close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

31721

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сыпучестью. При этом обращает на себя внимание
факт повышения в 2-3 раза собственной термостабильности ПВХ, которая, по мнению ряда авторов, зависит от строения концевой группы полимерной цепи, образованной из остатков инициатора [9].
Таким образом, фосфорсодержащие ацилпероксиды являются эффективными инициаторами полимеризации стирола и винилхлорида, снижающими гель-эффект и повышающими собственную термическую стабильность поливинилхлорида.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Минскер К.Р., Федосеева Т.Г. Деструкция и стабилизация поливинилхлорида. М.: Химия. 1979. 272 с.
Брель А.К., Молова Т.С., Рахимов А.И. А.С.1066424.
1982. Б.И. 1983. № 46.
Рахимов А.И., Богданова О.С., Зегельман В.И. А.С.
1666463. 1988. Б.И. 1991. № 28.
Титова В.А., Зегельман В.И., Пессина А.Я. // Высокомолекул. соед. А. 1983. Т. 24. № 6. С. 1207-1210.
Кузнецов Е.В., Дивгун С.М., Бударина Л. А. Практикум
по химии и физике полимеров. М.: Химия. 1977. 255 с.
Антоновский В.Л. Органические перекисные инициаторы. М.: Химия. 1972. 448 с.
Получение и свойства поливинилхлорида. / Под ред.
Зильбермана Е.М. М.: Химия. 1968. 431 с.
Арулин В.Н., Ефимов Л.Н., Зубов В.П. Высокомолекул. соед. 1975. № 5. С. 442-445.
Рахимов А.И. и др. ДАН. 1987. Т. 292. № 3. С. 660-670.
Кафедра органической химии
УДК 004.421.2: 66.013
В.П. Мешалкин, А.А. Образцов
ДЕКОМПОЗИЦИОННО-ЭВРИСТИЧЕСКИЙ АЛГОРИТМ ОПТИМАЛЬНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
(Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева)
Email: anobr@mail.ru
Представлен декомпозиционно-эвристический алгоритм размещения оборудования химических производств в трехмерном пространстве, который позволяет получать
оптимальные компоновочные решения, обеспечивающие минимизацию материало- и
энергозатрат, с учетом инженерно-технических и физико-химических ограничений
компоновки. Приведены результаты компоновки установки получения синтез-газа производства аммиака.
Ключевые слова: проектирование технологических производств, оптимальная компоновка, оптимальное размещение оборудования, трассировка трубопроводов, генетические алгоритмы
Компоновка объектов химических производств
является
комплексной
инженернотехнической задачей, включающих два взаимосвязанных этапа – размещение оборудования объектов
химических производств (ОХП) и трассировка трубопроводов (ТП). Оптимизация компоновки является важным фактором решения задачи ресурсо- и
энергосбережения, позволяющим повысить эффективность использования производственных площадей и обеспечить экономию материалоемкости и
энергоемкости за счет оптимизации структуры связывающей сети трубопроводов. Задача проектирования компоновки относится к классу наиболее
трудоемких задач проектирования ОХП, и ее автоматизация позволит сократить сроки разработки
аппаратурного оформления технологической схемы, а также добиться получения оптимальных
102
компоновочных решений за счет применения вычислительных методов оптимизации.
Исходными данными в задаче размещения
оборудования ОХП и трассировки трубопроводов
являются описание размещаемых объектов (аппаратов) и типов элементов системы транспортировки, схема движения массопотоков и их характеристики, параметры, необходимые для расчета
ограничений и оценки качества компоновки и последующей трассировки. Геометрическая модель
единицы оборудования (ЕО) представляет собой
параллелепипед, заключенный в прямоугольную
локальную систему координат, положение нуля
которой определяется в системе координат пространства компоновки. Габариты модели учитывают как размеры самой ЕО, так и величину зон
ремонта и технического обслуживания аппарата.
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2009 том 52 вып. 10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На окончательный вариант размещения
ЕО влияет ряд факторов, таких как тип конструкции цеха, требования нормативной документации,
удобство обслуживания и ремонта оборудования,
возможность его замены [1–3]. В связи с этим задачу компоновки оборудования следует рассматривать как многокритериальную. Для отбора наилучшего варианта компоновки используется следующий технико-экономический критерий [1]
 Nа
K = K кап ⋅ Ен + K эксп = ∑ ( K а + C ма + Cк )i +
 i =1
Nт
N ти

+ ∑ ( K т + Cкт + C мт ) j + ∑ K ти k  Eн +
j =1
k =1

Nн
Nа
Nт
l =1
i =1
j =1
(1)
+ ∑ Эl + ∑ Ai + ∑ ( Aт + C p ) j ,
где K кап , K эксп – величина капитальных и эксплуатационных затрат; Е н – нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений;
K а i – стоимость i-го аппарата; C ма i – стоимость
монтажа i-го аппарата; C к i – стоимость строительных конструкций под аппарат; K т – затраты
j
на j-ю трубу; C кт
j
– стоимость строительных
конструкций под j-ю трубу; C мт
j
– стоимость
монтажа j-го трубопровода; K ти k – затраты на
теплоизоляцию k-го объекта; Эl – стоимость перекачки потока l-м насосом; Ai – амортизационные отчисления для i-го аппарата; Aт j – аморти-
компоновки оборудования требует использования
при поиске решения декомпозиционных процедур, позволяющих снизить размерность исходной
задачи. Использование предложенной декомпозиции разбивает задачу поиска оптимальной компоновки на последовательность подзадач компоновки, для которых могут быть получены некоторые
решения, соответствующие вариантам компоновки одной или несколько ЕО. Таким образом, при
размещении М аппаратов исходная задача размещения R(A) декомпозируется на ряд независимых
подзадач так, что
R ( A) = R1 ( A1 )  R2 ( A2 )  ...  RM ( AM ),
R1 ( A1 )  R2 ( A2 )  ...  RM ( AM ) = ∅;
Решение задачи размещения ЕО определясовокупностью
решений
подзадач:
,
где
–
переменные
декомпоT *i
R *i ( Ai  T *i )
зиции, позволяющие объединить решения независимых подзадач в решение исходной задачи размещения. Переменные T *i соответствуют ТП
связям вновь размещенной i-ой единицы оборудования с ранее размещенными машинами и аппаратами ОХП. Тогда оптимальное решение задачи
размещения оборудования соответствует минимуму аддитивно-сепарабельного критерия эффективности
ется


R р опт ( Aопт ) = min ∑ П i ( Ai  T *i ), i = 1, M ,
{ A}  i

при выполнении ограничений
зационные отчисления для j-го трубопровода; C p
j
– стоимость ремонта j-го ТП; N – общее число аппаратов; M – число технологических ТП; T – число ТП с изоляцией; P – число насосов.
Ограничения задачи оптимальной компоновки оборудования можно разделить на следующие группы [1, 2]:
1) влияние компоновки на физикохимическую сущность функционирования технологического процесса и условия нормальной эксплуатации оборудования;
2) связь компоновки с гидродинамическими режимами движения технологических потоков
в аппаратах и трубопроводах;
3) соблюдение требований безопасного
надежного функционирования оборудования и
охраны окружающей среды;
4) наличие конструкционных (геометрических) ограничений, отображающих условия монтажа и технического обслуживания оборудования.
Высокая размерность задачи оптимальной
(2)
Ai  ( A j ; ∀(i = 1, M ; j ≠ i )) = ∅;

Ai  (U  S k  FAi ) = ∅;


Ai ⊂ P

где Пi – функция приведенных затрат; U – множество координат пространства, определяющее зоны, запрещенные для размещения оборудования и
прокладки трасс ТП; Sk – множество координат
пространства, характеризующее строительные
конструкции; FAi – множество координат, входящих в зоны, запрещенные для размещения i-ой
единицы оборудования, в соответствии с технологическими и конструкционными ограничениями
компоновки.
В соответствии с декомпозицией (2), задача размещения оборудования ОХП декомпозируется на задачу формирования последовательности
размещения и задачу размещения объектов в
двух- или трехмерном пространстве по заданной
последовательности (перестановке).
Так как порядок размещения n объектов
может быть реализован n! способами, то существует не менее n! минимумов. Уже при значениях
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2009 том 52 вып. 10
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
n > 10 полный перебор всех минимумов представляется практически неразрешимой задачей. Поэтому для поиска оптимального (или квазиоптимального) решения на множестве перестановок
предложено испо льзо вать ГА [4 ]. Для это го реализована стандартная схема ГА с модифицированным оператором кроссинговера, использующий элемент «жадности» для учета ограничений
по размещению крупногабаритного оборудования
на уровне нулевой высотной отметки. При использовании модифицированного оператора такие
крупногабаритные объекты вводятся в хромосому
первыми, затем уже осуществляются операции
над остальными элементами.
При размещении объектов по перестановке для перехода к геометрической интерпретации
задачи используется модифицированный алгоритм Мартелло [5]. Мартелло для определения
геометрических мест размещения очередного объекта предлагает использовать следующее эвристическое правило
S ( I ) = {( x, y, z ) : ∀i ∈ I , ( x ≥ xi + wi ) ∨
( y ≥ yi + hi ) ∨ ( z ≥ z i + d i )}
,
(3)
Множество точек, определяемых (3), будет
расположено на некоторой огибающей текущего
размещения объектов (рис.1). Использование данного подхода позволяет ограничить пространство
поиска конечным значением мест размещения очередного объекта. Однако данный метод в некоторых случаях неэффективно использует пространство, а также не позволяет осуществлять компоновку,
если имеются некоторые геометрические ограничения, например, области запрета.
i
(1)
9
1
4
(1)
2
(2)
3
(2)
5
6
10
7
8
Рис. 1. Угловые точки при двухмерной компоновке.
(1) – угловые точки, определяемые алгоритмом Мартелло,
(2) – вспомогательные угловые точки
Fig. 1. Angle points under two-dimensional arrangement.
(1) – angle points which are determined with Martello’s algorithm, (2) - auxiliary angle points
104
Модификация алгоритма Мартелло заключается в следующем: предложено дополнять множество угловых точек S(I) до множества S*(I) угловыми точками размещаемых объектов (рис. 1)
S * ( I ) = S ( I )  {( xi + wi , yi , z i ), ( xi , yi + hi , z i ),
(4)
( xi , yi , z i + d i ), i = 1, N }
При этом конструкционные (геометрические) ограничения вводятся в компоновку как дополнительные размещаемые объекты с фиксированными координатами.
Для учета инженерно-монтажных и физико-химических ограничений алгоритм использует
набор разработанных эвристик, представленных в
виде продукционных правил, которые перерабатывают знания о монтажно-технологических операциях и сущности физико-химических процессов, определенных ЛПР, в формализованные данные по размещению конкретного объекта. Так с
учетом знаний о инженерно-монтажных операциях («обеспечение самотека», «наличие строительных конструкций для монтажа», «условия обслуживания и ремонта» и пр.) по эвристическим правилам вычисляются минимальная и максимальная
высоты размещения каждого аппарата.
Данные, полученные в результате переработки исходных знаний с помощью набора продукционных правил, накладывают дополнительные ограничения на полученное множество точек
размещения очередного объекта S*(I), определяемое правилом (4). Из результирующего множества
угловых точек выбирается точка размещения ЕО,
которая соответствует минимуму длины линий
связей с другими объектами, определяемой как
i −1
i −1
F = w d (i, k ) = w ( x − x + y − y + z − z ).
∑
k =1
ik
∑
k =1
ik
i
k
i
k
i
k
Представленный декомпозиционно-эвристический алгоритм размещения оборудования
ОХП в трехмерном пространстве с учетом монтажно-технических и физико-химических ограничений реализован в составе разработанного комплекса программ автоматизированной компоновки оборудования ОХП. С использованием разработанного комплекса программ был решен ряд
практических задач компоновки оборудования
ОХП, а также объектов теплоэнергетического
комплекса. Так на рис. 3 представлен фрагмент
оптимальной компоновки установки получения
синтез-газа крупнотоннажного производства аммиака. Размещение оборудования производится на
открытой промышленной площадке, при компоновке учитываются особенности технологического процесса, условий обслуживания оборудования, техники безопасности. Большинство используемых в производстве синтез-газа аппаратов раХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2009 том 52 вып. 10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ботает с использованием катализаторов, поэтому
необходимо обеспечить свободный доступ к химическим реакторам для подъезда транспорта с
катализатором. Также следует предусмотреть дополнительную площадь для демонтажа оборудования и проезды для самоходных монтажных кранов. Крупногабаритное оборудование размещается на уровне нулевой отметки.
поновкам технологических схем производства
аммиака. Наличие проходов и проездов позволяет
обеспечить доступ персонала и проезд транспорта
для доступа к аппаратам для ремонта, монтажа и
демонтажа оборудования, обслуживания, загрузки
катализаторов и пр. Колонное оборудование в полученной компоновке сгруппировано в одном
месте, что соответствует требованиям промышленной эстетики и удобства обслуживания.
Использование разработанных алгоритмов
размещения оборудования и трассировки технологических ТП позволило сократить материало- и
энергозатраты за счет оптимизации конфигурации
сети ТП, а также площадь, отведенную под размещение оборудования, тем самым, позволив сократить эксплуатационные расходы, а также капитальные вложения на перепроектирование производства.
Настоящая статья подготовлена при поддержке Транс-Европейского проекта CD-JEP
26045-2005/RF программы «TEMPUS».
ЛИТЕРАТУРА
1.
Рис. 2. Фрагмент компоновочного решения установки получения синтез-газа крупнотоннажного производства аммиака
Fig. 2. Fragment of arrangement decision of unit for synthesis gas
obtaining of large-tonnage ammonia production
Полученная компоновка схемы получения
синтез-газа удовлетворяет основным требованиям,
предъявляемым к практическим схемам производств и, в целом, соответствует реальным ком-
2.
3.
4.
5.
Кафаров В.В., Мешалкин В.П. Проектирование и расчет оптимальных систем технологических трубопроводов. М.: Химия. 1991.
Мешалкин В.П. Экспертные системы в химической
технологии. М.: Химия. 1995.
Зайцев И.Д. Теория и методы автоматизированного
проектирования химических производств: Структурные
основы. Киев: Наукова думка. 1981.
Гладков Л.А., Курейчик В.В., Курейчик В.М. Генетические алгоритмы. М: Физматлит. 2006.
Martello S., Pisinger D., Vigo D. // Operations Research.
2000. Vol. 48. P. 256.
Кафедра логистики и экономической информатики
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2009 том 52 вып. 10
105
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
512 Кб
Теги
31721
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа