XIX Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ» Секция 7: Информатика и управление в технических системах СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УЗЛОМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ГЕКСАФТОРИДА УРАНА Кубенский И.Р. Криницын Н.С. Надеждин И.С. Научный руководитель: Криницын Н.С. Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30 E-mail: tapo4ek999@mail.ru В настоящее время на сублиматном заводе идеальный характер, т.е. компоненты, ОАО «СХК» проводится комплекс мероприятий поступающие в емкость, мгновенно смешиваются по модернизации производства гексафторида с уже имеющимися в емкости. Это позволило урана. Цель модернизации – освоение новой описать динамические характеристики газовых и технологии производства, основанной на твердофазных потоков дифференциальным фторировании тетрафторида урана, который в уравнением вида: свою очередь получается фторированием двуокиси dG _ out (t ) T G _ out (t ) G _ in урана. Такая технология подразумевает создание dt дополнительной технологической единицы – узла где: восстановления. G_out – величина расхода выходного потока; Узел восстановления (УВ) – первый элемент G_in – величина расхода входного потока; последовательности аппаратов в V модернизированной технологической схеме T – постоянная времени; Vср.расх производства гексафторида урана. Задача узла – получение диоксида урана путем восстановления V – объем аппарата занимаемый закиси-окиси избытком водорода. соответствующим продуктом; Октаоксид триурана или закись-окись урана – Vср.расх – средний объемный расход продукта на фактически представляет собой соединение из выходе. одной молекулы диоксида и n молекул триоксида При этом значение постоянной времени для урана[1]. твердого продукта составляет Т1=2065сек, а для газа – T2=2,25сек U3O8 =UO2 nUO3 Характеристики выходного продукта, Число n для сырья узла восстановления может принимать значения в диапазоне от 1,8 до 2,2. В рассчитанные по модели узла восстановления при загрузке, совпали с среднем принято считать n равное двум. Таким стехиометрической образом, получение диоксида из закиси-окиси характеристиками продукта, получаемого на ОАО сводится к восстановлению триокиси урана «НЗХК» при идентичных условиях. Количественной характеристикой работы узла избытком водорода по следующей реакции: восстановления является степень восстановления (1) UO3 +H2 UO2 +H2O триоксида. Кроме этого предъявляемые Аппаратная реализация представляет собой требования к согласованной работе аппаратов горизонтальный аппарат, в который, с помощью производства гексафторида урана приводят к шнекового питателя, загружается закись-окись необходимости поддержания величины массового урана и подается газовая смесь, преимущественно расхода продуктов на выходе УВ на заданном состоящая из водорода. На выходе аппарата уровне. получаем твердый продукт, состоящий из двух- и В итоге целями управления узлом трех-окиси урана, а также смесь газов, восстановления являются:: включающую в себе водяной пар и избыток Обеспечение требуемой степени водорода. На основании анализа объекта была восстановления исходных оксидов урана до UO2; составлена информационная структурная схема Обеспечение требуемой величины узла восстановления, входными потоками массового расхода твердофазных продуктов на которого являются массовый расход закиси-окиси выходе УВ. урана, а также объемный расход водорода. На Наибольшее влияние на регулируемые выходе же основным параметром является координаты оказывают такие параметры, как массовый расход твердого полупродукта и доли величина избытка H2 над стехиометрическим UO2 и UO3 в нем. количеством, необходимым для полного Используя составленную информационную восстановления исходных оксидов, а также структурную схему и уравнение (1), на основании частота вращения шнека загрузки закиси-окиси. материального баланса, была разработана Данные зависимости, рассчитанные с помощью математическая модель узла восстановления, разработанной математической модели УВ, которая была реализована в среде Matlab. При отображены на рис. 1 и 2. этом было принято допущение о том, что смешение компонентов внутри узла носит 264 XIX Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ» Секция 7: Информатика и управление в технических системах Рис.1. Зависимость массовой доли UO2 от величины входного расхода водорода В результате исследования технологических процессов УВ, а также анализа методов синтеза систем автоматического регулирования, Корректи рующий блок 1 Рис.2. Зависимость массового расхода полупродуктов на выходе от входного расхода U3O8 разработана структурная схема САР УВ, обеспечивающая достижение обозначенных целей [2]. Схема приведена на рис. 3. СHУВ2 GПУВ GU3O8 УВ мод _ mUO 2 УВ уст _ mUO 2 СHУВ2 GU3O8 Регулятор 2 уст _VHУВ 2 х.р.о. Регулятор 1 VH2 VHУВ 2 N U 3 O8 уст _ GПУВ GПУВ Шнек загрузки УВ СГ 1 GПУВ VHУВ 2 GU3O8 доб _ N U3O8 GПУВ Регулятор 3 расч _ N U3O8 Рис.3 Структурная схема САР Стабилизация степени восстановления формирующим управляющее воздействие на шнек УВ загрузки УВ – NU3O8 на основании величины исходных оксидов на требуемом уровне уст_mUO 2 (величина которой задается операторомтехнологом) обеспечивается регулятором 2. По УВ разности желаемой уст_mUO и рассчитанной по 2 модели УВ мод_mUO 2 степенях восстановления исходных оксидов рассчитывается требуемый уст_VHУВ объемный расход водорода 2 поступающего в УВ. Соответствие желаемого – уст_VHУВ и действительного – VHУВ расхода 2 2 технологического газа на входе аппарата поддерживается контуром стабилизации по отклонению с регулятором 1, путем формирования управляющего воздействия на регулирующий клапан подачи водорода в УВ. Задача поддержания величины массового расхода продуктов на выходе УВ на требуемом уровне уст _ GПУВ сигнала рассогласования желаемого уст _ GПУВ и GПУВ действительного массовых расходов продуктов на выходе УВ. Таким образом, в ходе выполнения работы была разработана структурная схема САР узлом восстановления высших оксидов урана. Система обеспечивает поддержание заданных параметров массовой доли диоксида урана в полупродукте, а также постоянство выходного расхода полупродукта. Список литературы: 1. Каляцкая Г.В., Маслов А.А. Химия урана Томск: Изд-во ТПУ, 2009г., 20стр. 2. Гурецкий X. .Анализ и синтез систем управления с запаздыванием – М.:Машиностроение, 1974. - 328с. решается регулятором 3, 265