Статті

Аналітичні дослідження динамічних властивостей непрямих нагрівачів нафти

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №6 2024

Останнє оновлення: 28 грудня 2024

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 144

Authors:

M.І.Горбійчук, orcid.org/0000-0002-8586-1883, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

M.З.Василенчук*, orcid.org/0009-0008-9725-052X, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

M.І.Когутяк, orcid.org/0000-0003-0026-7744, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2024, (6): 151 - 157

https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-6/151

Abstract:

Мета. Дослідити лінеаризовану математичну модель нагрівача, виявити можливості пониження порядку передавальних функцій нагрівача для подальшого синтезу систем керування та для підвищення ефективності й безпечності роботи шляхового нагрівача.

Методика. Після отримання лінеаризованої математичної моделі нагрівача із проміжним теплоносієм рівняння математичної моделі записано в стандартній формі, після чого здійснене його перетворення за Лапласом при нульових початкових умовах. За допомогою програмного продукту здійснене аналітичне дослідження лінеаризованої моделі, після чого використані сингулярні числа Генкеля для спрощення порядку передавальної функції математичної моделі із сьомого до третього та здійснена оцінка втрати точності обчислень після апроксимації функцій, яка показала, що втрата точності не суттєва.

Результати. Дослідивши лінеаризовані математичні моделі нагрівачів із проміжним теплоносієм, визначено, що передавальні функції у вищезазначеній математичній моделі мають сьомий порядок, що суттєво ускладнює створення автоматизованої системи керування нагрівачем. У результаті отримана спрощена математична модель із передавальними функціями 3-го порядку, що суттєво зменшує складність обчислень на сучасних мікропроцесорах.

Наукова новизна. Розроблені лінеаризовані математичні моделі непрямого нагрівача, що були створені на основі припущення про незначні відхилення вихідних величин від їх базових значень. Проведені дослідження лінеаризованої моделі показали, що передавальні функції шляхового нагрівача нафти мають сьомий порядок. Використавши сингулярні числа Генкеля вдалося досягти передавальних функцій третього порядку, що дозволить зменшити складність створення автоматизованих систем керування непрямими нагрівачами нафтового й газового конденсатів.

Практична значимість. Створені сучасні цифрові системи керування процесом нагрівання нафти. Використання методу зниження порядку передавальних функцій за допомогою сингулярних чисел Генкеля до трьох значно полегшує інтеграцію цих моделей у мікропроцесорні засоби керування. Це сприяє підвищенню ефективності й надійності систем автоматичного керування, забезпечуючи стабільний і безпечний процес нагрівання нафти, що є критично важливим для безперебійного функціонування технологічних процесів.

Ключові слова: лінеаризована модель, редукована модель, сингулярні числа Генкеля, непрямі нагрівачи

References.

1. Mostafavi, S. A., Shirazi, M., & Mahmoudi, S. M. S. (2020). Thermal modeling of indirect water heater in city gate station of natural gas to evaluate efficiency and fuel consumption. Energy, 212, 118390. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118390.

2. Azizi, S. H., Rashidmardani, A., & Andalibi, M. (2014). Study of preheating natural gas in gas pressure reduction station by the flue gas of indirect water bath heater. International Journal of Science and Engineering Investigations, 3(1), 17-22. ISSN: 2251-8843.

3. Rastegar, S., Kargarsharifabad, H., Khalesi Doost, A., & Rahbar, N. (2020). Developing a Model for Predicting the Outlet Gas Temperature of Natural Gas Pressure Reduction Stations to reduce Energy loss. Journal of Heat and Mass Transfer Research, 7(2), 143-154. https://doi.org/10.22075/jhmtr.2020.19223.1261.

4. Ebrahimi-Moghadam, A., Deymi-Dashtebayaz, M., Jafari, H., & Niazmand, A. (2020). Energetic, exergetic, environmental and economic assessment of a novel control system for indirect heaters in natural gas city gate stations. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 141(4), 2573-2588. https://doi.org/10.1007/s10973-020-09413-4.

5. Khanmohammadi, S., & Saadat-Targhi, M. (2019). Thermodynamic modeling and analysis of a novel heat recovery system in a natural gas city gate station. Journal of Cleaner Production, 224, 346-360. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.03.167.

6. Khanmohammadi, S., & Shahsavar, A. (2020). Thermodynamic assessment and proposal of new configurations of an indirect water bath heater for a City Gate Station (a case study). Energy Equipment and Systems, 8(4), 349-365. https://doi.org/10.22059/ees.2020.241292.

7. Amiri Delouei, A., Naeimi, H., Sajjadi, H., Atashafrooz, M., Imanparast, M., & Chamkha, A. J. (2024). An active approach to heat transfer enhancement in indirect heaters of city gate stations: An experimental modeling. Applied Thermal Engineering, 237, 121795. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.121795.

8. Rahmati, A. R., & Reiszadeh, M. (2018). An experimental study on the effects of the use of multi-walled carbon nanotubes in ethylene glycol/water-based fluid with indirect heaters in gas pressure reducing stations. Applied Thermal Engineering, 134, 107-117. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.01.111.

9. Rashidmardani, A., & Hamzei Mahdi, H. (2013). Effect of various parameters on indirect fired water bath heaters’ efficiency to reduce energy losses. International Journal of Science and Engineering Investigations, 2(12), 17-24. ISSN: 2251-8843.

10. Soleimani, P., Khoshvaght-Aliabadi, M., Rashidi, H., & Bahmanpour, H. (2020). Performance enhancement of water bath heater at natural gas city gate station using twisted tubes. Chinese Journal of Chemical Engineering, 28(1), 165-179. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2019.03.018.

11. Shabanian, S., Ashrafizadeh, F., Saeidi, N., & Ashrafi, A. (2016). Failure analysis of carbon steel components in a water bath heater and the influence of ethylene glycol concentration. Engineering Failure Analysis, 66, 533-543. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2016.05.015.

12. Khosravi, M., Arabkoohsar, A., Alsagri, A. S., & Sheikholeslami, M. (2019). Improving thermal performance of water bath heaters in natural gas pressure drop stations. Applied Thermal Engineering, 159, 113829. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.113829.

13. Chakraborty, S., Bera, S. K., Bera, S. C., & Mandal, N. (2018). Design of a simple temperature transmitter circuit of an electric heater operated water bath. IEEE Sensors Journal, 18(8), 3140-3151. https://doi.org/10.1109/JSEN.2018.2809465.

14. Nikitin, A. I., Pavlova, N. A., Bereslavskaya, N. G., Kolesni­kov, S. I., & Yagov, V. V. (2020). Induction heating of petroleum products as an efficient technological process. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 950, 012030. https://doi.org/10.1088/1757-899X/950/1/012030.

15. Horbiichuk, M. І., Kohutiak, M. I., & Harasymiv, V. M. (2021). Mathematical model of the heater with intermediate heat. Methods and devices of quality control, 2(47), 83-95. https://doi.org/10.31471/1993-9981-2021-2(47)-83-95.

16. Vasylenchuk, M., Horbiichuk, M., & Kohutiak, M. (2023). Synthesis of linearized mathematical models of the heater with intermediate heat carrier. Measuring and computing devices in technological processes, (3), 144-153. https://doi.org/10.31891/2219-9365-2023-75-17.

17. Horbiichuk, M., & Vasylenchuk, M. (2023). Synthesis of the structural diagram of the oil heater as an object of automatic control. Visnyk of Kherson National Technical University. Engineering sciences, 4(87), 44-52. https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2023.4.5.

18. Elberzhager, F., Rosbach, A., & Bauer, T. (2013). Analysis and testing of MATLAB Simulink models: A systematic mapping study. In Proceedings of the 2013 International Workshop on Joining Academia and Industry Contributions to Testing Automation (JAMAICA 2013), (pp. 29–34). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/2489280.2489285.

19. Horbiichuk, M. I., Lazoriv, N. T., Kohutiak, M. I., & Lazoriv, A. M. (2023). Synthesis of the optimal parameters of the cross-connection compensator of the autonomous control system. Taurida VI Vernadsky National University. Branch of science: technical sciences, 34(73), No. 3, Part 1, 106-114. https://doi.org/10.32782/2663-5941/2023.3.1/17.

20. Xie, L. B., Shieh, L. S., Tsai, J. S. H., & Zhang, Y. (2013). Approximated modeling and minimal realization of transfer function matrices with multiple time delays. Journal of Process Control, 23(1), 3-11. https://doi.org/10.1016/j.jprocont.2012.10.008.

21. Dai, D., & Zhang, L. (2010). Painlevé VI and Hankel determinants for the generalized Jacobi weight. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 43(5), 055207.  https://doi.org/10.1088/1751-8113/43/5/055207.

• < Попередня
• Наступна >