автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Моделирование, идентификация и управление по системным критериям качества ионообменными процессами водоподготовки

На правах рукотти

Солодянникова Юлия Владимировна

МОДЕЛИРОВАНИЕ, ИДЕНТИФИКАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ

ПО СИСТЕМНЫМ КРИТЕРИЯМ КАЧЕСТВА ИОНООБМЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ ВОДОПОДГОТОВКИ

Специальность: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Самара

17 ОКТ 2013

005535316

Работа выполнена на кафедре «Управление и системный анализ в теплоэнергетике» ф дерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего пр фессионального образования «Самарский государственный технический университе (ФГБОУ ВПО "СамГТУ")

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, зав. ка «Управление и системный анализ в теплоэнергетике ФГБОУ ВПО «СамГТУ» Лившиц Михаил Юрьевич

доктор технических наук, профессор, генеральный д ректор ОАО «Москанал НИИ проект» Пупырев Евгений Иванович (г.Москва)

доктор технических наук, зав. каф. «Машины и аппар ты химических производств» ФГБОУ ВПО «СамГТУ» Коныгин Сергей Борисович (г. Самара)

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технич ский университет им. Ю.А.Гагарина» (г.Саратов)

Защита состоится «22»октября 2013 г. в 13 часов на заседании диссертационного сове ФГБОУВПО «Самарский государственный технический университет»: г.Самара, ул. Г лактионовская 141, корпус№6, ауд. № 33

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного тех1 ческого университета по адресу: 443100, Россия, г. Самара, ул. Первомайская, д. 18, ко пус №1.

Отзывы на автореферат просим высылать в двух экземплярах, заверенных печатью, п адресу: 443100, г.Самара, ул.Молодогвардейская, 244, Главный корпус СамГТУ, учён му секретарю диссертационного совета Д212.217.03; тел.(846) 337-04-43, е-пш radch@samgtu.ru

Автореферат разослан 2013 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д212.217.03

Зотеев В. Е.

Актуальность. В современной промышленности широко используют водные ре-сы, которые редко отвечают требованиям прямого применения. Содержащиеся в во-природные примеси удаляют на водоподготовительных установках (ВПУ) - комплек-технологических процессов, обеспечивающих качество воды, соответствующего тех-1ческим условиям, санитарньш правилам и нормам. Это обуславливает важную роль У как подсистемы в системной структуре производства и потребления тепловой и ектрической энергии. Снижение качества очищенной воды приводит к огромным за-атам на восстановление не только основного энергопроизводящего оборудования но и хнологических систем потребителя - теплообменных аппаратов, трубопроводов. За-аты на совершенствование ВПУ оказываются во много раз ниже затрат на ликвида-•э последствий нарушений. Применение современных способов получения очищен-й воды, предложенных в работах ДМ.Живиловой, С.Б.Коныгина, сдерживается не-абильностью и неопределенностью качества исходной воды, технологических режи-в и конъюнктурных требований потребителя. Данной проблеме посвящены получив-ие широкое распространение работы Е.И.Пупырева по организации систем водопо-ебления и водоотведения.

Решение этой проблемы может базироваться на ее системном анализе с использова-ем системно-структурного математического моделирования и идентификации про-ссов водоподготовки с применением модели-идентификатора состояния в контуре си-емы управления ВПУ для её адаптации с целью эффективного управления в условиях определённости. Поэтому тема исследования, направленного на решение проблемы еспечения высокого качества, применяемой в промышленности воды, на базе систем--структурированного моделирования процесса водоподготовки, является актуальной.

Цель работы. Обеспечение стабильно высокого качества очищенной воды путём аптивного управления ВПУ с моделью-идентификатором состояния в контуре систе-ы управления на основе системно-структурной идентификации ионообменных процес-в.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи: . Разработана иерархическая системная структура водоподготовки. . Разработана система критериев качества ионообменных процессов при водоподготов-

. Разработана функционально ориентированная на применение в системах управления качестве идентификатора состояния математическая модель процессов ионного обме-а при водоподготовке.

. Разработаны методики идентификации математической модели процессов ионного бмена водоподготовки.

. Проведена верификация математической модели ионного обмена ВПУ на экспери-ентальной опытно-промышленной основе.

. Разработана автоматизированная система управления процессов водоподготовки в алоотходной установке подпитки теплосети крупной ТЭС, содержащая адаптивную истему управления качеством химочищенной воды с идентификатором состояния в онтуре.

Методы исследования. Методы системного анализа, теория ионного обмена, физической химии и электрохимии, идентификации, автоматического управления, математической статистики и теории вероятностей. Научная новизна.

1. Разработана и исследована системная структура процесса водоподготовки, отличающаяся от известных учётом и системным анализом внешних и внутренних факторов неопределенности знергопроизводства и энергопотребления, с целью научно обоснованного проектирования и управления водоподготовительными установками.

2. Разработана функционально ориентированная на применение в системах управленг в качестве идентификатора состояния математическая модель ионообменной водоподготовки, содержащая в своей структуре новые расчётные блоки математического моделирования водородного показателя, химсостава, электропроводности с учётом влият ионных пар и проверки электронейтральности, отличающаяся от известных своим системным характером и ориентацией на использование в системах управления.

3. Предложен метод расчёта электропроводности многокомпонентных растворов как объектов идентификации. Метод отличается от известных учётом влияния на электропроводность ассоциатов и обеспечивает возможность его применения для идентификации химсостава водных растворов.

4. Впервые разработана методика идентификации химсостава многокомпонентных растворов в потоках ионообменной водоподготовки, позволяющая по непрерывным наблюдениям косвенных параметров с высокой достоверностью определять химсостав потока.

5.Разработана автоматизированная система управления процессом ВПУ участка подпитки теплосети ТЭС, содержащая в своём составе адаптивную систему автоматического управления качеством химочшценной воды с моделью-идентификатором состояния в контуре, отличающуюся от известных обеспечением стабильного качества в условиях неопределённости и снижением затрат на собственные нужды.

Практическая значимость работы заключается: 1 .В определении необходимого состава и структуры автоматизированных систем управления ВПУ на основе системного анализа процессов ионного обмена при водоподготов-ке в промышленности вообще и в энергопроизводстве в особенности.

2. В обоснованной системной структуризации критериев качества водоподготовки и адекватной этим критериям структуре математических моделей ионного обмена, обеспечивающих достаточную точность и экономное использование вычислительных ресурсов как при автономном применении моделей в расчётной практике, так и при использовании их в составе идентификатора состояния в контуре адаптивных систем управления водоподготовительных установок.

3. В математических моделях водородного показателя рН, электропровоности, химсостава многокомпонентных растворов ионообменной водоподготовки и методах их идентификации по измерениям качественных параметров, обеспечивающих эффективный расчёт текущих и прогнозируемых показателей качества химочшценной воды и других текущих технико-экономических показателей.

4. В применении разработанных математических моделей для создания малоотход-

ных технологий ВПУ на ТЭС с многократным использованием регенерирующих растворов.

5. В применении на ТЭС малоотходной автоматизированной системы управления процессом водоподготовки в установке подпитки теплосети, содержащей адаптивную систему управления качеством химочищенной воды с идентификатором состояния в контуре.

Практическая полезность подтверждается включением результатов исследования в научно-исследовательскую работу ФГБОУ ВПО Самарского государственного технического университета в рамках государственного задания по теме «Оптимизация и энергоэффективное управление энергоемкими инновационными технологиями промышленной теплоэнергетики» (номер гос.регистрации 01125738520), справкой № СФ 15162/2008 от 15.09 2008г. о внедрении в опытно-промышленную эксплуатацию на предприятии ОАО «Волжская П К», актом внедрения в учебный процесс ФГБОУ ВПО Самарского государственного технического университета.

На защиту выносятся. 1. Иерархическая системная структура водоподготовки, включающая согласованную структуру критериев качества воды и математических моделей ионного обмена при химводоподготовке.

2. Функционально ориентированная на применение в системах управления в качестве идентификатора состояния математическая модель ионного обмена при химводоподготовке.

3. Методики идентификации локальных математических моделей ионного обмена при химводоподготовке по косвенным измерениям, содержащие новый метод учёта влияния ионных пар при определении электропроводности многокомпонентных растворов.

4.Адаптивная система автоматического управления качеством химочищенной воды

в малоотходной технологии химводоподготовки подпитки теплосети ТЭС с моделью-идентификатором состояния в контуре.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научной конференции «Наука и образование» в г.Коломбо (Шри-Ланка) 12-22 февраля 2010г., на Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» в г. Новосибирск 04-07 декабря 2008г., на Международной конференции «Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий» в г. Ялта Автономной Республике Крым 20-24 сентября 2012г., на VIII Международной научной конференции «Современные достижения в науке и образовании» в г.Париж (Франция) 28.04-05.05 2013г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 работ, в том числе 4 в рецензируемых изданиях из перечня рекомендованного ВАК. Получен патент на изобретение.

Лнчный вклад автора. В работах [1,3,8,10] диссертанту принадлежит: совместная постановка задачи, методы и алгоритмы системно-структурных представлений водоподготовки, критериев качества; разработка функционально-ориентированных моделей для использования в качестве идентификаторов. В остальных работах вклад диссертанта составляет равную долю с соавторами.

Структура и объем работы. Диссертация состоит го введения, пяти разделов, выводов и списка литературы, включающего 188 наименований. Работа изложена на 166 страницах, содержит 75 рисунков и 34 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы работы, определены цели и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость полученных результатов, основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе проанализировано влияние воды в системной структуре производственного процесса, а также требования, предъявляемые к качеству воды.

На основании анализа отечественных и зарубежных публикаций по системному анализу и управлению ВПУ в диссертации разработана иерархическая системная структура водоподготовки (рисунок 1), системная классификация ионообменных технологий водоподготовки (рисунок 2) и ионитов по их строению, структуре, фракционному составу и функциональному назначению (рисунок 3).

Исхогэиххеа* *

1-а СТАДИЯ (—

П7«г іркт*пк« ОЧКСТУ-1І

г.* стадия

ушнкк* £«з«сга * гяссо* скиремкяои состодаш

!-*СУП£НЬ

Угімхх* п;ю!«с«й осогі 100 «и

--------------------

□С

ЄЄГЧІП*

фкгат^ц

□С

рыболхдатпа» устройгт

т г.дступЬіГ

уяимхяе прю»с*к ріиюроя яют 100 яэс

с«иш*ятггэа__

I

_іоч»гт кгго»м «корьвск

^-+ .''.;"".:'—.тт-

м«ту» жруяу

3-* СТУПЕНЬ і КУОСЕ» ечкето от ы«х»шч*сисх грюмеіня колйекгсі

___________.« ......... икогослфкта« ¿кг» три СКСНПКІКПЛ г*?7?" .....

3-*СТАД!1Я соктур мксгсрагоіего . кссйздсшои рлстіорсі

и %ткггяикяи _

*

1-І СТЕПЕНЬ сбор о-туд 5отцзагх стскс»

ЇТСІЯ кикою«-таае фагатре*

сто»* зкпскях->шх ікптрсг

2-х СТУПЕНЬ! кскшятскр-

2-і ступень

ГОКСІКТСІф-

счи'»

отетек-

нкх

стгтоиквк

ГЮТООЕВЇЯ ЧІГКШ

фісатрхшя Ч«?« ЧТОЛКЫ» фкатри

Ї-» СТУПЕНЬ

оосгежиїдкк« есмзз

}-я степень

(Х^аожкикк» ГХЖЄС *КЄИ МІГ

КН* _

і.ж СТУПЕНЬ сокор«* игясга. :гцка> растьсра

-і СТУПЕНЬ

•.паро-фісатрддкг

¡«аїрі-

«ко-

ііеатрздз«

ксхюдо гомш

га;гГістгіа (ФСД?

ЇТСГУПЕНЬ гкя

г»

¡-я СТУПЕНЬ

СОТУ

гвгоовок*

ІШШ

Рисунок 1. Иерархическая структура водоподготовки.

Эти структуры позволяют проанализировать иерархическое влияние факторов неопределенности каждой стадии водоподготовки на результирующие критерии качества очищенной воды. Полученные в первом разделе результаты обосновывают необходимость системно-структурированного математического моделирования для непрерывного контроля и адаптивного управления качественными показателями технологических потоков ионообменной водоподготовки в условиях неопределённости.

Во втором разделе проведен системный анализ основных показателей коррози-онно-накипных свойств воды, которые используются в соответствующих системах

рования процесса ХВО. Структура критериев лежит в основе системного анализа ионообменной ХВО как объекта управления. Критерии качества являются фактором, определяющим управляющее воздействие. Для отражения зависимости критериев от химсостава (рисунок 4) в описании технологического процесса ХВО как объекта управления вводятся векторы:

• состояния потока Сп = [Сл, Ьп,Рп, (Сг)п, (С2)п,..., (Сг)п,.., (Сл)„];

• химического состава потока (Сг)„ = [(С1)п, (С2)Т1,..., (Сг)п,.., (Сй)п];

• непрерывного наблюдения (Сн)„ = (СпДп,рп,рЯ„,д:п);

• качества потока (Ск)п = [(/к)„, (1ь)п, (/¿хЭп- (НаСаБ0^п,рНп,хп, (Ж)п, (Щ)п)] Здесь и далее: (Ж)п - жёсткость, п- номер потока. Определение вектора непрерывного наблюдения и вектора состояния потока проводится на базе: уравнения массового баланса интегрального потока; закона электронейтральности; предположения о равенстве концентраций ионов в разных потоках; гипотезы стационарности концентраций; постоянных скорости и ускорения их изменений.

ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОТОКОВ

Т

оценочные

¡РАСЧЕТНЫЕ

КО«2«ЯТ-рацк* Охьба-го»;Сю

««очиосту-11 ?1с:«хе

Щакакя** 1к

1

Инзюх

Ларсо-

ка-Сколь

гаТи

кокпект-

рлша

яагтм;

сскшкт-рюа ноког «о-еорсга:

с.к

кокаект-. сгси* 6н-кмоока-гаС«»,

коявыгг-

раишд

гзрбе-

язтзиСсо»

кпссекг-рашм гкгратх: С-.м

Икемгс «арбо-язткын Пе_

ярошг» ггкк* зк-

ТИХИОС-

так кокс»

Рисунок 4.0сновные 1ртгерш коррсгсионно-нагипньк свойств воды В третьем разделе сформулирована и решена задача разработки и идентификации функционально ориентированной на использование для управления математической модели ионообменной водоподготовки (ФОМ). Процесс ионного обмена как объекта управления представлен в достаточно общей форме:

(Сг)п = Т0(й) + (1)

где: ~~ оператор связи, и0 - случайная погрешность, й - вектор управления

(определяется технологией ХВО-подмес, соотношение потоков, условия регенерации.

В ходе идентификации необходимо вектор Сг выразить через вектор наблюдений Сн , зашумленный погрешностью наблюдений vн:

(c;)n = FнÍCИ)n+v}t (2)

В водоподготовительных технологиях на базе ионного обмена непрерывно наблюдаемыми показателями качества обычно являются рНп нХп- Соотношение (2) при этом принимает форму:

(с;) = рп{рнп,хп)т +0РяЛ)г- -(3)

Здесь: 1рН - погрешность наблюдения рНп; 1Х- погрешность наблюдения идентификатор состояния должен быть асимптотическим и реализуемым в предела

заданного

времени 0< Тзад < оо так, чтобы соблюдалось условие квазисгационарно-

сти и состоятельности оценки вектора химсостава:

ИШ|| (С*)п - (С~г) || < £3ад , (4)

где: £ззд - заданная допустимая погрешность. Поставлена задача идентификации не доступных прямому измерению концентраций компонентов минерализации по интегральным показателям качества рН и х-Решение этой параметрической обратной задачи требует формирования ФОМ, отличающейся идентифицируемостью и наблюдаемостью параметров, непродолжительным временем получения прямых решений, устойчивостью и корректностью вычислительных процедур. Структура ФОМ (рисунок 5) в соответветствии с (3) строится на основе предложенных автором методик расчёта рН и компонентов щёлочности, ионных пар, электропроводности компонентов минерализации с использованием априорной информации о потоке.

Априорная информация о потоке определяет область Пс допустимого химического состава, которая ограничена диапазоном изменения концентраций химических элементов, функциями структурной связи и вектора наблюдений, максимальными и минимальными значениями рНп и хп-

Дальнейшее сужение области допустимых значений компонентов минерализации (Сг)п моделируемого л-го потока производится путем корректировки априорных данных моделирования рН.

Методика идентификации компонент щелочности по модели рН (рисунок 6) опирается на константы диссоциации угольной кислоты по первой К1 и второй

К11 ступеням: „Д

Рисунок 5. Структура ФОМ и методика ее идентифіскации.

,Д

-Рн

2Д -.

гсоI

к

А

10

грн

"нсоз - ю-рн+к' ' "н2со2 - 10~рн+кI » "соГ _ Ю-р»+ки ' "нсоз ~ 10-рн+ки > где: а^со~, а^о2-, а^СОз- относительные величины активностей гидрокарбонатов,

карбонатов и угольной кислоты соответственно.

Оценки погрешностей вычислений определены через функции чувствительности изменения Дар концентрации иона г от рН и не превышают неустранимых значений погреш-ности рН-метров. Экспериментальная проверка в ходе опытно-промышленной эксплуатации показала, что невязки рН между расчётными и измеренными величинами составили: у фильтрата в среднем менее 0,31%, у химочшцен-ной воды-менее 3,2%, индекса карбонатного менее 2%.

Предложенная в диссертации модель удельной электропроводности х с учётом

~С ШТХ-О у-

ХЮЯ4ІТ? порют: визшя Сг.рНД У

«сзоопшаск сркберсі; рК,!

ЙСЄЇ.іЄКІ ««ироияясгльаости,

. д»

Вкесгкий го.трмоі-І

обдаст аопуеаоаас иачаний |

ІРІСЧЙГ: і * с©» ^ечёгСся-^со,» рн::.

- '-Т-" Т

4>тсчч-;>жі сслггакжтсЕ

Нет

СйаЮ

Рисунок 6, Блок схема модели рН и методики ее идентификации.

АЛг= ) ¡0,78——г— + 26,912,

Г=1 4

і+У?

ионных пар (рисунок 7) опирается на закон Кольра-уша о независимой миграции ионов (закон аддитивности) и в отличие от известных моделей учитывает влияние катафоретических и релаксационных эффектов по формуле Онсагера: Хг=Х?-Яс?)°'5 ,где: 5 -«Онсагеровский наклон». По модели рассчитывается электропроводность произвольного /¡"-раствора: я

Хк = - ДЯгсги), (5)

г=1

где: у1°- молярная электропроводность иона г при бесконечном разбавлении; с? -концентрация иона г за вычетом ионных пар, содержащих г, таких как СаБО°, СаС0°, СаОН+, ЫаОН0 и других; АХТ - поправка на молярную электропроводность по формуле Онсагера

■2г+2г

0,5

(С?)

Ил 0,5

(6)

где: 2Т и - зарядовые числа иона г и противоиона электролита; q - расчётный коэффициент. Значения концентраций ионов О, с), С/ уточняются итерационно по невязке ионной силы раствора с учетом ионных пар | — Ч/г_1\ < 8ф.

Параметрическая идентификация модели химсостава потока производится целенаправленной подстройкой ее параметров по критерию идентификации к допустимо-

У;

-/

Ьс-х*)2

X*

йт

(7)

му уровню отклонений вектора химсостава модели (С^)п(т) и технологического потока (Сг)п(т), где х* и/-расчетное и измеренное значение электропроводности соответственно.

сети (ПТС) иллюстрируется рисунком 9.

Определены невязки £РН = рН - рН* и £х = X - X* между измеренными рН, X и расчетными рН*, х* значениями фильтрата.

Для использования статистического критерия Стьюдента о допустимости гипотезы применения методик идентификации моделей рН их использованы минимальные (V)™ = Ч(£рн)тт), (Д*)лип = Я((ех)шп) и максимальные (V)™« = Я((£рн)ш»), (Я*)™« = Ш£х)тах) отклонения расчетных ^ от измеренных, вычисленные по соотношениям:

«Оря) =

ьрН

N ■

iV

N

(И) (12)

количество опытов;

где: 0(ерН) и О - дисперсии отклонений; N -

(.Ерн) тт(тах) = | рН-рН* 1тят(пгадс) и тСп(тах) \х~х \ тт(тах)

Экспериментальное исследование модели рН включает в себя 3 выборки по 30-Н70 опытов. На рисунке 9 приведена выборка №2 из 35 опытов.

Статистические критерии о допустимости гипотезы из таблицы г-распределения Стьюдента при уровне значимости а = 0,05 (5%). Для выборки №2 г = 2,037:

|(MmJ=1'307' КЫ

|= 0,249.

Результаты исследования модели электропроводности включают в себя 7 выборок. I рисунке 10 приведены результаты по 2 выборкам объемом 3 Он-35 опытов.

Э«

О

ft. 3.4 с 33

ВЫБОРКА Кй

ш§ш

выборка №

Л, ' j /Ч

W fj

10

25 30

5 10 15 20 №пробы

Рисунок?. Значения pH: 1-измеренный pH; 2 -расчетный рЙ*

о

Sä

о

is 20 кгшош

выборкам*

25 s3

40

И so

13J0

I™

о

fhtejjli

10

15 20 25 Ifs ПРОБЫ

го 40

Рисунок 10. значениях: 1- шмереннаяХ» 2-расчетеая X*

Для выборки №2 z=2,080: |(Л)та*|=1>97> |(Rx)m J=0'55; для выборки №4 г= 1,994:

Ifj? ) 1=196 |СЯ„1 1=1.37. Гипотезы о правомерности математической модели

X-'max I ' ' lv *'mini качества потоков по рЯ и по j можно считать справедливыми.

На рисунке 11 представлена поверхность отклика при идентификации модели демонстрирующая необходимость использования модели pH и априорных данных для выбора начальных условий.

Верификация математической модели химсостава потока, построенной методом

Ньютона, произведена по тестовым растворам NaHC03, Na2C03 Na2S04,

NaCl.NaOH, HCl, H2SO, с известным химсоставом. Результаты показывают, что средняя невязка \ех\ <1%. Верификация методики математической модели химсостава потока, построенной методом С.Качмажа, по тем же тестовым растворам, показывает среднюю невязку 1^1 <1%. На произвольных растворах с шестью ионами: кислой среды с рН < 3,6, нейтральной среды с 3,6 <рН < 8,36, щелочной среды с 8,36 < рН < 12,5, метод С.Качмажа показывает высокую сходимость -< 1,6%.

Таким образом, различными методами в условиях промышленной эксплуатации установлено, что отдельные блоки и ФОМ в целом удовлетворительно отражают химсостав идентифицируемого потока.

В пятом разделе рассмотрены системно-технологическая характеристика устано вок подпитки теплосети (ПТС) ВПУ с Н-катионитными фильтрами, специально разработанным декарбонизатором и подмесом исходной воды для получения требуемого индекса карбонатного химочищенной воды (4)гов.. Разработана структура функций и задач распределенной иерархической трёхуровневой АСУ ТП ХВО ПТС, содержащей 5 систем автоматического управления (САУ). Предложена оригинальная двухуровневая системная структура алгоритмов как база специального программного обеспечения для реализации типовых законов регулирования. Контур САУ качеством подпиточной воды содержит идентификатор состояния, который базируется на ФОМ включающий: математическую модель рН для определения компонентов щёлочности; математическую модель концентрации ионных пар; математическую модель электропроводности; математическую модель химсостава; математическую модель индекса карбонатного (рисунок 12).

Задача идентификации заключается в корректировке вектора состояния (Сг)хов(т) с Целью минимизации рассогласования е = (ерН; £-х). Критерием качества получаемой химочищенной воды в САУ принят индекс карбонатный химочищенной воды (/¡J)X0B, который определяется зависимостью: (/к)*ов = (С^е)хов ■ (СдС0з) , т.е.

является функцией концентраций (Сг")хов. Концентрация кальция после смешения химочищенной и исходной воды (C¿a)X0B:

(Qa)xoB = 9п ■ (QJ„в + (1 - 5п) * (C¿a)ф. (13)

Концентрация гидрокарбонатов после смешения химочищенной и исходной воды:

(Сисо3)тв = Зп ■ (Cñco3)m + (1 - 5п) • (аСОз)ф , (14)

где: (Сса)т, (Снсо3)ив> (Сся)ф, (сясо3)ф - концентрации кальция и гидрокарбонатов исходной воды и фильтрата, дп- доля подмеса исходной воды.

Рисунок 11. Поверхность отклика е расчетной зпекгропроводностк раствора HjS04

і и

, «ЇМ

система регулиро, взния подмесом

исходная вода

дискретные наблюдения

периодическая корректировка ■ ФОМ

г - »

периодическая

1 ф* корректировка * ^ 1 ФОМ

Йіс

ионитнье-1

фильтров

ДОПУСТИМЫЕ НЕВЯ5И1

МАГЄМЛГйЧЕСЮад МОДЕЛІ, р»:_

ИАТЄМОТ1ЧКЖ4Я ИЗДЕЯЬ

ИОННЬКПАР (С)і/

нСТЕМАттескАЯ іадиь (сг) аваатопгоюдюсти %

МЬТЕИАТИЧЕСК« МОДЕЛЬ

ХИИСОСТА6А (С/)'

»ТЕтТИЧККАЯ ВЗДЕЯЬ «1ДЕКСА КАРЄО к»,тю го

'хс-в

тішшштг

конигкьо: фильтров ВПУ

их

*Х0в

Рисунок 12. Структурная схема адаптивнойСАУ регулирования качества подпиточной воды с кдентаикатором состояния Критерий качества (4)Х0в представляет пшерповерхность в многомерном пространстве компонентов минерализации, для анализа процедуры идентификации в ходе управления построены трёхмерные сечения этой гиперповерхности относительно £,к (рисунок 13):

8к

2

= (£'Лов = V

'(.¡к) хов а;) X

(15)

(^с)хов '

Анализ гиперповерхностей отклика показывает наличие локальных экстремумов и овражных областей, что требует тщательного выбора начальных условий. Этим условиям отвечает алгоритм С.Качмажа, который обеспечивает высокую скорость сходимости на фоне помех измерений. Динамику объекта управления в САУ качеством химочихценной воды на основании известной модели идеального вытеснения для цилиндрического смесителя можно описать двумя последовательно соединенными звеньями: транспортного запаздывания и апериодического звена первого порядка.

Рисунок 13. Поверхность отклика критерия ¿¡г

Следовательно, передаточная функция объекта примет вид:

,-ртз

WoyiV)

коуе

Щ)

\\4ip)

Xs»

.ф-JkiM

Тр +1 ™

Диапазон значений коэффициентов передачи объекта: коу-0,195-1,43; диапазон изменения постоянной времени Г=90"Н30 е., времени запаздывания т3=5(Н-200 с.

В состав ВГГУ включен модифицированный пропорционально-интегральный (ПИ)- регулятор, с переменной структурой, сочетающий релейный и ПИ законы регулирования. Задача синтеза ПИ-регулятора решается применением альтернансного метода Э.Я.Рапопорта для определения оптимальных настроек А(Кр, T,J , миниминизирующих реактивность системы управления. Расчетная схема (рисунок 14) отвечает уравнениям для трансформант Лапласа: г(р) = И/„(р)и(р) + Ww (p)w(p), (17)

u(p) = -K(p,A)z(p)W0C(p), (18)

где: z(p) - управляемая переменная; Wu(p)vi Ww (р) - передаточные функции объекта управления по управляющему и возмущающему воздействиям; и(р) и w(p) - управляющее и возмущающее воздействия; А = (Кр; Ги)- вектор настраиваемых параметров - коэффициента Кр и постоянной интегрирования Ти - ПИ-регулятора:

JWtKjpj

Рисунок 14. Расчетная схема синтеза ПИ-регулятора.

К(р,А)

Кр(Тир + 1)

_ "р

*up

; wu(p) = wM{i + rlc(p))

(19)

К ы-

, Ту=300~900 сек. Определение параметров Кр и Тц ПИ-регулятора со-

ТцР + 1

ставляет задачу параметрического синтеза, которая сводится к поиску двухмерного вектора параметров регулятора, минимизирующего максимум АЧХ номинальной системы по возмущению:

Жи'Осо)

тах/р (Д) = ЦАЛ^ш^о), Д)|| = тах

1 + W,u0(jc9)/fOffl,A)Woc(j®)

(20)

где \У0(.(],о)) - АЧХ канала обратной связи САУ (рисунок 15).

Вариационная задача (19) для рассматриваемого случая сводится к решению системы уравнений, ц - допустимая вариация показателя колебательности М:

Wu(jw)K(A,jcj)

1 + Wu(jco)K(A,ja))

цМ

1 + (1 + Л)

(21)

\Wzw(ja),A)\ -Ш) = 0,

(22)

д дм

Wu(jw)K(AJa))

1 + Wu(jco)K(AJco)

дси

\Wzw(j(o,A)\ ~ 0,

det

dWu(jw)K{A,ju))/l + Wu(jco)K(A,ja)) d\Wzw(jco,A)\

дА ' дА

Результаты демонстрируют качественную работу системы (рисунки 15-18)

(23)

О 0.005 О,©і5 0.025 О ОЗ

Рисунок 13.АЧХСАУ с расчетными парамерами Пи-регупягора

0,006

о <т

О 200 400 600 800 1000 о 500 1000' 15!» 2000 2300 Рисунок 16, Переходный процесс системы управления по заданию и по возмущению

о и

ж т т т

т т не

Рисунок ^.Экспериментальный процесс САУ Рисунок 18. Изменение индекса расхода на подмес по возмущающему карбонатного; 1- заданный «к) воздействию. измеренный ЛЛ»,

Основные выводы и результаты

1. Разработаны и исследованы иерархическая системная структура водоподготовки, система критериев качества, система классификации ионитов с учетом внешних и внутренних факторов.

2. Разработана функционально ориентированная на применение в системах управления в качестве идентификатора состояния математическая модель процессов ионного обмена при водоподготовке, содержащая в своей структуре новые расчётные блоки математического моделирования водородного показателя, химсостава и электропроводности с учётом влияния ионных пар, отличающаяся от известных системным характером и ориентацией на использование в системах управления.

3.Разработана и исследована и экспериментально проверена методика идентификации

0,014 0,012

0.01

химического состава технологических потоков ВПУ на основе ФОМ химсостава потоков с учетом образования ионных пар.

4.Разработана АСУ процессом ВПУ ПТС крупной ТЭС, содержащая в своём составе адаптивную систему автоматического управления качеством подпиточной воды с моделью идентификатором состояния в контуре.

5.Проведена верификация математической модели ионного обмена ВПУ на экспериментальной опытно-промышленной основе.

Основные положения диссертации опубликованы в работах: Статьи в изданиях из перечня ВАК:

1. Солодянникова Ю.В. Основные принципы построения систем химико-технологического мониторинга как подсистем АСУ ТП ТЭЦ [Текст] / Ю.В.Солодянникова, А.Б.Ремезенцев, А.Г.Салов, В.Е.Серенков // Вестник СамГТУ. - N20 - 2004. -С.169-173.

2. Солодянникова Ю.В. Обескислороживание химически очищенной и обессоленной воды [Текст]/ Ю.В.Солодянникова, А.А.Кудинов, О.В.Цабилев, Д.В.Обухов // М. Электрические станции,- - №12 - 2008. - С.42-45.

3. Солодянникова Ю.В. Системные принципы выбора технологии водоподготови-тельных установок ТЗС[Текст] / Ю.В.Солодянникова, М.Ю. Лившиц, В.В. Солодян-ников // М. Энергосбережение и водоподготовка. - №5 - 2009. —С.9-11.

4. Солодянникова Ю.В. Снижение отходов при производстве химически очищенной и обессоленной воды[Текст]/ Ю.В.Солодянникова, В.В.Васильев, О.В.Цабилев, Ю.С.Киселев // Энергосбережение и водоподготовка - №4 - 2010. - С. 8-12.

Другие издания:

5. Солодянникова Ю.В. Метод глубокой очистки воды от растворенного кислорода с использованием каталитического его восстановления на палладиевом катализаторе [Текст]/ Ю.В.Солодянникова, А.А.Кудинов, Д.В.Обухов // Межвузовский сборник научных трудов «Повышение энергоэфективности зданий и сооружений». - Самара. СГАСУ. - №3 - 2008. - С.221-229.

6. Солодянникова Ю.В. Деаэрация воды путем восстановления кислорода на палладиевом катализаторе [Текст]/ Ю.В.Солодянникова, А.А.Кудинов, Д.В.Обухов // Труды Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации». - Новосибирск. НГТУ Ч.З. - 2008. - С.126-128.

7. Солодянникова Ю.В. Deoxygenation of chemically purified water at thermal power plants [Текст]/ Ю.В.Солодянникова, А.А.Кудинов, О.В.Цабилев, Д.В.Обухов // Power technology and engineering - №2-2009. -C.9-11.

8. Солодянникова Ю.В. Системный подход к проектированию автоматизированных технологий водоподготовки [Текст]/ Ю.В. Солодянникова, М.Ю. Лившиц, // Труды Международной конференции «Проблемы управления и моделирования в сложных системах» - Коломбо, Шри-Ланка. - 2010.- С.5.

9. Солодянникова Ю.В. Автоматизированные малоотходные водоподготовительные технологии в энергетике и промышленности/[Текст]/Ю.В.Солодянникова, М.Ю.Лившиц, Ю.Э.Плешивцева, В.В. Солодянников, // Труды VI Международной конференции «Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий». - Большая Ялта, Автономная Республика Крым. - 2012.- С.5-7.

10. Солодянникова Ю.В. Системно-структурное моделирование и управление водо-

подготовкой на ТЭЦ [Текст]/ Ю.В.Солодянникова М.Ю.Лившиц, // Сборник трудов VIII Международной научной конференции «Современные достижения в науке и образовании» - г.Париж (Франция). СНИО Украины. - 2013. - С.36-39.

Авторские свидетельства и патенты: 11. Патент на изобретение № 01386574 СССР. Разработка и внедрение декарбониза-тора вакуумно-эжекционного типа / Ю.В. Солодянникова,Г.К.Родюшкин, И.Б.Пужай-Рыбка.-1988.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д 212.217.03 (протокол №6 от 30. 08.2013г.)

Формат 60x84 716. Усл. п.л. 1,00. Тираж 100. Заказ №825

Отпечатано в типографии Самарского государственного технического университета 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Корпус №8

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

СОЛОДЯННИКОВА Юлия Владимировна

МОДЕЛИРОВАНИЕ, ИДЕНТИФИКАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ

ПО СИСТЕМНЫМ КРИТЕРИЯМ КАЧЕСТВА ИОНООБМЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ ВОДОПОДГОТОВКИ

Специальность: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)

УНИВЕРСИСТЕТ»

04201365096

На правах рукописи

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор Лившиц Михаил Юрьевич

Самара - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..........................................................................................5

1. Водоподготовка в системной структуре производства электрической и тепловой энергии.......................................................................... 11

1.1. Роль воды как системного элемента в производственном процессе тепловых электрических станций (ТЭС)...........................................................11

1.2. Методы промышленной водоподготовки.............................................14

1.3. Предварительная очистка воды........................................................20

1.4. Деминерализация воды...................................................................25

1.4.1.Основы ионного обмена в процессе водоподготовки.............................25

1.4.2. Способы осуществления ионного обмена..........................................32

1.5. Структура и схемы ионообменных установок......................................44

1.6. Системно-технологическая характеристика установки переработки и утилизации стоков........................................................................53

1.7. Системные проблемы управления технологическими процессами ХВО.....54

1.8. Выводы по разделу 1......................................................................57

2. Системный анализ химводоподготовки как объекта управления...............59

2.1. Показатели качества ХВО и оценки коррозионно-накипных свойств технологических потоков ВПУ........................................................59

2.2. Управление ХВО с применением лабораторного химического анализа......75

2.3. Потоки ВПУ в пространстве состояний..............................................76

2.4. Выводы по разделу 2.....................................................................86

3. Разработка и идентификация системно-структурной математической модели ХВО функционально ориентированной на управление.................87

3.1. Особенности идентификации ионообменных процессов ХВО..................87

3.2. Управление с применением идентификатора качества потока...................89

3.3. Общая характеристика функционально ориентированных математических моделей (ФОМ)............................................................................92

3.4. Априорные данные о состоянии потока..............................................94

3.5. Модель водородного показателя рН................................................97

3.5.1. Методика моделирования.............................................................102

3.6. Модель удельной электропроводности раствора %.............................106

3.7. Модель ионных пар....................................................................110

3.8. Моделирование химсостава потока................................................112

3.9. Выводы по разделу 3..................................................................121

4. Верификация функционально ориентированной математической модели потоков ХВО в эксплуатационных условиях....................................123

4.1. Экспериментальная установка......................................................123

4.2. Верификация математической модели водородного показателя

рН потока.................................................................................125

4.3. Верификация математической модели электропроводности ^потока... .129

4.4. Верификация математической модели химсостава пока ХВО...............138

4.4.1. Верификация математической модели химсостава потока, построенной

с применением метода Ньютона....................................................138

4.4.2. Верификация математической модели химсостава тестовых растворов, построенной с применением метода С.Качмажа.................................141

4.4.3. Верификация математической модели произвольных растворов методом С.Качмажа................................................................................142

4.5. Выводы по разделу 4...................................................................145

5. Автоматизированная адаптивная система управления технологическим

процессом водоподготовки в установке подпитки теплосети (ПТС)........147

5.1. Системно-технологическая характеристика установок подпитки теплосетей (ПТС).......................................................................147

5.2. Структура, функции и задачи АСУ ТП ХВО ПТС...............................152

5.3. Комплекс алгоритмов управления АСУ ТП ХВО ПТС.........................156

5.4. Адаптивная система автоматического управления подмесом исходной

воды с идентификатором.............................................................160

5.4.1. Общая характеристика САУ подмесом исходной воды.........................160

5.4.2. Структура адаптивного идентификатора состояния...........................161

5.4.3. Поверхности отклика в процедурах идентификации...........................163

5.4.4. Синтез САУ подмесом исходной воды...........................................168

5.4.5. Параметрический синтез ПИ-регулятора альтернансным методом.........169

5.5. Выводы по разделу 5....................................................................176

Заключение......................................................................................177

Список сокращений и условных обозначений...........................................178

Библиографический список..................................................................183

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В современной промышленности широко используют водные ресурсы, которые редко отвечают требованиям прямого применения. Содержащиеся в воде природные примеси удаляют на водоподготовительных установках (ВПУ) - комплексе технологических процессов, обеспечивающих качество воды, соответствующего техническим условиям, санитарным правилам и нормам. Это обуславливает важную роль ВПУ как подсистемы в системной структуре производства и потребления тепловой и электрической энергии. Снижение качества очищенной воды приводит к огромным затратам на восстановление не только основного энергопроизводящего оборудования но и технологических систем потребителя - теплообменных аппаратов, трубопроводов. Затраты на совершенствование ВПУ оказываются во много раз ниже затрат на ликвидацию последствий нарушений. Применение современных способов получения очищенной воды, сдерживается нестабильностью и неопределенностью качества исходной воды, технологических режимов и конъюнктурных требований потребителя.

Решение этой проблемы может базироваться на ее системном анализе с использованием системно-структурного математического моделирования и идентификации процессов водоподготовки с применением модели-идентификатора состояния в контуре системы управления ВПУ для её адаптации с целью эффективного управления в условиях неопределённости. Поэтому тема исследования, направленного на решение проблемы обеспечения высокого качества, применяемой в промышленности воды, на базе системно-структурированного моделирования процесса водоподготовки, является актуальной.

Цель работы. Обеспечение стабильно высокого качества очищенной воды путём адаптивного управления ВПУ с моделыо-идентификатором состояния в контуре системы управления на основе системно-структурной идентификации ионообменных процессов.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:

1. Разработана иерархическая системная структура водоподготовки.

2. Разработана система критериев качества ионообменных процессов при водо-подготовке.

3. Разработана функционально ориентированная на применение в системах управления в качестве идентификатора состояния математическая модель процессов ионного обмена при водоподготовке.

4. Разработаны методики идентификации математической модели процессов ионного обмена водоподготовки.

5. Проведена верификация математической модели ионного обмена ВПУ на экспериментальной опытно-промышленной основе.

6. Разработана автоматизированная система управления процессов водоподготовки в малоотходной установке подпитки теплосети крупной ТЭС, содержащая адаптивную систему управления качеством химочищенной воды с идентификатором состояния в контуре.

Методы исследования. Методы системного анализа, теория ионного обмена, физической химии и электрохимии, идентификации, автоматического управления, математической статистики и теории вероятностей. Научная новизна.

1. Разработана и исследована системная структура процесса водоподготовки, отличающаяся от известных учётом и системным анализом внешних и внутренних факторов неопределенности энергопроизводства и энергопотребления с целью обоснованного проектирования и управления водоподготовительными установками.

2. Разработана функционально ориентированная на применение в системах управления в качестве идентификатора состояния математическая модель ионообменной водоподготовки, содержащая в своей структуре новые расчётные блоки математического моделирования водородного показателя, химсостава, проверки электронейтральности и электропроводности с учётом влияния ионных пар, отли-

чающаяся от известных своим системным характером и ориентацией на использование в системах управления.

3. Предложен метод расчёта электропроводности многокомпонентных растворов, как объектов идентификации, отличающийся от известных учётом влияния на электропроводность ассоциатов, обеспечивающим возможность применения метода для идентификации химсостава водных растворов.

4. Впервые разработана методика идентификации химсостава многокомпонентных растворов в потоках ионообменной водоподготовки, позволяющая по непрерывным наблюдениям косвенных параметров с высокой достоверностью определять химсостав потока.

5. Разработана автоматизированная система управления процессом ВПУ участка подпитки теплосети ТЭС, содержащая в своём составе адаптивную систему автоматического управления качеством химочищенной воды с моделью идентификатором состояния в контуре, отличающуюся от известных обеспечением стабильного качества в условиях неопределённости и снижением затрат на собственные нужды.

Практическая значимость работы заключается:

1.В определении необходимого состава и структуры автоматизированных систем управления ВПУ на основе системного анализа процессов ионного обмена при водоподготовке в промышленности вообще и в энергопроизводстве в особенности.

2. В обоснованной системной структуризации критериев качества водоподготовки и адекватной этим критериям структуре математических моделей ионного обмена, обеспечивающих достаточную точность и экономное использование вычислительных ресурсов как при автономном применении моделей в расчётной практике, так и при использовании их в составе идентификатора состояния в контуре адаптивных систем управления водоподготовительных установок.

3. В математических моделях водородного показателя, электропроводности, химсостава многокомпонентных растворов ионообменной водоподготовки и методах

их идентификации по измерениям качественных параметров, обеспечивающих эффективный расчёт текущих и прогнозируемых показателей качества химочи-щенной воды и других текущих технико-экономических показателей.

4. В применении разработанных математических моделей для создания малоотходных технологий ВПУ на ТЭС с многократным использованием регенерирующих растворов.

5. В применении на ТЭС малоотходной автоматизированной системы управления процессом водоподготовки в установке подпитки теплосети, содержащей адаптивную систему управления качеством химочищенной воды с идентификатором состояния в контуре.

Практическая полезность подтверждается включением результатов исследования в научно-исследовательскую работу ФГБОУ ВПО Самарского государственного технического университета в рамках государственного задания по теме «Оптимизация и энергоэффективное управление энергоемкими инновационными технологиями промышленной теплоэнергетики» (номер гос.регистрации 01125738520), справкой о внедрении в опытно-промышленную эксплуатацию на предприятии ОАО «Волжская ТГК», № СФ 15162/2008 от 15.09 2008г., актом внедрения в учебный процесс ФГБОУ ВПО Самарского государственного технического университета.

На защиту выносятся.

1.Иерархическая системная структура водоподготовки, включающая согласованную структуру критериев качества воды и математических моделей ионного обмена при химводоподготовке.

2. Функционально ориентированная на применение в системах управления в качестве идентификатора состояния математическая модель ионного обмена при химводоподготовке.

3. Методики идентификации локальных математических моделей ионного обмена при химводоподготовке по косвенным измерениям, содержащие новый метод

учёта влияния ионных пар при определении электропроводности многокомпонентных растворов.

4. Адаптивная система автоматического управления качеством химочищенной воды в малоотходной технологии химводоподготовки подпитки теплосети ТЭС с моделью идентификатором состояния в контуре.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научной конференции «Наука и образование» в г. Коломбо (Шри-Ланка) 12-22 февраля 2010г., на Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» в г. Новосибирск 04-07 декабря 2008г., на Международной конференции «Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий» в г. Ялта Автономной Республике Крым 20-24 сентября 2012г., на VIII Международной научной конференции «Современные достижения в науке и образовании» в г.Париж (Франция) 28.04-05.05 2013г.

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 10 работ, в том числе 8 в рецензируемых изданиях из перечня рекомендованного ВАК. Получен патент на изобретение.

Личный вклад автора. В работах «Системный подход к проектированию автоматизированных технологий водоподготовки», «Системные принципы выбора технологии водоподготовительных установок ТЭС», «Основные принципы построения систем химико-технологического мониторинга как подсистем АСУ ТП ТЭЦ», «Системно-структурное моделирование и управление водоподготовкой на ТЭЦ» диссертанту принадлежит: совместная постановка задачи, методы и алгоритмы системно-структурных представлений водоподготовки, критериев качества; разработка функционально-ориентированных моделей для использования в качестве идентификаторов. В остальных работах вклад диссертанта составляет равную долю с соавторами.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов и списка литературы, включающего 188 наименований. Работа изложена на 166 страницах, содержит 75 рисунков и 34 таблицы.

1. ВОДОПОДГОТОВКА В СИСТЕМНОЙ СТРУКТУРЕ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ.

1.1. Роль воды как системного элемента в производственном процессе

тепловых электрических станций (ТЭС).

Назначение тепловых электрических станций (ТЭС) - это надёжное и бесперебойное производство тепловой и электрической энергии, обеспечивающих развитие производственных и социальных сфер общества.

По своей структуре ТЭС являются совокупностью взаимосвязанных элементов, образующих целостное единство - систему. При этом ТЭС оказывают сильное техногенное влияние на природную среду [118, 129, 154]. Основные связи ТЭС можно представить схемой на рисунке 1.1.

В качестве теплоносителя и рабочего тела на ТЭС используется вода и её производные - пары и конденсаты, к параметрам которых предъявляются высокие требования для обеспечения надёжности и получения высоких технико-экономических показателей, зависящих от степени и химического состава загрязнений проточной части турбинных установок и теплообменных аппаратов [2, 127, 153].

Эти требования диктуются большими удельными тепловыми напряжениями поверхностей нагрева современных парогенераторов и термодинамической неустойчивостью системы «металл - вода» [2,74,98,119,126,127,150].

Наиболее жёсткие требования к параметрам качества технологических потоков предъявляются в технологиях с высокими и сверхвысокими параметрами. Питательная вода, пары и конденсаты практически не должны содержать каких-либо примесей. Концентрация растворённых веществ не должна превышать 0,1 мг/дм ,удельная электропроводность хне более 0,5 мкСм/см, и водородный показатель pH должен быть в пределах 6,8^-7,1 [119].

Ухудшение качества теплоносителя или рабочего тела приводит к образова-

нию термобарьерных отложений, которые из-за низких теплопередающих свойств различных соединений, входящих в их состав, резко снижают эффективность работы геплообменного оборудования и приводят к значительному перерасходу топливных и водных ресурсов. Так увеличение отложений на экранных трубах на 1мм приводит к перерасходу топлива на 9%, увеличивает выбросы вредных веществ в атмосферу и сбросы солевых стоков в среднем на 10% и, следовательно, к повышению стоимости пара и электроэнергии [124, 125]. Кроме того, отложения резко снижают надёжность работы теплопередающих пов