синтез системы автоматического регулирования

XIX Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 7: Информатика и управление в технических системах
СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ УЗЛОМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА
ГЕКСАФТОРИДА УРАНА
Кубенский И.Р. Криницын Н.С. Надеждин И.С.
Научный руководитель: Криницын Н.С.
Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30
E-mail: [email protected]
В настоящее время на сублиматном заводе идеальный
характер,
т.е.
компоненты,
ОАО «СХК» проводится комплекс мероприятий поступающие в емкость, мгновенно смешиваются
по модернизации производства гексафторида с уже имеющимися в емкости. Это позволило
урана. Цель модернизации – освоение новой описать динамические характеристики газовых и
технологии
производства,
основанной
на твердофазных
потоков
дифференциальным
фторировании тетрафторида урана, который в уравнением вида:
свою очередь получается фторированием двуокиси
dG _ out (t )
T
G _ out (t ) G _ in
урана. Такая технология подразумевает создание
dt
дополнительной технологической единицы – узла где:
восстановления.
G_out – величина расхода выходного потока;
Узел восстановления (УВ) – первый элемент
G_in – величина расхода входного потока;
последовательности
аппаратов
в
V
модернизированной
технологической
схеме
T
– постоянная времени;
Vср.расх
производства гексафторида урана. Задача узла –
получение диоксида урана путем восстановления
V
–
объем
аппарата
занимаемый
закиси-окиси избытком водорода.
соответствующим продуктом;
Октаоксид триурана или закись-окись урана –
Vср.расх – средний объемный расход продукта на
фактически представляет собой соединение из
выходе.
одной молекулы диоксида и n молекул триоксида
При этом значение постоянной времени для
урана[1].
твердого продукта составляет Т1=2065сек, а для
газа – T2=2,25сек
U3O8 =UO2 nUO3
Характеристики
выходного
продукта,
Число n для сырья узла восстановления может
принимать значения в диапазоне от 1,8 до 2,2. В рассчитанные по модели узла восстановления при
загрузке,
совпали
с
среднем принято считать n равное двум. Таким стехиометрической
образом, получение диоксида из закиси-окиси характеристиками продукта, получаемого на ОАО
сводится к восстановлению триокиси урана «НЗХК» при идентичных условиях.
Количественной характеристикой работы узла
избытком водорода по следующей реакции:
восстановления
является степень восстановления
(1)
UO3 +H2 UO2 +H2O
триоксида.
Кроме
этого
предъявляемые
Аппаратная реализация представляет собой требования к согласованной работе аппаратов
горизонтальный аппарат, в который, с помощью производства гексафторида урана приводят к
шнекового питателя, загружается закись-окись необходимости поддержания величины массового
урана и подается газовая смесь, преимущественно расхода продуктов на выходе УВ на заданном
состоящая из водорода. На выходе аппарата уровне.
получаем твердый продукт, состоящий из двух- и
В
итоге
целями
управления
узлом
трех-окиси урана, а также смесь газов, восстановления являются::
включающую в себе водяной пар и избыток
Обеспечение
требуемой
степени
водорода. На основании анализа объекта была
восстановления исходных оксидов урана до UO2;
составлена информационная структурная схема
Обеспечение
требуемой
величины
узла
восстановления,
входными
потоками
массового расхода твердофазных продуктов на
которого являются массовый расход закиси-окиси
выходе УВ.
урана, а также объемный расход водорода. На
Наибольшее
влияние
на
регулируемые
выходе же основным параметром является
координаты оказывают такие параметры, как
массовый расход твердого полупродукта и доли
величина избытка H2 над стехиометрическим
UO2 и UO3 в нем.
количеством,
необходимым
для
полного
Используя составленную информационную
восстановления исходных оксидов, а также
структурную схему и уравнение (1), на основании
частота вращения шнека загрузки закиси-окиси.
материального
баланса,
была
разработана
Данные зависимости, рассчитанные с помощью
математическая модель узла восстановления,
разработанной математической модели УВ,
которая была реализована в среде Matlab. При
отображены на рис. 1 и 2.
этом было принято допущение о том, что
смешение компонентов внутри узла носит
264
XIX Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 7: Информатика и управление в технических системах
Рис.1. Зависимость массовой доли UO2 от
величины входного расхода водорода
В результате исследования технологических
процессов УВ, а также анализа методов синтеза
систем
автоматического
регулирования,
Корректи
рующий
блок 1
Рис.2. Зависимость массового расхода
полупродуктов на выходе от входного расхода
U3O8
разработана структурная схема САР УВ,
обеспечивающая
достижение
обозначенных
целей [2]. Схема приведена на рис. 3.
СHУВ2
GПУВ
GU3O8
УВ
мод _ mUO
2
УВ
уст _ mUO
2
СHУВ2
GU3O8
Регулятор
2
уст _VHУВ
2
х.р.о.
Регулятор
1
VH2
VHУВ
2
N U 3 O8
уст _ GПУВ
GПУВ
Шнек
загрузки
УВ
СГ 1
GПУВ
VHУВ
2
GU3O8
доб _ N U3O8
GПУВ Регулятор
3
расч _ N U3O8
Рис.3 Структурная схема САР
Стабилизация
степени
восстановления формирующим управляющее воздействие на шнек
УВ
загрузки УВ – NU3O8 на основании величины
исходных оксидов на требуемом уровне уст_mUO
2
(величина
которой
задается
операторомтехнологом) обеспечивается регулятором 2. По
УВ
разности желаемой уст_mUO
и рассчитанной по
2
модели
УВ
мод_mUO
2
степенях
восстановления
исходных оксидов рассчитывается требуемый
уст_VHУВ
объемный
расход
водорода
2
поступающего в УВ. Соответствие желаемого –
уст_VHУВ
и действительного – VHУВ
расхода
2
2
технологического газа на входе аппарата
поддерживается контуром стабилизации по
отклонению с регулятором 1, путем формирования
управляющего воздействия на регулирующий
клапан подачи водорода в УВ.
Задача поддержания величины массового
расхода продуктов на выходе УВ на требуемом
уровне
уст _ GПУВ
сигнала рассогласования желаемого уст _ GПУВ и
GПУВ
действительного
массовых
расходов
продуктов на выходе УВ.
Таким образом, в ходе выполнения работы
была разработана структурная схема САР узлом
восстановления высших оксидов урана. Система
обеспечивает поддержание заданных параметров
массовой доли диоксида урана в полупродукте, а
также
постоянство
выходного
расхода
полупродукта.
Список литературы:
1. Каляцкая Г.В., Маслов А.А. Химия урана Томск: Изд-во ТПУ, 2009г., 20стр.
2. Гурецкий X. .Анализ и синтез систем
управления
с
запаздыванием
–
М.:Машиностроение, 1974. - 328с.
решается регулятором 3,
265