АСУ ТП приготовления многокомпонентного жидкого топлива

Одной из острых проблем при формировании многокомпонентных жидких топлив является обеспечение их стабильности для возможности использования и хранения в различных регионах и условиях, определяемой сферой применения. В настоящее время использование многокомпонентных жидких топлив в топливном и энергетическом секторе признано перспективным. В данной работе обсуждается разработка и автоматизированное приготовление эмульгированных топлив на основе модельного углеводорода, а также измерение их свойств.

Введение…………………………………………………………………………………………… 11
1 Научно-исследовательская работа ………………………………………………. 14
1.1 Цель и задачи исследований ………………………………………………….. 16
1.2 Исследуемые материалы ……………………………………………………….. 17
1.3 ГЛБ и плотность эмульсий…………………………………………………….. 19
1.3.1 Числа ГЛБ ……………………………………………………………………….. 19
1.3.2 Плотность ……………………………………………………………………….. 20
1.4 Межфазное натяжение и характеристики адсорбции ……………… 21
1.4.1 Измерение межфазного натяжения …………………………………… 21
1.4.2 Расчет характеристик адсорбции. Средний диаметр и
распределения по размерам капель дисперсной фазы ……………………………. 23
1.5 Динамическая вязкость и поверхностное натяжение ……………… 31
1.6 Кинетическая устойчивость и электростабильность ………………. 35
1.6.1 Показатель расслоения эмульсии……………………………………… 35
1.6.2 Измерение электростабильности ……………………………………… 38
1.7 Реологическая модель и безразмерные параметры …………………. 40
1.8 Морфологическое наблюдение за процессом взаимодействия .. 42
1.9 Результаты и их обсуждение …………………………………………………. 44
2 Проектирование АСУ приготовления многокомпонентного жидкого
топлива …………………………………………………………………………………………………… 47
2.1 Системный анализ объекта автоматизации …………………………….. 47
2.2 Разработка структуры комплекса технических средств
автоматизированной системы управления ………………………………………………… 49
2.3 Разработка функциональной схемы системы управления ………. 51
2.4 Составление опросных листов на измерительные приборы и
средства автоматизации ……………………………………………………………………………. 53
2.5 Выбор технических средств системы управления, составление
спецификации ………………………………………………………………………………………….. 53
2.5.1 Выбор датчиков температуры ………………………………………….. 54
2.5.2 Выбор технических средств измерения уровня ………………… 55
2.5.3 Выбор исполнительного механизма …………………………………. 56
2.5.4 Выбор регулирующего устройства …………………………………… 58
2.5.5 Выбор насосного оборудования ……………………………………….. 60
2.6 Проектирование схемы внешних проводок ……………………………. 62
2.7 Проектирование принципиальной электрической схемы щита
управления ……………………………………………………………………………………………… 64
2.8 Разработка сборочного чертежа щита управления………………….. 67
2.9 Оценка погрешностей измерительных каналов………………………. 68
2.10 Разработка экранных форм мнемосхем SCADA-системы ……… 70
3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение………………………………………………………………………………………. 74
3.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………… 74
3.2 FAST-анализ …………………………………………………………………………. 78
3.2.1 Выбор объекта FAST-анализа ………………………………………….. 78
3.2.2 Описание функций объекта ……………………………………………… 79
3.2.3 Определение значимости выполняемых функций объектом 79
3.2.4 Анализ стоимости функций, выполняемых объектом
исследования………………………………………………………………………………………… 81
3.2.5 Построение функционально-стоимостной диаграммы объекта
и ее анализ ………………………………………………………………………………………… 81
3.2.6 Оптимизация функций, выполняемых объектом ………………. 82
3.3 SWOT-анализ………………………………………………………………………… 83
3.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………….. 87
3.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования……………………………………………………………………………………………. 90
3.6 Инициация проекта ……………………………………………………………….. 91
3.7 Планирование управления научно-исследовательского проекта 93
3.8 Бюджет научного исследования …………………………………………….. 96
3.9 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования …………………………………………… 99
Выводы по разделу Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность
и ресурсосбережение ……………………………………………………………………………… 101
4 Социальная ответственность……………………………………………………… 106
4.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности ………………………………………………………………………………………….. 106
4.2 Профессиональная социальная безопасность ……………………….. 108
4.2.1 Анализ вредных и опасных факторов……………………………… 108
4.3 Экологическая безопасность ……………………………………………….. 117
4.3.1 Анализ влияния объекта на окружающую среду …………….. 118
4.3.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды 118
4.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………….. 118
4.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований ……………………………………………………………………………………… 119
4.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в
лаборатории при проведении исследований ………………………………………… 119
4.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и
разработка порядка действий в случае возникновения ЧС …………………… 120
Выводы по разделу Социальная ответственность …………………………. 120
Заключение …………………………………………………………………………………….. 122
Список публикаций…………………………………………………………………………. 124
Список использованных источников ……………………………………………….. 125
Приложение А ………………………………………………………………………………… 132
Приложение B ………………………………………………………………………………… 135
Графический материал: на отдельных листах

ФЮРА.421000.03 С1 Схема структурная
ФЮРА.421000.03 С2 Схема функциональная
ФЮРА.421000.03 С4 Схема монтажная внешних проводок
ФЮРА.421000.03 Э4 Схема электрическая соединений шкафа
автоматизации
ФЮРА.421000.03 ПЭ Перечень элементов шкафа автоматизации
ФЮРА.421000.03 СБ Сборочный чертеж шкафа автоматизации
ФЮРА.421000.03 СП Спецификация оборудования шкафа автоматизации

В рамках магистерской диссертации разработана автоматизированная
система приготовления многокомпонентного жидкого топлива на основе
современных технических средств автоматизации.

В ходе научных исследований установлено влияние характеристик
эмульсионных топлив на динамику растекания их капель при взаимодействии с
твердой поверхностью. Изучены свойства всех исследуемых образцов. Оценена
стабильность эмульсий, а также рассчитана минимальная концентрация
эмульгатора, необходимая для стабилизации состава эмульсии. На основе
проведенных исследований приведены рекомендации к разработке и
эксплуатации системы. Также проведенные фундаментальные исследования
позволяют расширить базу знаний о неоднородных капельных жидкостях.

Спроектированная система является трехуровневой. Первый или полевой
уровень включает в себя датчики измерения температуры, уровня, а также
запорную арматуру и исполнительные механизмы с указателем положения.
Средний уровень занимает регулирующее устройство, реализованное в качестве
программируемого логического контроллера. А также имеется возможность
управления процессом дистанционно с верхнего уровня системы управления
посредством АРМ-оператора с установленной SCADA-системой.

Также разработан комплект проектной и конструкторской документации:
структурная схема, функциональная схема, заказная спецификация, схема
монтажная схема, принципиальная электрическая, перечень элементов, общий
вид щита управления.

При эксплуатации реальных объектов, работающих на
многокомпонентных топливах, важно контролировать состояние топлива.
Экспериментально определены температурные диапазоны стабильности
топливных композиций в зависимости от концентрации ПАВ. Для эффективно
использования эмульсионного топлива необходимо соблюдать температурные
условия таким образом, чтобы температура эмульсии соответствовала диапазону
устойчивого состояния.

Проведена оценка экономической эффективности проекта при его
внедрении на практике.

Рассмотрено влияние вредных факторов на организм человека и
окружающую среду в процессе работы технологического оборудования.
Разработаны инструкции и мероприятия по устранению и минимизации влияния
негативных факторов производства.

Пояснительная записка к проекту содержит подробное описание
основного оборудования, приборов и технических средств автоматизации, а
также мнемосхема и алгоритмы управления. При выборе приборов
руководствовались каталогами и сайтами производителей.
Список публикаций
1. Ashikhmin A. E. , Khomutov N. A. , Piskunov M. V. , Strizhak P. A. , Yanovsky
V. A. Synergistic effect of the fuel microemulsion characteristics on drop
interaction with a hot wall // Energy and Fuels. – 2021 – Vol. 35 – №. 9. – p. 8042-
8050.
2. Ashikhmin A. E. , Piskunov M. V. , Yanovsky V. A. , Yan W. M. Properties and
Phase Behavior of Water-in-Diesel Microemulsion Fuels Stabilized by Nonionic
Surfactants in Combination with Aliphatic Alcohol // Energy and Fuels. – 2020
– Vol. 34 – №. 2. – p. 2135-2142.
3. Ashikhmin A. E. , Khomutov N. A. , Piskunov M. V. , Yanovsky V. A.
Secondary Atomization of a Biodiesel Micro-Emulsion Fuel Droplet Colliding
with a Heated Wall // Applied Sciences. – 2020 – Vol. 10, Article number 685. –
p. 1-21.
4. Ashikhmin A. E. , Piskunov M. V. , Royzman I. -. , Yanovsky V. A. Thermal
stability control of the water-in-diesel microemulsion fuel produced by using a
nonionic surfactant combined with aliphatic alcohols // Journal of Dispersion
Science and Technology. – 2020 – Vol. 41 – №. 5. – p. 771-779.
5. Ashikhmin A. E. , Piskunov M. V. , Yanovsky V. A. Hydrodynamic Regimes of
Interaction between a Droplet of Water-in-Diesel Microemulsion and a
Horizontal Heated Wall // Technical Physics Letters. – 2019 – Vol. 45 – №. 6. –
p. 544-548.