Устройство для автоматического регулирования процесса синтеза аммиака

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СИНТЕЗА АММИАКА, содержащее измеритель температуры в зоне реакции, элемент сравнения, регулятор,сумматор, блок деления, отличающееся тем, что, с целью, повышения производительности колонны синтеза за счет повышения качества регулирования температуры в зоне реакций, оно дополнительно содержит измерители содержания водорода и азота на входе в колонну, два. задатчика, коммутирующий элемент, блок формирования компенсируемого возмущения , блок компенсации и блок реализации .управляющих воздействий, при этом выход измерителя температуры в зоне реакции через элемент сравнения подключен к регулятору, выход которого связан с первым входом .сумматора , второй вход которого соединен с выходом блока комп.енсации, измерители содержания водороду и азота на входе в колонну подключены к входам блока деления, выход которого па раллельно соединен с первыми входами коммутирующего элемента и блока формирования компенсируемого возмущения , выход которого связан с первым i входом, блока компенсации, подключенного своим вторым входом к выходу (Л коммутирующего элемента, выход первого задатчика паргшлельно соединен с с вторьлм входом блока формирования компенсируемого возмзпцения и с вт&рым входом коммутирующего элемента, выход второго задатчика параллельно подключен к третьему входу блока формирования компенсируемого возмущения и к третьему входу кэммутирующего со элемента, выход сумматора через блок СлЭ 4 реализации управляющих воздействий соединен с вентилем холодного байпаса . :о У1

è9) SU (11);

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН д

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3416581/23-26 (22) 16. 03 ° 82 (46) 07.08.83.. Бюл. Р 29 . (72) Р. Б.Медведев, A.Ñ.Ìèíàêîâ, A.Â.Ôåäîðîâ, Ю.И.Бурдо,М,Г.Федоров, В.Ф.Копытов и A Â.Êîáçåâ (71) Киевский ордена Ленийа политехнический институт им.50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции и Новолипецкий металлургический завод . (53) 52 (088. 8) (56) 1.Андреев Ф.A. и др. Технология связанного а.зота. М., .Химия™, 1966, с. 315.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Р 295321 кл, В 01.3 9/04, 1969. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СИНТЕЗА

АММИАКА, содержащее измеритель температуры в зоне реакции,-ezeMeHx сравнения, регулятор, сумматор, блок деления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью. повышения произ" водительности колонны синтеза за счет повышения качества регулирования температуры в зоне реакций, оно дополнительно содержит измерители содержания водорода и азота на входе в колонну, два задатчика коммутирующий элемент, блок форми)(5g С 01 С 1/04У G 05 0 27 0 рования компенсируемого возмущения, блок компенсации и блок реализации управляющих воздействий, при

° этом выход измерителя температуры в. зоне реакции через элемент сравнения подключен к регулятору, выход которого связан с первым входом .сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации, измерители содержания водородр и азота на входе в колонну подключены к входам блока деления, выход которого параллельно соединен с первыми входами коммутирующего элемента и блока формирования компенсируемого возмуще- . ния, выход которого связан с первым входом блока компенсации, подключен-,д

И ного своим вторым входом к выходу коммутирующего элемента, выход первого эадатчика параллельно соединен с вторым входом блока формирования С компенсируемого возмущения и с вторым входом коммутирующего элемента, Я выход второго задатчика параллельно подключен к третьему входу блока формирования компенсируемого возмущения и к третьему входу кеммутирующего элемента, выход сумматора через блок реализации управляющих воздействий соединен с вентилем холодного байпаса.

1033435

Изобретение относится к устройствам для автоматического регулирования технологических процессов и может быть использовано в промышленнос. ти по производству минеральных удоб рений при автоматизации колонны синтеза аммиака.

Известно устройство для автоматического регулирования температуры в зоне реакции колонны синтеза, содержащее измеритель и регулятор температуры в зоне реакции,эле" мент сравнения и вентиль холодного байпаса(.1). Недостаток этого устройства— отсутствие учета возмущающих воздей- 15 ствий, поступающих на объект регулирования..

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для автоматич еского регулирования процесса син- yg теза аммиака, содержащее измеритель температуры в зоне реакции, элемент сравнения, регулятор,сумматор и блок деления(2 .

Недостаток данного устройства 25 заключается в том, что оно не обес-. печивает высокого качества регулирования температуры в зоне реакции, что ведет к снижению производительности колонны синтеза.

Бель изобретения — повышение производительности колонны синтеза эа счет повышения качества регулирования температуры в зоне реакции.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее измеритель температуры в зоне реакции, элемент сравнения, регулятор, сумматор, блок деления, дополнительно содержит измерители содержания во дорода и азота на входе в колонну, 40 два задатчика, коммутирующий элемент, блок формирования компенсируемого возмущения, блок компенсации и блок реализации управляющих воэдей ствий, при этом выход измерителя 45 температуры в зоне реакции через элемент сравнения подключен к регулятору, выход которого связан с первым входом сумматора, второй вход .которого соединен с выходом блока компенсации, измерители содержания водорода и азота на входе в колонну подключены к.входам блока .деления, выход которого параллельно оединен с первыми входами коммуирующего элемента и блока формирования компенсируемого возмущения, выход которого связан с первым входом блока компенсации, подключенного своим вторым входом к выходу коммутирующего элемента, выход пер- 60 ваго эадатчика параллельно соединен,; с вторым входом блока формирования компенсируемого возмущения и с вторым входом коммутирующего элемента, выход второго задатчика,параллельна 65 подключен к третьему входу блока формирования компенсируемого возмущения и к третьему входу коммутирующего элемента, выход сумматора через блок реализации управляющих воздействий соединен с вентилем хо-. лодного байпаса, На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства..

Устрсйство для регулирования ре" жима в колонне 1 синтеза аммиака содержит измеритель 2 температуры в зоне реакции, измерители 3 и 4 содержания соответственно водорода и азота на входе в колонну 1, элемент 5 сравнения, регулятор б, блок 7 деления, первый и -второй за- датчики 8 и 9, коммутирующий элемент 10, блок 11 формирования компен сируемого возмущения, блок 12 компенсации, сумматор 13, блок 14 реализации управляющих воздействий, вентиль 15 холодного байпаса. ! Измеритель 2 температуры в зоне ,реакции может быть реализован на базе датчика с термопарой. Измерители 3 и 4 содержания водорода и азота Яа входе в колонну могут быть реализованы на базе промышленных атоматических хроматографов.

Элемент 5 сравнения предназначен для формирования величины рассогласования между заданием по тем- . пературе в зоне реакции и ее текущим значением. Выходной сигнал элемента

5 равен разности между заданием по температуре и ее текущим значением.

Для ввода и изменения величины зада ° ния удобно использовать внешние устройства УВМ типа пульта технологаоператора. Регулятор б при реализации на УВМ может иметь ПИД-струк.туру.

Функциональный блок 7 предназначен для формирования величины соотношения А, равного частному от деления концентрации азота на концентрацию водорода.

Задатчики 8 и 9 ограничений по соотношению между азотом и водородом предназначены для формирования величины нижней (A> ) и верхней (A®, границ зоны, в которой изменение параметра A практически не влияет на работу колонны синтеза. Для из- менения величин А> и А> удобно использовать внешние устройства УВМ типа пульта программиста, либо пульia технолога оператора.

Коммутирующий элемент 10 предназначен для отключения блока 12 ком-. пенсации когда возмущений нет, т.е. при выполнении соотношения А„А% А .

Блок 11 предназначен для определения величины компенсируемых возмущений, равных отклонениям соотношения между азотом и водородом от нарушаемых or1033435 раничений. Выходной сигнал формиро- . вателя 11 равен отклонению величины

A от нижней границы А при АсАт, и pases отклонению величийы A от верх- . ней границы AS при A) AS(8=A-A, А==А8 при АЖв,А =Aн при А<Ан) iгде

 — выходной сигнал формирователя ll, Блок 12 компенсации предназначен для выработки сигнала. по изменению положения вентиля холодного .байпаса, компенсирующего возмущающие воздействия, возникающие вследствие из менения соотношения между азотом и водородом. При работе блока 12 учитываются динамические характеристики объекта и динамика изменения отклонений между величиной A и нарушаемым ограничением. Блок 12 компенсаций имеет передаточную функцию, определяемую иэ условия полной ин- вариантности выходной величины относительно, возмущения. Блок 12 компенсации может имитироваться последовательно соединенными апериодическим звеном 1-го порядка н звеном запаздывания, моделируемым рядом ячеек, информация в которых перемещается на каждом цикле работы.

Сумматор 13 предназначен для сложения сигнала, подаваемого с выхода блока 12 компенсации с сигналом, подаваемым с выхода регулятора 6.

Блок 14 предназначен для реализации на объекте приращения положения вентиля холодного байпаса относительно его текущего значения.

Блок 14 реализуется на базе устройства связи с объектом (УСО) УВМ и относится по своему функциональному назначению к типовым средствам реализации на объекте управляющих воздействий, вырабатываемых УВМ.

Вентиль 15 холодного байпаса предназначен для изменения подачи газовой смеси по холодному байпасу колонны синтеза и представляет собой стандартный автоматический вентиль, пригодный для дистанционного управления.

Устройство работает следующим образом.

При помощи. измерителей 3 и 4 в темпе с процессом замеряются концентраций водорода и азота. При по.мощи блока 7 формируется соотношение A. При помощи коммутирутощего элемента 10 производится отключение блока 12„ когда возмущений нет (АтрА As ) . Величины Атт и А8 формируются при помощи задатчиков 8 и 9. В блоке 11 формируется величина компенсируемого возмущения,равная отклонению величины A от нарушенного стграничения. Блок 12 вйрабатывает компенсирующий сигнал по изменению ттоложения вентиля:холодного. байпаса при этом учитываются динамические характеристики объекта и динамика изменения отклонений между величиной . A.u нарутттенньтм ограничением. Выходной сигнал блока 12 суммируется при помощи сумматора 13 r выходным .сигналом регулятора б, корректируя тем самым прирашение расхода газа холодного байпаса, задаваемого регулятором 6 из условия регулирова ния по отклонению температуры в зоне реакции относительно задания, т0 вводимого в элемент 5 сравнения.

При помощи блока 14 осуществляется дискретная реализация полных приращений положения вентиля 15 холодного байпаса относительно его теку15 щего значения.

Полные приращения положения вентиля 15 равны сформированной в сумматоре 13 сумме выходных сигналов регулятора б и блока 12 компенсации. т() РегулятОр и блок компенсации включаются периодически через равные промежутки времени. В эти же моменты времени определяются величины полных приращений положения регулирующего органа. Затем при помощи блока 14 производится реализация ., этих приращений относительно положения вентиля 15. При этом вы ходная величина блока 14 сумйируется с величиной действительного текущего положения вентиля холодного байпаса 15 и выводится на объект ° Блок 14 поддерживает на протяжении следующего временного интервала постоянное значение выЗ5 . работанного управления (регулятор 6 и блок 12 компенсации в это время не работают) . Затем включаются регулятор б и блок 12 компенсации, вырабатывается и реализуется на

40 объекте, новое управление и т.д. Сигнал о величине температуры.-в зонЕ реакции формируется измерителем 2 температуры в зоне реакции и вводится .в элемент 5 сравнения.

При работе данного устройства компенсируются не изменения соотношения A а иэменент)я,иных величин — возмущений, появляющихся ттри нарушении соотношения А — отклоне)нений А от нарушаемых ограничений.Атт и А8 .Поэтому, если величина A изменяется внутри . ограничений Ам и A + (А„, A A ), компенси-. рующее воздействие не вырабатывается, так как такие изменения A no сути не являются возмущениями и их компенсация может привести лишь к ощутимым ошибкам при регулировании. Поскольку все величины измеряются на объекте с погрешностями, 6() а модель всегда приближенна, такой прием позволяет не только повысить помехозащищенность устройства и увеличить качество регулирования, но по сути дает возможность испольg$ зовать при регулировании темпера1033435

ВНИИПИ Заказ 5543 21 Тираж 471 . По исное

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä,ул. роектная, туры соотношение A которое даже при достаточно точном замере на объекте концентраций азота и водоро да определяется с ошибкой. Величины Ан и Аз могут при необходимости оперативно изменяться в зависимости от состояния установки. Их оптимальные значения определяются с учетом точности нахождения величи" ны A и реального состеяния объекта, .При упрощенном регулировании приближенно значения этих величин принимаются постоянными (например A„=

=0,28-0,30,Аз=0,37-0g39) °

Предлагаемое устройство регулирования может быть также реалиэовано на базе стандартных аналоговых средств автоматизации.

Его применение обеспечивает по сравнению с базовым объектом значи« тельно более высокое качество регули-. рования температуры в зоне реакции колонны синтеза аммиака, поскольку позволяет компенсировать возмущения, возникающие вследствие изменения соотношения между азотом и водородом

10 в смеси на входе в колонну. Компенсация рассматриваемых возмущений приводит к существенному повышению ста-. бильности работы установки синтеза в целом и увеличению производитель15 ности колонны.