Разработка модели реакции на сетке контактного аппарата

Одно из ведущих предприятий химической отрасли России. Производит азотные удобрения и аммиачную селитру сельскохозяйственного и промышленного применения. Флагман в Группе компаний «АЗОТ».

Отрасль

Химическая промышленность

Объект

Каталитическая система установки по производству азотной кислоты

Кемеровский «Азот» (КАО «АЗОТ»)

На КАО «Азот» работают две установки по производству азотной кислоты. Ключевым узлом служит контактный аппарат, в котором происходит окисление аммиака. Основная химическая реакция идет в присутствии катализатора, который представляет собой дорогостоящую металлическую сетку, изготовленную из платино-палладиевого сплава. Элемент подвержен высоким износам под воздействием температур в процессе окисления, из-за чего требует значительных финансовых вложений на периодическую замену. Для решения этой проблемы необходимо выстроить сбалансированные условия работы каталитической системы, чтобы повысить ее долговечность.

Запрос заказчика

Разработка рекомендательной системы

6

Исследование реакции параметров установки

5

Построение математической модели контактного аппарата

4

Разведочный анализ данных

3

Сбор данных с датчиков каталитической системы

2

Изучение работы установки, отбор нужных параметров

1

12 месяцев

Длительность проекта:

Этапы работы

Решение

На старте проекта

были привлечены технологи для изучения работы установки и отбора наиболее подходящих для дальнейшего анализа параметров.

собрали реальные данные с десятков датчиков температуры, давления, расходов, которые напрямую влияют на производительность. Также использовали информацию «логов» - действий операторов, чтобы изучить взаимосвязи реакций в процессе управления установкой.

используя известные физико-химические зависимости, аналитики разработали модель контактного аппарата. В основе – уравнение теплового баланса. Обучение модели состояло в подстройке коэффициентов так, чтобы предсказываемая моделью температура катализатора наилучшим образом соответствовала фактически наблюдаемой температуре на различных временных интервалах.

Основная сложность при разработке модели

заключалась в наличии большого количества обратных связей при изменении параметров работы установки. Так, некоторые вариации в условиях вызывали не всегда прозрачные реакции производительности установки, которые можно четко отследить.

Специалистам команды потребовались

отдельные консультации с заказчиком и анализ дополнительных наборов данных с установки, не связанных непосредственно с работой контактного аппарата, чтобы учесть эти эффекты при моделировании.

В результате

по итогам многократных проверок на отложенных исторических данных модель успешно прошла испытания и показала хорошее качество.

Далее на основе математической модели специалисты Красцветмет. ИТ предложили прототип интеллектуальной рекомендательной системы по управлению параметрами работы контактного аппарата.

Система в реальном времени самостоятельно анализирует состояние установки и подсказывает операторам подходящие значения параметров, чтобы поддерживать температуру катализатора на оптимальном уровне.

Найден и продемонстрирован заказчику ряд несоответствий между показаниями различных датчиков установки
Показана принципиальная невозможность создания виртуального датчика степени конверсии аммиака на имеющихся данных

Создан прототип рекомендательной системы, позволяющей увеличить производительность установки (выход кислоты в единицу времени)
Определена реакция ключевых параметров установки на изменение соотношения аммиак:воздух на входе в контактный аппарат
Выполнена ревизия информации и выравнивание обозначений АСУТП-тегов в разных информационных системах заказчика

Результаты проекта