Устройство для автоматической защиты процесса нитрования

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПРОЦЕССА НИТРОВАНИЯ в реакторе непрерывного действия с мешалкой , содержащее блоки уставок, датчики давления хладагента, расходов нитрующего и нитруемого компонентов, фильтры, датчик температуры реакционной массы, подключенный к первому блоку уставок, элементы ИЛИ, клапан аварийного сброса реакционной массы и дозировочные насосы, при этом выход первого элемента ИЛИ через первый усилитель мощности подключен к дозировочным насосам, а выход второго элемента ИЛИ связан с вторым усилителем мощности, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, о т л и-ч а ю щ е е с я тем. что, с целью повы шения быстродействия и надежности работы устройства, оно дополнительно содержит датчики электропроводности реакционной массы в нижней и верхней частях реактора, температуры хладагента , напряжения на двигателе мешалки , давлений нитрующего и нитруемого компонентов, элементы И и электропневматический дискретный преобразователь , при этом датчики электропроводности реакционной массы в нижней и верхней частях реактора подключены к входам второго и третьего блоков уставок, первый выход второго блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых связаны с третьим и четвертым входами первого элемента ИЛИ, второй выход второго блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы коО торых связаны с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ, третий {ik выход второго блока уставок через 00 Од свой фильтр параллельно соединен с первыми входами пятого и шестого N9 элементов И, выходы которых связаны с первым и вторЕ 1м входами четвертого элемента ИЛИ, четвертый выход третьего блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, выходы которых связаны с первымси вторым входами второго элемента ИЛИ, первый выход третьего блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с вторым входом второго элемента И и первым входом девятого эле

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4862 А

09) (П) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3763579/23-26 (22) 12.06.84 (46) 30.11.85. Бюл. Ф 44 (7 1) Ленинградский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного Знамени технологический институт им, Ленсовета и Ордена Трудового

Красного Знамени химико-фармацевтический завод "Акрихин" (72) В. Ю. Долматов, Ю. В. Павлов, В. Л. Рогачев, В. И. Сахненко, П. А. Обновленский,. Н. В. Латыпов, О. А. Круглов, И. И. Тюляев.

Л. М. Семиколенных, С. А. Захаров и Е. В. Захаров (53) 66.012-52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 306868, кл. В Ol J 3/00, 1970.

Безопасность труда в проьпппленности, 1973, 1(10, с. 57-58. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПРОЦЕССА НИТРОВАНИЯ в ре— акторе непрерывного действия с мешалкой, содержащее блоки уставок, датчики давления хладагента, расходов нитрующего и нитруемого компонентов, фильтры, датчик температуры реакционной массы, подключенный к первому блоку уставок, элементы ИЛИ, клапан аварийного сброса реакционной массы и дозировочные насосы, при этом выход первого элемента ИЛИ через первый усилитель мощности подключен к дозировочным насосам, а выход второго элемента ИЛИ связан с вторым усилителем мощности, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повы (5@4 С 07 В 43/02 G 05 Р 27/00 шения быстродействия и надежности работы устройства, оно дополнительно содержит датчики электропроводности реакционной массы в нижней и верхней частях реактора, температуры хладагента, напряжения на двигателе мешалки, давлений нитрующего и нитруемого компонентов, элементы И и электропневматический дискретный преобразователь, при этом датчики электропроводности реакционной массы в нижней и верхней частях реактора подключены к входам второго и третьего блоков уставок, первый выход второго блока уставок через свой фильтр Ф параллельно соединен с первыми входаЩ ми первого и второго элементов И, выходы которых связаны с третьим и четвертым входами первого элемента С

ИЛИ, второй выход второго блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с первыми входами третьего П еп, и четвертого элементов И, выходы ко- юй торых связаны с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ, третий ф выход второго блока уставок через 00 свой фильтр параллельно соединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, выходы которых связаны с первым и вторым входами четвертого элемента ИЛИ, четвертый выход третьего блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, выходы которых связаны с первым:и вторым входами второго элемента ИЛИ, первый выход третьего блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с вторым входом второго элемента И и первым вкодом девятого эле1194862 мента И, выход которого связан с пятым входом первого элемента ИЛИ, второй выход третьего блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с вторым входом третьего элемента И и .с первым входом десятого элемента

И, выход которого связан с третьим входом третьего элемента ИЛИ, третий выход третьего блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с вторым входом шестого элемента И и первым: входом одиннадцатого элемента

И, выход которого связан с третьим входом четвертого элемента ИЛИ, четвертый выход. третьего блока .уставок через свой фильтр параллельно соединен с вторым входом восьмого элемента И и первым входом двенадцатого элемента И., выход которого связан с третьим входом второго элемента ИЛИ, первый выход. первого блока уставок через свой фильтр параллельно соеди1

Изобретение относится к управлению потенциальноопасными процессами химз ческой технологии и касается, в частности, вопросов автоматической защиты процессов нитрования, сульфирования, хлорирования и других экэотермических процессов, осуществляемых в реакторах непрерывного действия (РНД) полного заполнения и интенсивного перемешивания с целью предотвращения выхода нх в область предаварийных и аварийных режимов, которое может найти широкое применение в химической, нефтехимической, лакокрасочной, химико-фармацевтической, витаминной, пищевой и других специализированных отраслях промышленности при синтезе лекарственных препаратов, витаминов, полупродуктов, красителей лаков и .противокоррозионных присадок к топ лину для двигателей внутреннего сгорания.

Наличие перемешивания является важнейшим условием безопасного протекания процесса нитрования. Так как нитрование углеводородов протекает главным образом в кислотном слое, то при прекращении перемешивания и про1 нен с вторыми входами первого и девятого элементов И, второй выход первого блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с вторыми входами седьмого и двенадцатого элементов

И, датчики расходов и давлений нитрующего и нитруемого компонентов через свои фильтры параллельно подключены к входам пятого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторыми входами .пятого и одиннадцатого элементов И, датчики давления и температуры хладагента через свои фильтры подключены к шестому и седьмому входам первого элемента ИЛИ, датчик напряжения через свой фильтр параллельно соединен с вторыми входами четвертого и десятого элементов И, а выход второго усилителя мощности через электропневматический дискретный преобразователь связан с клапаном аварийного сброса реакционной массы.

2 должающейся подаче реагентов в реакторе может накопиться большое количество органической фазы и нитруницей

-смеси, очень медленно реагируннцих на

5 границе раздела фаэ в силу расслоения реакционной массы. Повторное включение мешалки вызывает быстрое протекание реакции нитрования органической фазы в кислотном слое с бурным выделением большого количества тепла.

Охлаждающая система реактора не справляется с отводом такого количества тепла, происходит резкое повышение, температуры реакционной массы, 15 оканчивающееся выбросом, а иногда и . ее взрывом.

Для реакторов последних разрабо ток, характеризующихся большим значе"

20 нием критерия,Рейнольдса (> 160000):, при котором обеспечиваются практически безградиентные условия протекания реакции нитрования и тем самым устраняются причины ее диффузионного тор25 можения, тепловая нагрузка является возросшей и малейшие нарушения в режи. ме перемешивания могут явиться причиной весьма серьезных аварий.

I)94862

Особое значение поэтому приобретает оперативность контроля за наличием перемешивания. Использование для этих целей тахогенератора оказывается неэффективным при отрыве лопастей мешалки или поломке ее вала сигнал об отсутствии перемешивания не поступит.

Существукщий. контроль за наличием перемешивания по измерению мощности, потребляемой двигателем мешалки, так же не дает достоверной информации: здесь оказывается большая чувствительность данного параметра к состоянию сальникового уплотнения вала мешалки и правильному выбору установленной мощности двигателя.

Отсутствие перемешивания, как показали экспериментальные исследования, быстрее всего можно определить по скачкообразному приращению электропроводности, происходящему в момент останова мешалки вследствие расслоения реакционной массы на два слоя: верхний - органический и нижний— кислотный. При этом знак приращения сигнала по электропроводности зависит от места установки датчика.

При его расположении в нижней части реактора и останове мешалки он оказывается погруженным в кислотный слой и сигнал по электропроводности увеличится, а при расположении его в верхней части и останове мешалки он оказывается погруженным в органический слой, и сигнал по электропроводности уменьшится. Это свойство резкого изменения сигнала.по электропроводности в противоположных направлениях можно испольэовать для. современной и надежной передачи информации о возникновении аварийной ситуации в результате останова мешалки сразу по двум информационным каналам измерения одного и того же параметра реакционной массы в разных зонах реактора. Следует отметить также относительную простоту конструкции датчика по измерению электропроводности, высокую чувствительность самой измерительной системы и ее превосходные динамические характеристики.

Наряду с контролем наличия перемешивания по электропроводности реакционной массы, целесообразно также фиксировать подачу напряжения не- . посредственно к статорной обмотке двигателя мешалки, что позволяет по5

l0

45 лучить дополнительные гарантированные сведения о действительном состоянии мешалки. Это позволяет кроме того. контролировать как исправность силовых контактов магнятиого пускателя двигателя мешалки, так и сам . факт подачи напряжения к двигателю.

При нарушении дозировки, вызванном отказами в подаче нитруемого или нитрующего комюнентов. происходит резкое изменение электропроводности реакционной массы. При этом, если произошло нарушение в подаче нитрующего компонента в сторону уменьшения расхода, электропроводность возрастает, если нитруемого, то уменьшается.

Электропроводность реакционной массы является оперативным показателем изменения температурного. режима в реакторе и поэтому наряду с двумя датчиками по косвенному контролю величины данного параметра, расположенными в верхней и нижней частях реактора, и датчиком температуры ре акционной массы, установленным в средней зоне реактора, удается практически охватить температурным контролем реакционную массу по всему обьему реактора.

При этом, чтобы правильно выработать соответствующие управляющие воз» действия при аварийном отклонении электропроводности реакционной массы, замеряемой одновременно двумя датчиками, устанавливают следующую особен ность: при отклонении сигналов по электропроводности, в противоположных направлениях аварийная ситуация в реакторе возникает вследствие ос- танова мешалки; при отклонении сигналов по электропроводности в одном направлении причиной аварийной ситуации могут быть нарушения либо тем.. пературного режима, либо дозировки исходных компонентов.

Повышению надежности устройства защиты процесса нитрования путем устранения его ложных срабатываний способствует использование резервирования датчиков по контролю за возникновением аварийной ситуации и применение как новых логических элементов, так и новой взаимосвязи между элементами, при которых командный импульс на исполнительный механизм выработки противоаварийного управляющего воздействия поступит при нали5 11948 чии сигналов как минимум от двух дат чиков о наличии аварийной ситуации.

При поступлении сигнала о возникновении аварийной ситуации только от одного датчика исполнительный ме5 ханизм не срабатывает.

Это позволяет свести к минимуму вероятность логических срабатываний автоматической системы защиты АС3 при относительно незначительных за- 1О тратах .на повышение ее надежности.

При этом система защиты остается работоспособной .при любом виде отказе одного из трех .информационных каналов контроля наличия аварийной f$ ситуации.

Возможность контроля состояния протекания процесса при использовании. двух датчиков электропроводности и одного температурного позволит ис- 20 ключить влияние локальных кратковременных (как правило неопасных) перегревов реакционной массы на ложное срабатывание АСЗ.

Сочетание одного входного (первич- 25 кого) параметра и двух выходных (вторичных) параметров для правильности контроля возникновения аварийной ситуации (отклонение температуры, останов мешалки, нарушение дозировки) 30 и выработки противоаварийных управляющих воздействий (останов процесса прекращение процесса) предотвращает ложные срабатывания системы защиты по той причине, что реактор как объект. защиты, являясь фильтром для случайных высокочастотных колебаний, действующих на вход. объекта, не пропустит кратковременных колебаний вход-ных параметров, а если длительность 4О их воздействий возрастает, что уже само по себе опасно, так как за это время произойдут и отклонения выходных параметров объекта. Только при наличии отклонений как минимум по 45 двум параметрам (одного - входного, а другого — выходного) поступит сигнал о выработке противоаварийных управляющих воздействий, Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности работы устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства автоматической системы защиты (AC3); на фиг. 2 - струк- 5 турная, схема логического автомата защиты; на фиг. 3 - динамика электропроводности реакционной массы по

62 двум датчикам при останове и повторном включении двигателя мешалки; на фиг. 4 — структурная схема контроля наличия напряжения на одной из фаз статорной обмотки двигателя мешалки.

Устройство (фиг. I) для автоматической защиты процесса питрования содержит реактор 1 непрерывного

/ действия полного зайолнения, змеевик

2 и рубашку 3 охлаждения, мешалку 4 и двигатель 5 привода мешалки, клапан

6 аварийного сброса реакционной массы дозировочные насосы 7 подачи исходных компонентов, входной и выходной патрубки 8 и 9 хладагента, переток 10 реакционной массы в следующий реактор, датчики 11 и 12 давления и температуры хладагента, датчик 13 напряжения на двигателе мешалки, дат" чики 14 и 15 расхода и давления нитрующего компонента, датчики 16 и 17 расхода и давления нитруемого компонента,. датчик 18 температуры реакционной массы в реакторе, датчики 19 и 20 электропроводности реакционной массы в верхней и нижней частях реактора, преобразователи 21-24, вторичные приборы 25-27 ° Первый, второй, и третий блоки 28-30 уставок, регулирующий прибор 31, клапаны 32 и

33 на линии подачи хладагента в рубашку и змеевик, информационные каналы 35-52, логический автомат 53 зашиты (ЛАЗ) и управляющие каналы

54 и 55 временного останова и полного прекращения процесса.

Логический автомат защиты (фиг. 2) содержит фильтры 56, первый - двенадцатый элементы И 57-68, первый — пятый ИЛИ 69-73, первый и второй усилители 74 н 75 мощности и электропневматический дискретный преобразователь 76.

Устройство работает следующим образом.

Число уставок на каждом из блоков

29-30 выбирается с учетом количества противоаварийных управляющих воздействий, возможных по отклонению контролируемых параметров и их эффективности, а значения уставок, выбираемых по каждому из параметров, определяются исходя из требований по

У предотвращению возникновения экстремальных условий для развития аварийной ситуации.

Для блока 28 по измерению температуры реакционной массы значение

1194862 уставок на выработку противоаварий- . ных управляющих воздействий выбирают ся из условия: Н (останов процесса)

<Н г (прекращение процесса) .

Значения уставок на электропроводности реакционной массы выбираются иэ следующих условий неравенства: для блока 25 связанным с датЧиком, расположенным в верхней части реактора Н < (останов мешалки) (Н (иаруг шение дозировки) (НВ (останов процесса) < Н < (прекращение процесса); для блока 26, связанным с датчиком, расположенным в нижней части реактора Н (останов мешалки) < Н (нарушен

2 ние дозировки) )H (останов процесса Н (прекращение процесса).

При достижении текущим значением параметров заданных значений уставок, выставленных на датчиках 11, 15 и 17 преобразователе 21, вторичных приборах 22 и 23, блоках 28-30 уставок, отсутствии напряжения на датчике 13 вырабатываются дискретные аварийные сигналы по каналам 34-52, поступающие ,в ЛАЗ 53.

Логика автомата защиты синтеэирована. таким образом, что выработка противоаварийного управлякщего воздействия осуществляется при достижении аварийного значения уставок как минимум по двум параметрам одновременно, исключив таким образом, воэможность ложного срабатывания системы защиты от случайного отклонения одного из трех параметров.

Лишь при наличии отклонений в параметрах хладагента показания датчиков 11 и 12 не дублируются показаниями воздействия, направленное на останов процесса, .а вырабатывается сразу, как только от них поступит соответствующая информация.

При нарушении дозировки прежде всего отклоняются входные параметры, контролирующие режим ее протекания, а именно. - расход нитрующего и нитруемого компонентов (датчики 14 и )6) и давление их в линии подачи (датчики 15 и 17) и лишь при отклонении сигнала по одному из датчиков электропроводности поступит команда на временной останов процесса путем прекращения подачи дозируемых компонентов в реактор.

Если после останова процесса отклонение температуры реакционной массы и электропроводности достигнет следующих аварийных значений уставок

Н и Н, то на основе полученной входной информации по каналам 44, 48:и 52 хотя бы по двум измерительным каналам вырабатывает противоаварийное управляющее воздействие по каналу 55, направленное на прекращение процесса, реализуемого путем сброса содержимого реактора.

10 Во избежание ложных срабатываний от случайных наводок:посторонними

I сигналами предусмотрена-. фильтрация кратковременных возмущений с помощью

RC-фильтров с повторителями. В выход1S ных управляющих цепях установлены усилители 74 и.75 мощности, а в выходной цепи сброса реакционной массы расположен электропневматический дис» кретный преобразователь 16 типа

20 П1ПР-5. Логические элементы 57, 58 и 65 совместно с логическим элементом 69 вырабатывают команду на отсечку подачи дозируемых компонентов при превьш енин температуры реакционной

25 массы и наличии сигналов об этом хо» тя бы по двум информационным каналам из трех: 43 (температура реакционной массы), 45 и 49 (электропроводность реакционной массы).

Информационные каналы 34 и 35 сигнализируют об отклонении параметров хладагента (температуры и давления) . связаны с входами логического элемента 69.

Логические влементы 59 и 60 66 и

У

71 вырабатывают команду на отсечку при нарушении гидродннамического режима и наличии сигналов об этом хотя бы по двум информационным каналам из трех. 46 и 50 (электропроводность реакционной массы), 36 (напряжение на статорной обмотке двигателя мешалки), поступающей на вход элемента 69.

Информационные каналы 37-42 сигналиэируют об отклонении входных параметров, характеризующие нарушение режима дозировки в подаче двух компоненто", а именно: понижение расходов компонентов каналы 37 и 40, ми50 нимальное понижение(каналы 39 и 41) и максимальное повышение каналы(39 и

41) давление в линии подачи компонентов, и поступающие на вход элемента

73.

S5 Логические элементы:61 и 62, 67 и 72 срабатывают команду на останов процесса при нарушении режима дозировки и наличии сигналов об этом хо9 1 гя бы по двум информационным каналам из трех: 47 и 45 (электропроводность реакционной массы ) и сигналу на выходе элемента 72, поступающему на вход элемента 69.

Логические элементы 63 и 64, 68 и 70 вырабатывают команду на сброс реакционной массы при дальнейшем отклонении температурного режима в реакторе.и наличии сигналов об этом хотя бы по двум информационным ка иалам из трех: 44 (температура реакционной массы ) 48 и 52 (электропроводность реакцйонной массы), поступающей на вход усилителя 75 мощности.

194862

На фиг. 3 представлена динамика изменения электропроводности реакционной массы при расположении датчика-кондуктометра в нижней (кри» вая 1 и верхней (кривая 2) части л / реактора, где „и c - время запаздывания сигнала соответственно при останове мешалки и ее последующем пуске.

Использование предлагаемого устройства для процессов нитрования позволит в 5 раэ увеличить его быстродействие и повысить надежность

15 работы, сократив количество ложных отказов и срабатываний.

II94862!

1.94862

Составитель Г. Огаджаиов

Техред М.Гергель Корректор Г. Решетник

Редактор Ю. Середа

Филиал IlllII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7381/29 . Тираж 383 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР па делам изобретений и открытий

Il3035, Москва, Ж-35, Раушская нао., д, 4/5