Система автоматического регулирования состава азотоводородной смеси в производстве аммиака

 

Изобретение относится к системе автоматического регулирования состава азотоводородной смеси в производстве аммиака, может быть использовано в химической промьшшенности и позволяет увеличить производительность установки за счет повышения качества регулирования. Система содержит контур регулирования концентрации водорода в циркуляционном газе, датчик 9, регулятор 10, сумматор П и клапан (К) 25 подачи азота в стадию 3 охлаждения. На выходе первой установки разделения и входе первой установки синтеза расположены измерители 12,15 расхода свежей смеси. а (/) Нг жидк

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) ())) 00 (5)) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ г,:

4g (модю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4015118/31-26 (22) 29,01.86 (46) 30.10.87. Бюл. )и 40 (71) Киевский политехнический институт им. 5()-летия Великой Октябрьской социалистической революции и Новолипецкий металлургический комбинат (72) Г.А.Статюха, А.В.Федоров, А.С.Минаков, С.И.Веригин, М.Г.Федоров, В.А.Карасева и Т,В.Стельмашенко (53) 66.0)2-52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

962206, кл. С О1 С 1/04, )981.

Федоров А.В" Программный модуль управления составом азотоводородной смеси в производстве аммиака. — В сб.: Химическое машиностроение, вып.33„ Киев, 1981, с. 91-95. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СОСТАВЛ АЗОТОВОДОРОДНОИ СМЕСИ В ПРОИЗВОДСТВЕ АММИАКА (57) Изобретение относится к системе автоматического регулирования состава аэотоводородной смеси в производстве аммиака, может быть использовано в химической промьппленности и позволяет увеличить производительность установки за счет повьппения качества регулирования, Система содержит контур регулирования концентрации водорода в циркуляционном газе, датчик 9, регулятор 10, сумматор 11 и клапан (К ) 25 подачи азота в стадию 3 охлаждения, На выходе первой установки разделения и входе первой установки синтеза расположены измерители 12,15 расхода свежей смеси, 1348?98 связанные с сумматором 14, подключенным к входам порогового элемента 17, соединенного с входом элемента 19 совпадения, и блока умножения 18, соединенного с одним иэ входов блока 24 умножения. Выход элемента 19 через компенсатор 22 связан с К 26 подачи азота в стадию дозировки 7 и через другой вход блока 24 умножеИзобретение относится к автоматическому управлению химико-технологическими процессами и может быть использовано в промьппленности по производству минеральных удобрений при 5 автоматизации установок синтеза аммиака, работающих на аэотоводородной смеси, получаемой в установках низкотемпературного разделения коксово10 го газа.

Цель изобретения — увеличение производительности установки синтеза аммиака за счет повышения качества регулирования состава азотоводородной

15 смеси.

На чертеже приведена функциональная схема системы.

Регулируемый процесс осуществляется в несколько стадий, реализуемых

2() на технологических линиях переработки коксового газа с получением аммиака.

Очищенный от примесей коксовый газ подают на стадию 1, где в результате низкотемпературного охлаждения и конденсации из газа удаляют ряд фракций (воду, этилен, метан). Затем на стадии 2 происходит отмывка жидким азотом от углекислого газа (СО), 30

После этого получают смесь, содержажащую примерно 857. Н и 15X N<. Затем на стадии 3 дозировки в смесь добавляют требуемое для синтеза аммиака количество азота. Полученная свежая аэотоводородная смесь охлаждает противотоком прямой поток исходного коксового газа и после компримирования до высокого давления подается на стадию синтеза в цикл синтеза аммиака. В колонне 4 синтеза образуется аммиак. Стадии 1-3 осуния — с сумматором 11. Другие входы элемента 19 соединены с выходами взаимосвязанных пороговых элементов

13 и 16. При этом вход элемента 13 подключен к измерителю 12, а входы элемента 16 — к измерителям 20 и 21 расхода свежей смеси на выходах соответственно второй установки разделения н второй установки синтеза. 1 ил, ществляются в первой установке разделения коксового газа. Колонна 4 синтеза входит в состав первой установки синтеза. Параллельно к технологической линии со стадиями 1-3 и колонной 4 синтеза подключена вторая технологическая линия со стадиями 5-7 охлаждения коксового газа, отмывки от СО и дозировки соответственно и второй колонной 8 синтеза, Стадии 5-7 осуществляются во второй установке разделения, а вторая колонна 8 входит в состав второй установки синтеза, Параллельное включение колонн синтеза объясняется необходимостью обеспечения работоспособности всех колонн при уменьшении производительности какой-либо из установок разделения коксового газа или при выходе иэ строя какого-либо компрессора подачи аэотоводородной смеси.

Система регулирования содержит датчик 9 концентрации водорода в циркуляционном газе, регулятор 10 концентрации водорода в циркуляционном газе, первый сумматор ll измеритель 12 расхода свежей смеси на выходе первой установки разделения, первый пороговый элемент 13, второй сумматор 14, измеритель 15 расхода свежей смеси на входе первой установки синтеза, второй пороговый элемент 16, третий пороговый элемент

17, первый блок 18 умножения, элемент 19 совпадения, измеритель 20 расхода свежей смеси на выходе второй установки разделения, измеритель

21 расхода свежей смеси на входе второй установки синтеза, компенсатор 22, измеритель 23 положения вен1348298

15

25

35

50 тиля подачи дозировочного азота на второй установке разделения, второй блок 24 умножения, вентили 25 и 26 подачи дозировочного азота на первую и вторую установки разделения.

Датчик 9 предназначен для формирования величины А — концентрации водорода в циркуляционном газе„

Первый сумматор 11 предназначен для формирования результирующего управления, равного сумме управлений, подаваемых на входы сумматора, и для выдачи результирующего управления на регулирующий орган.

Измеритель 12 расхода свежей смеси на выходе первой установки разделения предназначен для формирования величины 0 расхода свежей азотово1 дородной смеси, подаваемой с первой установки разделения коксового газа.

Первый пороговый элемент 13 предназначен для сравнения величин, подаваемых на его входы. Если величина, подаваемая на второй вход этого элемента, превьппает величину, подаваемую на первый вход этого элемента, более чем на величину константы Й на выходе первого порогового элемента 13 появляется соответствующий сигнал.

Второй сумматор 14 предназначен для формирования разности между величиной, подаваемой на его второй вход, и величиной, подаваемой на первый вход этого сумматора.

Измеритель 15 расхода свежей смеси на входе первой установки синтеза предназначен для формирования величиньt

F< расхода свежей азотоводородной смеси, подаваемой на вход первой установки синтеза аммиака.

Второй пороговый элемент 16 предназначен для сравнения величин, подаваемых на его входы. Если величина, подаваемая на первый вход этого элемента, больше величины, подаваемой на его второй вход, более чем на величину константы Л, на выходе порогового элемента 16 появляется соответствующий сигнал.

Третий пороговый элемент 17 предназначен для сравнения величины, подаваемой HB eI o ной константой Л . Если входная величина этого элемента больше константы Ll, на выходе порогового элемента

17 появляется соответствующий сигнал, Первый блок 18 умножения предназначен для умножения входной величины на величину 0 = — где — настро 3

V ечная константа (3 = 0,4 — 0,7), а

R — также константа, равная эталонной разности расходов F и 0 ° °

Элемент 19 совпадения предназначен для выдачи сигнала о возможности компенсации возмущающего воздействия, который формируется с помощью элемента 19 при наличии сигналов на всех его трех входах. Если хотя бы на одном входе элемента 19 нет соответствующего сигнала, отсутствует и сигнал на выходе элемента 19 совпадения.

Измеритель 20 расхода свежей сме. си на выходе второй установки разделения предназначен для формирования величины расхода свежей азотоводорадной смеси, подаваемой с второй установки разделения коксового газа.

Измеритель 21 расхода свежей смеси на входе второй установки синтеза предназначен для формирования величины Р расхода свежей азотоводородной смеси, подаваемой на вход второй установки синтеза, Измерители 12, 15, 20 и 21 могут быть реализованы на базе промышленных расходомеров.

Компенсатор 22 предназначен для выработки управляющего сигнала, корректирующего подачу дозировочного азота на первой установке разделения и компенсирующего возмущающие воздействия, возникающие при изменению положения дознровочного вентиля подачи азота на второй установке разделения, Передаточная функция компенсатора 22 задается из условия инвариантности концентрации А к положению дозировочного вентиля подачи asoта на второй установке разделения при эталонном значении разности

F1 - 0y (т.е. при г - 01 = В). ь частном случае компенсатор 22 может иметь структуру усилительного звена.

Измеритель 23 предназначен для формирования и передачи сигнала по величине W — положению дозировочного вентиля 26 подачи азота на второй установке разделения. B частном случае измеритель 23 может быть реализован с использованием датчика давле1348298

15 ния, фиксирующего величину давления воздуха, перемешаюшего шток вентиля °

Второй блок 24 умножения предназначен для уточнения величины управления, вырабатываемого компенсатором 22, умножением ее на величину, формируемую в первом блоке 18 умножения.

Вентиль 25 пода IIt дозировочного азота на первой установке разделения предназначен для изменения количества азата, подаваемого в азотавадарадную смесь, получаемую в первой установке разделения коксового газа.

Изменение положения этого вентиля приводит к изменению концентрации водорода и смеси на выходе устанавки разделения и в системе циркуляции, Система работает следующим образом, При помощи датчика 9 формируется величина А концентрации водорода в циркуляционном газе первой установки синтеза, которая подается на вход регулятор» 10„ В камеру задания регулятора 10 подается задание па величине А, При помощи регулятора 10 формируется управление из условия устране !пя рассогласования между заданием по А и значением А. Это управление подаетея на вход первого сумматора 11, С помощью измерителя

12 формируется величина 0 расхода

1 свежей смеси на выходе первой установки разделения, которая подается на вход первого порогового элемента

13 и втОрого сумматора 14. При помощи измерителя 15 формируется величина F ресхада свежей смеси н» входе первой установки синтеза и падается на другой вход второго сумматора 14, Г помощью последнего формируется разность между величинами расходов

Г1 - 01

Выходная ие п чина второгo сумматора 14 (F1 — Я „) подается на вход третьего Itopi I at«га элемента 1 7 и на вход пер ага блока 18 умнаж"пня, С помощью третьего парагавага элемента 17 «еaII«»ltн раэ» ости F — 0

1 1

СРаВНИВаЕтон O Ноп >. .ItòÅIII,HOII КаНС.тантай I1 и при F< — 0< > выдается сигнал на EIE .р : и вход элемент а 19 совпадения, С помощью измерителя . ?О формируется Ilp:1и гине 0 расхода све>KpII см .. си il» вь1хаде В TopoH y cT IIIÎÂêtl

plIзделенпя и подается на вход первого порогового элемента !3 и вход вта—

)О

55 рого порогового элемента 16. При помощи измерителя 21 формируется величина F расхода свежей смеси на вхог де второй установки синтеза и подается на вход второго порогового элемента 16. При помощи первого порогового элемента 13 сравниваются величины Q, и Q и при Q ) Q1+8 вьща2 ется сигнал на второй вход элемента

19 совпадения, д,-. константа. При помощи второго порогового элемента

16 сравниваются величины 0< и F и при 0 > F + Д где 1 — конt х стайта, выдается сигнал на третий вход элемента 19 совпадения. С выхода элемента 19 подается сигнал на первый вход компенсатора 22, вклн чая кампенсатор 22 в случае поступления сигнала на все три входа элемента 19. Если хотя бы на одном входе элемента 19 отсутствует сигнал, компенсатор 22 выключается. При помощи измерителя 23 формируется величина Wz положения дозировочного вентиля 26 подачи азота на второй установке разделения и подается на второй вход компенсатора 22. При помощи первого блока 18 умножения формируется произведение разности F1 - 0 на константу D. Сформированная величина подается на второй вход второго блока 24 умножения, С помощью компенсатора 22 при наличии сигнала о включении от элемента 19 совпадения вырабатывается компенсирующее воздействие для возмущения Eto W . Выходная величина компенсатора 22 подается на первый вход второго блока 24 умноже«IIII, где умножается на выходную величину первого блока 18 умножения. Выходная величина второго блока 24 умножения подается на вход первагo сумматора 11, с помощью которого суммируется управление, вырабатываемое регулятором 10, с выходной величиной второго блока 24 умножения и выдается результирующее управление на вентиль 25 подачи дозиравочного азота на первой установке разделения. С помощью вентиля

25 изменяют подачу азота и поддерживают требуемую величину концентрации в циркуляцианном газе первой установки синтеза„

Описанный учет расходов О 1, Q> F и F позво.л яет коррек-тировать по2. ложение вентиля 25 с помощью компенсатора 22 и блока 24 умножения JIHIIII

14Я 0д

15

00

Составитель Т,Голе шина

Редактор М.Петрова Техред Л.Сердюкова

Корректор О,Кравцова

Заказ 5159/22 Тираж 455 Подпи снс е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Ряушская наб,, д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул,Проектная,4

1 при действительном наличии возмущающего воздействия, Для регулирования концентрации водорода в системе циркуляции второй установки синтезя может быть использована система регулирования, аналогичная предляг,емой,либо система, приведенная и качестве прототипа.

Система может быть реалиэонаня как с использованием УВМ, так и на базе стандартных аналоговых средств автоматизации.

Данная система обеспечивает по сравнению с прототипом более высокое качество регулирования состава азото водородной смеси в производстве аммиака, поскольку позволяет компенсировать одно из наиболее мощных ноз мущеиий, поступающих на колонну синтеза. Компенсация рассматриваемого возмущения приводит к существенному повьппению стабильности технологического процесса и увеличению его производительности, Ф о р м у л а и з о б р е т е и и я

Система автоматического регулирования состава азотоводородной смеси в производстве аммиака, состо,шян из двух параллельных технологических линий, каждая из которых включает в себя установки разделения коксового газа и синтеза аммиака, содержащая измерители расхода свежей смеси на входе первой и второй установок синтеза, датчик концентрации водорода в циркуляционном газе первой установки синтеза, соединенный с входом регулятора, и вентили подачи дозировочного азота на первую и вторую установки разделения, о т л и ч я ю щ а я с я тем, что, с целью увели,чения производительности установки синтеза аммиака за счет повышения качества регулирования состава яэо,товодородной смеси, она дополнительпо ссд ержит S ня с уммятора, измеритеJII вясходя свежей смеси ня выходе первой и второй установок разделения, три пороговых элемента, дна блока умножения, элемент совпадения, компенсято1, измеритель положения вентиля годячи дозироночного азота ня вторую устянонку разделения, при этом выход измерителя расхода снежей смеси ня выходе первой установки разделения пяралде",üío подключен к первым входям первого порогового элемента и вгорого сумматора> вторые входы ко-.орого связаны с выходами измерителей расхода свежей смеси соответственно

)я выходе второй установки разделения и входе первой установки синтеза, герный и второй входы второго порогового элемента подключены к выходам измерителей расхода свежей смеси на выходе второй установки разделения и входе второй установки синтеза, выход второго сумматора параллельно соединен с входами первого блока умножения и третьего порогового элемента, дсдкпюченного своим выходом K первому входу элемента совпадения, вт..рой третий входы которого свяэапк с выходами соответственно первого и второго порс новых элементов, вых< с элемента . совпадения соединен с первые входом компенсятора, второй н: од которогo связан с выходом измеритс дн положения вентиля подачи доэироночпого азота на вторую установку ря деления, выход компенсатора подключен к перному входу второго блока умножения, соединенного своим вторым нходом с выходом первого блокя умно;;ения, я выходом — с первым входом первого сумматора, выход регулятора связан с вторым входом первого сумматора, выход которого подключен к вентилю подачи дозировочного язота на первую установку разделения,