NETWORK MODELLING OF THE FUNCTIONING SYSTEM OF A PETROCHEMICAL WASTEWATER TREATMENT PILOT PLANT

Research article
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2024.141.34
Issue: № 3 (141), 2024
Suggested:
16.01.2024
Accepted:
22.02.2024
Published:
18.03.2024
81
1
XML
PDF

Abstract

The article examines the technological complex of wastewater treatment (WWT) of petrochemical enterprises. With the help of modelling methods of discrete-continuous chemical and technological systems (CTS) the expediency of Petri nets theory (PNT) application for modelling the process of WWT of petrochemical productions is substantiated. It is proposed to use a modification of Petri nets, which is oriented on modelling and analysis of discrete-continuous CTS, by means of including priority transitions, delay time of labels in transitions and positions. A modified Petri net (MPN) model is constructed. And by means of SCADA-technology TRACE MODE it is possible to develop a software complex of the OSV technological process control system.

1. Введение

На сегодняшний день работа по очистке сточных вод представляет собой сложную структуру, состоящую из несколько уровней. Именно по этой причине многие связывают этот процесс с разными кибернетическими системами. В частности, применяется системный анализ. Анализирование и моделирование систем является сложнейшей задачей, поэтому следует применять методы компьютерного и математического моделирования.

При решении поставленных задач использовались следующие методы исследования: системный анализ, теория графов, компьютерное моделирование, теория сети Петри.

2. Основные результаты

В современном мире постоянное увеличение добычи нефти, рост производства нефтепродуктов ведет к росту сточных вод, где могут содержаться большое количество нефтепродуктов. Поэтому для защиты окружающей среды необходимо найти пути очистки данных водных объектов. 

Многие большие организации по добыче нефти и нефтепродуктов имеют свои очистные сооружения. Их структура считается очень сложной. Из-за этого появляется интерес к изучению их работы, потому что по составу и по объему потока у воды в данных сооружениях бывают различные показатели

. Результат работы системы обеспечивается при помощи обработки информации методом системного анализа, который связан с приемом: математическое описание технологического процесса
.

Если смотреть со стороны системного анализа, то Рассматривая деятельность сооружений по очистки сточных вод с точки зрения системного анализа, то она имеет технологическую и химическую систему, которая связана между собой информационными, тепловыми и материальными линиями

. Все ОСВ делятся на уровни или подсистемы. В процессе производственных работ ставятся цели и реализуются задачи. Среди задач, главной является очистка воды до необходимых показателей или до нормального функционирования водообеспечительной деятельности.

Изучая систему по очистке сточных вод, можно выделить информационный подход, в основе которого лежит математическое моделирование

. Такой подход и методы с использованием компьютерных технологий – результативный показатель, который помогает пользоваться системой управления, увидеть результат деятельности во внештатных ситуациях, дать оценку структурным аспектам, учитывать все показатели, которые связаны с непредсказуемостью возмущающих воздействий
,
. Чтобы составить модель того или иного объекта, имеется 2 подхода:

1. Объект рассматривается как растущая система с постоянной переменной. Подход применяется при моделировании технологических или химических систем с постоянным технологическим процессом

,

2. Объект рассматривается как растущая система с дискретными событиями (ДСДС). Это линии сборки, система по производству, компьютерные технологии.

Также можно отметить дискретно-непрерывные технологические системы с использованием математических методов и приемов (логическое и лингвистическое моделирование, система теории СП и графов)

. После сравнения и анализа, аппарат теории СП был выбран как главный аппарат математического моделирования
. Именно этот аппарат помогает строить моделировать прерывистые параллельные процессы
, увидеть сетевую графику, показать структуру на разных ступенях абстракции
, провести сравнение и анализ модели с прикладными программами. Сети Петри, как и сети конечных автоматов, совмещают в себе возможности отображения динамики параллельных процессов в целом, с сохранением представления о динамике каждого из этих процессов в отдельности. Это сочетается с простотой и выразительностью отображения взаимодействия элементов сети и процессов в них, простым синтаксисом, наглядностью и широкими функциональными возможностями. Сети Петри более адекватно отражают организацию процессов в ДСДС по сравнению с моделями других видов.

3. Обсуждение

Системный анализ, его различные методы и приемы помогают при создании системы опытно – промышленной установки для очищения сточных вод в нефтехимических предприятиях (рис. 1). Она построена по математической модели.
Технологическая схема опытно – промышленной установки: 1 - патрубок; 2 - гидроциклон; 3 - цилиндрическая камера; 4 - цилиндрическая камера; 5 - отстойник; 6 - нижний распределитель; 7 - верхний распределитель; 8 - перегородка; 10 - буферная зона; 11 - нефтесборник; 11' - нефтесборник; 12 - патрубок; 12' - патрубок; 13 - патрубок; 14б - отбойник; 15 - патрубок

Рисунок 1 - Технологическая схема опытно – промышленной установки:

1 - патрубок; 2 - гидроциклон; 3 - цилиндрическая камера; 4 - цилиндрическая камера; 5 - отстойник; 6 - нижний распределитель; 7 - верхний распределитель; 8 - перегородка; 10 - буферная зона; 11 - нефтесборник; 11' - нефтесборник; 12 - патрубок; 12' - патрубок; 13 - патрубок; 14б - отбойник; 15 - патрубок

Чтобы получить систему, необходимо использовать N–схемы, основанные на математическом аппарате СП, эффективность которой увеличивается от работы сетевой модели в графической и аналитической форме.

При сравнении и анализе технологических и химических схем необходимо учитывать ограниченность N–схем, так как здесь отдельные критерии модели не учитываются, потому что время (Т) = 0. Учитывая эти условия, мы использовали МСП - сеть Петри следующего вида:

img
(1)

где T={tj} – конечное непустое множество символов – переходы, на которые влияют количество условных порций продукции при непрерывной подаче в аппарат технологической схемы.

P={pi} – конечное непустое множество символов – позиции, большое количество аппаратов технологической схемы;

I: PxT→{0, 1} – входная функция, которая для каждого перехода ti задает множество его позиций pi I (tj).

О: PxT→ {0, 1} – выходная функция, отображает переход в множество выходных позиций pi O (tj).

Каждый переход показывает множество входных I (tj) и выходных позиций O (tj) как:

I (tj) = {pi P / I (pi, tj) = 1}; O (tj) = {pi P / O (pi, tj) = 1}

M: P → {1, 2, 3…} - функция маркировки (разметки) сети, которая ставит в соответствие каждой позиции положительное целое число, равное числу меток в этой позиции, изменяемое в процессе работы сети».

Срабатывание перехода меняет разметку M (p)=(M (p1), M (p2), M (p3)…M (pn)) на разметку M/ (p) по формуле:

img
(2)

Уравнение показывает, что переход tj удаляет по одной метке из каждой входной позиции и добавляет по метке в каждую из выходных.

t1: T→N и t2 : P→N функции, которые определяют время задержки в позиции и при срабатывании перехода.

Линия увеличения МСП устанавливается движением меток, которые дают баланс точечных потоков по ограниченности объема аппаратов установки ОСВ.

Данное направление СП помогает сравнить и анализировать работу аппаратов системы в различных неожиданных ситуациях, отключения управления сети и технологических линий производства по обеспечению непрерывной работы системы.

Чтобы вести работу ОСВ, создана математическая модель технологической схемы и программа ее выполнения. Такая модель системы ОСВ построена на основе МСП. Работа по данной модели помогает исследованию систему и законы данной функции полностью. Имеются еще модели, которые ведут технологический процесс на основе ОСВ

. Из СП-моделей данных систем была разработана модель всей установки (рис. 2).

С помощью СП-модели можно получить единую систему технологического модуля ОСВ. Она показывает очистку в настоящем времени. Аппаратами SCADA-технологии TRACE MODE можно построить программу деятельности технологическим процессом ОСВ
. Структура и система анализа технологии помогает проводить постоянный контроль основных направлений, приостановить ОСВ, провести полный или частичный анализ для предотвращения разных внештатных ситуаций
.
Общая СП - модель опытно – промышленной установки: 1 – гидроциклон; 2, 3 – цилиндрические камеры; 4 – нижний распределитель; 5 – верхний распределитель; 6 – слой нефти; 7 – отстойник; 8 – буферная зона; 9 – емкость очищенной воды; 10 – емкость уловленной нефти

Рисунок 2 - Общая СП - модель опытно – промышленной установки:

1 – гидроциклон; 2, 3 – цилиндрические камеры; 4 – нижний распределитель; 5 – верхний распределитель; 6 – слой нефти; 7 – отстойник; 8 – буферная зона; 9 – емкость очищенной воды; 10 – емкость уловленной нефти

4. Заключение

После исследования химических и технологических систем определено главное ограничение функций N-схем. Оно заключается в том, что учет N-схемами уменьшается или совсем отсутствует. Из-за этого появляется необходимость применения СП, которая основана на модель и системный анализ дискретно-непрерывных ХТС. Данная математическая модель деятельности системы очищения воды при нефтехимических предприятиях, показанные по модифицированной сети Петри, помогает изучить системные связи и работу установки полностью.

Article metrics

Views:81
Downloads:1
Views
Total:
Views:81