Направление №7 «Информационные технологии в экономике, бизнесе и инновационной деятельности» Информационно-вычислительная система для контроля выработки и управления потреблением коксового газа (стр. 1 из 4)

Коксование возникло в XVIII в., когда истребление лесов для получения древесного угля, использовавшегося при выплавке железа, стало угрожающим и потребовалось заменить этот уголь другим топливом. Химические продукты, получающиеся при коксовании угля, имеют большое народнохозяйственное значение. Несмотря на быстрые темпы развития нефтехимической промышленности, коксохимия остается одним из основных поставщиков [1] сырья для производства пластических масс, химических волокон, красителей и других синтетических материалов. Это обусловливается крупными масштабами коксохимического производства.

Главнейшим из кузбасских богатств является каменный уголь. Геологи оценивают запасы угля в Кузбассе в 375 миллиардов тонн. За всю историю освоения края добыто примерно 5 миллиардов. Половина всех запасов – коксующиеся угли. В наше время 10% добываемого в мире каменного угля превращают в кокс. Доля коксохимических продуктов в сырьевой базе промышленности основного органического синтеза составляет около 50% [1], а таких важных продуктов, как бензол, достигает 80%, нафталин и крезолы – 100%. Ассортимент химических продуктов, выделяемых из каменноугольной смолы, сырого бензола и коксового газа насчитывает 134 наименования и более 240 сортов.

Коксование проводят в камерах коксовой печи, обогреваемых снаружи горящим газом. При повышении температуры в каменном угле происходят разнообразные процессы. При 2500 ⁰С из него испаряется влага, выделяются СО и СО₂; при 3500 ⁰С уголь размягчается, переходит в тестообразное, пластическое состояние, из него выделяются углеводороды-газообразные и низкокипящие, а также азотистые и фосфористые соединения. Тяжелые углистые остатки спекаются при 5000 ⁰С, давая полукокс. А при 7000 ⁰С и выше полукокс теряет остаточные летучие вещества, главным образом водород, и превращается в кокс. Из 1 т каменного угля получают примерно 800 кг кокса, 150 кг газа и 50 кг прочих продуктов. Собранный газ хорошо горит, его называют коксовым газом. Коксовый газ, используемый для обогрева коксовых печей, является сильным отравляющим веществом [1]. Составляющими коксового газа являются оксид углерода, аммиак, бензол, сероводород, цианистый водород, фенол, нафталин. Эти опасные вещества содержатся в окружающем коксовые печи воздухе и их концентрация не должна превышать предельно допустимой концентрации (ПДК).

Сегодня черная металлургия и особенно ее подотрасль – коксохимическое производство – являются сильнейшим источником загрязнения окружающей среды, поэтому в последние годы защита окружающей среды стала едва ли не основной проблемой в коксохимическом производстве. В регионах, где расположено коксохимическое производство, постоянно сохраняется экологическая напряженность, причем она подвержена сезонным колебаниям, резко ухудшаясь в летние месяцы года. Объясняется это тем, что в летние месяцы расход коксового газа на собственные нужды коксохимического производства значительно сокращается, поэтому высвободившиеся его ресурсы просто сжигаются на «свечах» или выбрасывается без дожигания в атмосферу.

ОАО «Кокс» вырабатывает порядка 1,2 миллиарда кубометров коксового газа в год, используя на собственные нужды 65% из этого объема. Газ является энергетическим сырьем, т. к. имеет теплотворную способность 4000 ккал/м³[2] и его можно использовать в качестве топлива в энергетических агрегатах для получения тепловой и электрической энергии. Примерно 25% – более 300 миллионов кубометров в год использует Кемеровская ГРЭС в качестве топлива для производства электроэнергии. Для себя коксовый газ так же решило использовать объединение «Химпром». Построена эстакада между «Химпромом» и «Коксом», смонтированы трубопровод для транспортировки газа, один из двух коксовых котлов и котельное оборудование. Оставшаяся часть газа бесполезно сжигается на «трубе-факеле» «Кокса», который видят кемеровчане и гости города. При сжигании коксового газа в различных агрегатах с выбросом продуктов в атмосферу последняя загрязняется серосодержащими компонентами. И хотя по технологии совсем «погасить» факел не представляется возможным, рассматривается ряд проектов, реализация которых позволит максимально сократить объем бесполезно сжигаемого газа. Проблема утилизации стоит достаточно остро в регионах коксохимической промышленности. Для уменьшения ее негативного влияния необходимо помимо технологий повторного производства вести качественный полноценный учет коксового газа с помощью современных автоматизированных систем для его оптимального использования и минимизации выбросов в окружающую среду.

Учитывая всё это, была сформулирована цель научного исследования – разработка информационно-вычислительной системы для контроля выработки и управления потреблением коксового газа.

В соответствии с целью поставлены следующие задачи:

1) выполнить обзор и анализ автоматизированных систем управления технологическими процессами на коксохимических предприятиях;

2) провести анализ существующей системы учёта выработки и потребления коксового газа на ОАО «КОКС»;

3) разработать информационно-вычислительную систему контроля потребления коксового газа на ОАО «КОКС» для автоматизации процессов контроля выработки и управления потреблением коксового газа и составления аналитических отчетов.

Отчет о научной работе состоит из введения, описания разработанной системы, заключения, содержит список литературы из 16 источников и 1 приложение. В отчете описаны требования, предъявленные заказчиком (ОАО «КОКС») к разработке информационно-вычислительной системы, структура разработанной базы данных и основные возможности системы. Представлено описание самой информационно-вычислительная системы, созданной в результате выполнения исследования, а так же её место и значение для ОАО «КОКС».

1 ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВЫРАБОТКИ И УПРАВЛЕНИЯ
ПОТРЕБЛЕНИЕМ КОКСОВОГО ГАЗА

1.1 Требования к системе

Заказчиком был сформулирован набор требований к системе по следующим критериям: эргономика, техническая реализация, общие требования. Техническое задание на разработку и сама разработка основывались на сформулированных требованиях.

1.1.1 Эргономика

При разработке должны учитываться следующие требования к эргономике и технической эстетике:

· однозначность понимания пользователем пунктов меню;

· наличие контекстной помощи;

· оптимальный подбор цветовой гаммы, обеспечивающий четкость восприятия символов на экране наряду с минимальным утомлением зрения;

· сопровождение ошибочных действий информированием на экране и подсказкой о дальнейших действиях.

1.1.2 Техническая реализация

При разработке должны учитываться следующие требования к технической реализации:

· реализация в архитектурном построении «клиент-сервер»;

· создание единой информационной базы в рамках цеха метрологии;

· использование реляционной модели представления данных;

· функционирование приложения в операционных системах семейства Microsoft Windows.

1.1.3 Общие требования к системе

Учет выработки (поставки) и потребления коксового газа необходимо осуществлять для соблюдения технологических регламентов, определения себестоимости продукции, выпускаемой ОАО «Кокс», для расчета с потребителями. Учет осуществляется ежесуточно. Производится суммирование от начала месяца (например, при расчете за 5 число текущего месяца необходимы данные за этот день и сумма за 5 дней). Цикл завершается последним днем текущего месяца, а сумма – месячные данные по потреблению или выработке. Исходными данными для учета выработки (поставки) и потребления коксового газа являются показания средств измерения (СИ). Каждое СИ имеет свои расчетные данные, которые участвуют в расчетах. СИ делятся на: