Система управления реактором для получения сажи

 

Изобретение относится к системам управления реактором для получения сажи. Целью изобретения является повьшение надежности. Система содержит каналы измерения входнь1Х регулируемых переменньрс 7,8,9, блоки сравнения 31, .32,33,28, регуляторы 11,12,13,27, реле 15,16,17,18,42, датчик 26 измерения температзфы в зоне закалки, датчик измерения температуры в зоне реакции 23, элемент ИЛИ 34, элементы памяти 35-36, дискретные клапаны 39, (Л ifl Сброс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

asSUan 1 (58 4 С 05 D 27 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " -

Н ABTOPCHOMY CBNPETEhbCTHY -- " .,-,;,, / (21) 4043072/24-24 (22) 27.03.86 (46) 23.07.87. Бюл. У 27 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт технического углерода (72) Е.В. Ермолин, С.Д. Фарунцев, Н.А. Давыдов, Р.Г. Кильтау,, В.В. IHyбин и П.И. Юров (53) 621-525(088.8) (56) Патент США У 4116639, кл. С 09 С 1/48, 1978.

Борозняк И.Г. Производство технического углерода. Процессы подготовки и термического разложения сырья ° ,М.: Химия, 1981, с. 162. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РЕАКТОРОМ ДЛЯ

ПОЛУЧЕНИЯ САЖИ (57) Изобретение относится к системам управления реактором для получения сажи. Целью изобретения является повьппение надежности. Система содержит каналы измерения входных регулируемых переменных 7,,8,9, блоки сравнения 3 1, .32, 33, 28, регуляторы 1 1, 12, 13, 27, реле 15, 16, 17, 18,42, датчик 26 измерения температуры в зоне закалки, датчик измерения температуры в зоне реакции 23, элемент ИЛИ 34, элементы памяти 35-36, дискретные клапаны 39, 1325429

40, соединенные с каналом 4! логи- ножения подключен к каналу .измерения. ческой единицы, блоки умножения 25, Схема позволяет сгладить скачки по

29, сумматор 30 и элементы задержки температуре в зоне реакции и по тем43-45, причем вход первого блока ум- пературе в зоне закалки. 1 ил.

Изобретение относится к управлению технологическими процессамн и может быть использовано в производстве сажи.

Целью изобретения являешься повышение надежности системы.

На чертеже представлена функцио" нальная схема системы.

Система содержит сажевый реактор

1, соединенный по выходу с воэдухоподогревателем 2, а по входу — с магистралями 3 — 6 подачи в реактор сырья, топлива, воздуха и воды, контуры регулирования сырья, топлива, воздуха и воды, содержащие каналы

7 " 10 измерения, соединенные с входами регуляторов 11 — 13 и дополнительного регулятора 14, выходы которых через реле 15 — 17 и дополнительное реле 18 связаны с исполнительными механизмами (клапанами) 19 — 22 нормально закрытого типа, датчик 23 измерения температуры в зоне реакции, соединенный по выходу с сигнализатором 24 и блоком 25 умножения на посто- 25 янный коэффициент, датчик 26 измерения температуры в зоне закалки реактора, соединенный по выходу с регулятором 27 температуры в зоне зекалки и с дополнительным блоком 28 сравнения, З0 блок 29 умножения на постоянный коэффициент, соединенный по входу с каналом измерения расхода воздуха, сумматор 30, входы которого подключены к выходам блоков 25 и 29 умножения на, постоянный коэффициент и выходу регулятора 27 температуры в зоне закалки»

Каналы 7 — 9 измерения через блоки 4

31 — 33 сравнения и выходы сигналиэатора 24 и блока 28 сравнения связаны с входами элемента ИЛИ 34, выход которого соединен со счетным входом элемента памяти (триггера) 35, выход бпо. ка 28 сравнения подключен, кроме того, к счетному входу дополнительного элемента памяти (триггера) 36, выходы триггеров 35 и 36 через усилители 37 и 38 связаны с. входами управления первого и второго дискретных клапанов 39 и 40, рабочие входы которых соединены с пневматическим каналом 41 логической "1", выход клапана 39 подключен к управляющим входам реле 15 — 17, а выход клапана 40 связан с управляющим входом промежуточного реле 42, один из рабочих входов которого подключен к выходу клапана 39, а второй соединен с атмосферой, выход реле 42 соединен с управляющим входом пневмореле 18 второй рабочий вход которого соединен с атмосферой, вторые входы реле 15 — 17 через элементы задержки (дроссели) 43 — 45 связаны с атмосферой.

Система управления работает спедующим образом.

В реактор 1 по магистралям 3 — 6 подаются реагенты: сырье, топливо, воздух и вода. Сжиганием топлива .в возду e создается высокотемпературный газовый поток, в котором при недостатке кислорода разлагается сырье, образуя сажевые частицы. Высокотемпературный сажегазовый поток на выходе иэ реактора перед подачей в воздухоподогреватель 2 охлаждается впрыскиваемой водой. Расходы сырья, топлива, воздуха и воды стабилизИруются регулирующими контурами, состоящими из каналов 7 — 10, регуляторов 11

14 и исполнительных механизмов 19

22 соответственно. Датчиками 23 и

26 осуществляется измерение темпера туры в зонах реакции и закалки. Контроль параметров на аварийные допуски производится блоками 31, 32, 33 и 28 сравнения и сигнализатором 24.

При превышении любым из контролируемых параметров верхнего заданного предела соответствующий блок сравнения посылает сигнал логической "1" на вход элемента HJIH 34, сигналом ло13254

29 оставляя тем самым контур стабилиза11

25 ции "Расход воды в рабочем, состоянии.Если же выбег произошел по температуре в зоне закалки, то описанная часть схемы работает аналогично, дополнительно взводится элемент 36, который через усилитель 38 открывает клапан 40, посылая на управляющий вход реле 42 сигнал логической "t".

Реле 42, сработав, посылает через первый вход и выход на вход реле 18 сигнал логической 1 . Последнее пе-

11 11 35

45 14 стабилизации расхода воды необходим для компенсации возмущений, свя3 гической "1" с выхода которого взводится триггер 35, и через усилитель

37 открывает клапан 39, посылая тем самым на управляющие входы реле 15—

17 и на один из рабочих входов реле

42 сигнал логической "1". Реле 15—

17, сработав под действием управляющего сигнала, соединяют управляющие входы исполнительных механизмов 19—

21 через дроссели 43 — 45 с атмосферой, чем обеспечивают закрытие исполнительных механизмов 19 - 21 и прекращение доступа в реактор сырья, топлива и воздуха.

Если аварийный сигнал пришел на элемент 34 не по измерительному каналу зоны закалки, то триггер 36 находится в сброшенном состоянии, клапан

40 закрыт, на управляющем входе реле

42 логический "0", и по каналу второй вход реле 42 — его выход на управляющий вход реле 18 проходит сиг нал логический "О", т.е. "Атмосфера", реключается, обеспечивая доступ атмосферного воздуха на управляющий вход исполнительного механизма 22, и открывает доступ в реактор максимального количества воды с целью снижения температуры в зоне закалки и предотвращения выхода из строя реактора и оборудования, установленного на выхо- де реактора.

Если сравнивать предлагаемый реакявление инерционности термопары в зоне закалки можно объяснить следующим образом. Скачкообразно увеличившиеся расходы сырья, топлива и воздуха рез ко повышают интенсивность потока, проходящего через реактор, и для поддержания постоянной температуры в зоне, закалки необходимо увеличить соответственно расход воды, чего контур регулирования обеспечить не может, так как термопаре требуется относительно большой промежуток времени для отработки сигнала рассогласования. Запаздывание с добавлением воды в реактор в данный момент приводит к скачку по температуре в зоне закалки.

Задача повьппения быстродействия при регулировании температуры в зоне закалки в предлагаемой системе решается введением упреждающего воздействия, формируемого по практически безынерционным входным параметрам реактора, характеризующим состояние потока газов перед зоной закалки,.расход воздуха в реактор (или перепаду давления на нем) и температуру газов в зоне реакции, которая измеряется быстродействующим радиационным пирометром, т.е. реализуется зависимость где Q - — расход воды в зону закалки

Н20 реактора;

Яь — расход воздуха;

T> — температура в зоне реакции;

Kî K г коэффиа г

Зависимость (1) в системе реализована на блоках 25 и 29 умножения и сумматоре 30, Коэффициент Кц непрерывно корректируется регулятором 27, чем обеспечивается точное, но значительно более медленное регулирование температуры в зоне закалки. Регулятор занных с изменением расходной характе50 тор с известным, то эксплуатация реакторов по производству сажи, оснащенных известной системой управления, сопровождается неудовлетворительным качеством регулирования температуры в зоне закалки в режимах .их пуска и остановки. Причиной возмущений в зоне закалки является инер-55 ционность применяемой в качестве датчика температуры термопары с кожухом, необходимость которого обусловлена агрессивностью измеряемой среды. Прористики клапана 22, например, в связи с колебаниями давления воды.

Во время аварийных остановок реактора клапаны 19 — 21 закрываются (они не отсечные, а регулирующие, поэтому срабатывают не мгновенно, а пропускают реагенты в реактор еще какое-то ,время). Соотношения сырье — газ — воздух, могут возникнуть самые произвольные, в том числе неблагоприятные для реактора. Наиболее часто возникает ситу-

5 13254 ация, при которой скорость уменьшения расхода воздуха вьш е, чем скорости уменьшения сырья и топлива, в результате чего возникают режимы, близкие к стехиометрическому соотношению, и раз- g вивается импульс температуры, по амплитуде намного превосходящий допустимый предел.

Введенные в систему управления регулируемые дроссели 43 — 45 предназна-10 чены для синхронизации работы исполни тельных механизмов 19 — 2! в моменты аварийных остановов реактора и созда1 ния тем самым более мягких переходных режимов. 15

Пусть, например, реактор переводится из режима горячего резерва под нагрузку. При этом в реактор подается сырье, увеличиваются расходы воздуха и топлива, повышаются температура в 20 зоне реакции и интенсивность потока в реакторе. В этом случае схема выработки упреждающего воздействия, включающая блоки 25 и 29 умножения, сумматор

30 и регулятор 14, практически безы- 25 нерционно увеличит расход воды в зону закалки, и аварийного скачка по температуре в зоне закалки не произойдет. Упреждающее воздействие не может быть выработано точно, поэтому датчик 26 измерения температуры и регулятор

27 относительно медленно, но уже с достаточной точностью выставят заданную температуру в зоне закалки.

Пусть аварийно отключилась подача топлива в реактор. При этом блок 32 сравнения выработает логический сигнал " 1" и подаст его на соответствующий вход элемента ИЛИ 34, который взведет триггер 35 и через усилитель щ0 .37 откроет клапан 39. Сигнал логической "1" будет подан на управляющие входы реле 15 — 17 и на рабочий вход реле 42 ° Реле 15 — 17 переключатся и обеспечат сброс давления с управляющих входов исполнител:ьных механизмов

19 — 21 через дроссели 43 — 45 в атмосферу. Клапаны 19 — 21 нормально закрытого исполнения начнут перекрывать подачу в реактор сырья, топлива и воздуха. Уменьшится интенсивность потока в реакторе, и схема выработки упреждающего воздействия пропорционально уменьшению расхода воздуха уменьшит подачу воды в зону закалки, если температура в реакторе не повысилась.

Если температура в зоне закалки повысилась и вьппла за допустимый пре-, 29 6 дел, то блок 28 сравнения выработает сигнал логической "1" и пбдаст его на вход элемента ИЛИ 34 и параллельно вэведет триггер 36. Сигналом с выхода элемента ИЛИ 34 взводится и триггер

35. Взведенные элементы через усилители 37 и 38 открывают клапаны 39 и

40, Переключаются реле 15 — 17 соединением с атмосферой управляющих входов клапанов 19 — 31 обеспечивая их закрытие и прекращение доступа в реактор сырья, топлива и воздуха. Одновременно сигналом логической " 1" с выхода клапана 40 переключается реле

42, пропуская сигнал логической "1" на управляющий вход реле 18, которое, сработав, соединяет "атмосферу" с управляющим входом клапана 22 нормально открытого типа. Через открытый клапан 22 подается вода, снижая температуру в зоне закалки и защищая тем самым хвостовую часть реактора 1 и оборудование„ установленное на его выходе, от разрушения.

Предположим, что при отработке аварийной ситуации отсечением клапанов

19 — 21 и прекращением доступа реагентов в реактор в переходном режиме в реакторе создается стехиометрическое соотношение, которое приводит к развитию высокой температуры в зоне реакции и может вызвать нарушение стойкости футеровки реактора.

Импульса по температуре в зоне закалки в данном случае не будет, так как схема отработки упреждающего сигнала (блоки 25, 29, 30 и 14) добавит воды в реактор пропорционально температуре в зоне реакции. При снятии импульса по температуре в зоне реакции регулируемым дросселем 45 замедляется срабатывание клапана 21 на магистрали подачи воздуха в реактор 1, чем обеспечивается увеличение соотношения воздух — сырьем — топливо и сглаживается температурный импульс в зоне реакции.

В том случае, если расходы сырья и топлива прекращаются быстро, а расход воздуха — медленно, то может возникнуть нежелательное быстрое охлаждение реактора воздухом с последующим нарушением целостности футеровки реактора 1. В этой ситуации переходный режим сглаживают замедлением работы клапанов 19 н 20 на сырье и топливо регулированием дросселей 43 и 44.

Формула иэ обре те ния

Система управления реактором для получения сажи, содержащая каналы для

1325429

Составитель О. Гудкова

Техред Л.Олийнык Корректор А. Зимокосов

Редактор Н. Егорова

Заказ 3107/42 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 измерения входных регулируемых пере.менных, соединенные с входами соответствующих блоков сравнения и регуляторов, связанных через реле сисполнительными механизмами нормально закры- 5 того типа, установленными на магистралях подачи в реактор сырья, топлива и воздуха, канал измерения температуры в зоне закалки, соединенный с входом соответствующего регулятора, канал измерения расхода воды, исполнительный механизм на магистрали подачи воды в реактор, канал измерения температуры в зоне реакции, соединенный с сигнализатором,выходы блоков сравне-15 ния и сигнализатора соединены с,первым, вторым, третьим и четвертым входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу элемента памяти, выходом через первый усилитель подключенного к управляющему входу первого дискретного клапана, .вход которого соединен с каналом логической единицы, а выход — с управ-

1 ляющими входами реле, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что, с целью повыше.ния надежности системы, в ней установлены два блока умножения, сумматор, дополнительный регулятор, дополнительное реле, промежуточное реле, до- 30 полнительный блок сравнения, дополнительный элемент памяти, последователь.но включенные вторые усилитель и дискретный клапан и три элемента задержки, причем вход первого блока умноже- 35 ния соединен с каналом измерения температуры в зоне реакции, вход второго блока умножения — с каналом измерения расхода воздуха, выходы блоков умножения связаны соответственно с первым и вторым входами сумматора., выход регулятора температуры в зоне закалки соединен с третьим входом сумматора, выходом подключенного к управляющему входу дополнительного регулятора, рабочий вход которого связан с каналом измерения расхода воды, а выход через дополнительное реле — с исполнительным механизмом нормально открытого типа на магистрали подачи воды в реактор, канал измерения температуры в зоне закалки связан с входом дополнительного блока сравнения, выходом подключенного к пятому входу элемента ИЛИ и установочному входу дополнительного элемента памяти, выход которого подключен к второму усилителю, вход второго дискретного клапана соединен со входом первого дискретного клапана, а выход связан с управлянхцим входом промежуточного реле, один из входов которого связан с выходом первого дискретного клапана, а выходс управлякицим входом дополнительного реле, вторые входы реле, кроме дополнительного и промежуточного, соединены с выходами соответствующих элементов задержки, входы которых, а вторые входй дополнительного и промежуточного реле подключены к каналу логического нуля,причемстирающие входы элементов памяти соединеныс каналомсброса