Система автоматического управления процессом синтеза аммиака

 

Изобретение относится к автоматическому управлению производством аммиака1, может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобре ний и позволяетповысить производительность процесса за счет повышения качества управления составом смеси в системе циркуляции и предупреждения аварийных режимов. Система управления содержит конверторы 1 и 2, колонну 3 синтеза , измеритель (И) 4 расхода природного газа, задатчик 6, компенсатор 7, регуляторы 8-10, формирователи 13 и 14 положения клапанов, И 15 основного расхода воздуха, сумматоры 16 и 40, пороговые элементы 17-23, элементы 24-27 совпадения, логический элемент ИЛИ 28. функциональный блок 29, логический элемент 30 отрицания, ограничители 31-33, блок 34 форсажа, пропорциональный элемент 35, И 36 состава, пороговые блоки 37, 38, И 39 температуры газа. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕС К ИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕН-<ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4403152/26 (22) 04.04.88 (46) 15.03.91. Бюл. N 10 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции и Черкасское производственное объединение "Азот" (72) Г.А.Статюха, А.В.Федоров, И.M.Êèñèëü, Н.И,Корчака, А.Г.Шаблий, Н,А.Драбатый, В.В.Андрианов, В.Г.Крот, Е,А,Котовенко и А.К.Гудзенко (53) 66.012-52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1020373, кл. С 01 С 1/04, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N. 1437352, кл. С 01 С 1/04, 1987. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧ ЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СИНТЕЗА АММИАКА (57) Изобретение относится к автоматическому управлению производством аммиака;

„„Я2„„1634637 А1

<я)л С 01 С 1/04, С 05 D 27/00 может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобре. ний и позволяет повысить производительность процесса за счет повышения качества управления составом смеси в системе циркуляции и предупреждения аварийных режимов. Система управления содержит конверторы 1 и 2, колонну 3 синтеза, измеритель (И) 4 расхода природного газа, задатчик 6, компенсатор 7, регуляторы

8 — 10, формирователи 13 и 14 положения клапанов, И 15 основного расхода воздуха, сумматоры 16 и 40, пороговые элементы

17-23, элементы 24-27 совпадения, логический элемент ИЛИ 28, функциональный блок 29, логический элемент 30 отрицания, ограничители 31-33, блок 34 форсажа, пропорциональный элемент 35, И 36 состава, пороговые блоки 37, 38, И 39 температуры газа. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1634637

Изобретение относится к автоматическому управлению химическими процессами и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений при автоматизации производства синтеза аммиака, Целью изобретения является повышение производительности процесса эа счет повышения качества управления составом смеси в системе циркуляции и предупреждения аварийных режимов, На фиг,1 приведена функциональная схема системы управления; на фиг.2 — ограничитель; на фиг,3 — элемент системы управления с использованием измерителя дополнительного расхода воздуха; на фиг.4 — элемент системы управления с использованием контура настройки третьего регулятора.

Система управления режимом технологического обьекта содержит (фиг,1) конвертер 1 первой ступени, конвертер 2 второй ступени, колонну 3 синтеза, измеритель 4 расхода природного газа, клапан 5 подачи газа, задатчик 6, компенсатор 7, первый, второй и третий регуляторы 8 — 10, первый и второй клапаны 11, 12 подачи соответственно основного и дополнительного воздуха, формирователи 13, 14 положения первого и второго клапанов подачи воздуха, измеритель 15 основного расхода воздуха, первый сумматор 16, первый — седьмой пороговые элементы 17-23, первый — четвертый элементы 24 — 27 совпадения И, логический элемент ИЛИ 28, функциональный блок 29, логический элемент 30 отрицания, первый, второй и третий ограничители 31-33, блок

34 форсажа, пропорциональный элемент

35, измеритель 36 состаоа, первый и в горой пороговые блоки 37, 38, измеритель 39 температуры газа после конвертера второй ступени, второй сумматор 40, Измеритель 4 предназначен для формирования сигнала по расходу газа в конвертер i, Клапан 5 предназначен для изменения подачи газа в конвертер 1. Задатчик 6 предназначен для ввода в систему величины задания по расходу газа, Компенсатор 7 предназначен для компенсации возмущений по из ленению подачи газа. Его характеристики устанавливаются из условия инвариантности соотношения между водородом и азотом в системе циркуляции к изменению подачи газа. В частном случае компенсатор 7 может иметь структуру усилительного звена.

Первый регулятор 8 предназначен для поддержания требуемой подачи газа в конвертер 1 и может иметь типовую ПИ-структуру, Величина задания регулятора может

55 ограничиваться соответствующими ограничителями. Второй регулятор9 предназначен для поддержания заданного расхода воэдуха в конвертере 2. Он может иметь ПИструктуру. Величина задания у регулятора может ограничиваться соответствующими ограничителями, Третий регулятор 10 предназначен для выработки управлений по подаче воздуха из условия регулирования состава циркуляционного газа относительно задания, вводимого в этот регулятор. Регулятор 10 может иметь структуру линейного или нелинейного ПИ-регулятора.

Клапаны 11 и 12 предназначены для изменения подачи воздуха в конвертер 2, Клапан 12 установле . а байпасной магистрали подачи воздуха, которая либо подключается параллельно основной магистрали, либо представляет собой отвод части воздуха в атмосферу.

Формирователи 13 и 14 положения первого и второго клапанов подачи воздуха предназначены для формирования и передачи сигналов Wi u Wz по положениям первого и второго клапанов подачи воздуха. В частном случае формирователи 13 и 14 могут быть реализованы на базе измерителей давления, формирующих и передающих сигналы по величинам давления управляющего воздуха. перемещающего клапаны.

Измеритель 15 предназначен для формирования сигнала по расходу F воздуха в основной магистрали подачи воздуха.

Измерители 4, 15 могут быть реализованы на базе типовых расходомеров.

Первый сумматор 16 предназначен для определения суммы сигналов, поступающих на его входы, с целью определения результирующего управляющего воздействия, Первый пороговый элемент 17 предназначен для определения возможности уменьшения подачи воздуха по байпасной магистрали. Если W2 >Mwq. то выдается позиционный сигнал на первые входы первого ограничителя 31 второго элемента совпадения 25, Hw — нижнее ограничение

no Wg.

Второй пороговый элемент 18 предназначен для определения возможности увеличения подачи воздуха по байпасной магистрали. Если Wq < В w то выдается позиционный сигнал на второй вход первого ограничителя 31 и первый вход первого элемента совпадения 24,  — верхнее ограничение по Wg, Третий пороговый элемент 19 предназначен для определения воэможности снижения подачи воздуха по основной магистрали. Если F > HF, то выдается поэи1

1634637

55 ционный сигнал на первый вход второго ограничителя 32, HF — верхнее ограничение

1 по F.

Четвертый пороговый элемент 20 предназначен для сравнения температуры t газа после конвертера второй ступени с ограничением В Если t < Вс выдается позиционный сигнал на первый вход третьего элемента 26 совпадения.

Пятый пороговый элемент 21 предназначен для сравнения температуры t с ограничением В . Если t < В, выдается

1 позиционный сигнал на второй вход четвертого элемента 27 совпадения (В > В ).

Шестой пороговый элемент 22 предназначен для определения возможности увеличения подачи воздуха по основной магистрали. Если F < BF, то выдается пози1 ционный сигнал на первый вход четвертого элемента 27 совпадения, Седьмой пороговый элемент 23 предназначен для сравнения сигнала W> с ограничениями Н уу . B yy . Если Н уу < W1< В р то выдается позиционный сигнал на второй вход третьего элемента 26 совпадения.

Первый элемент 24 совпадения предназначен для выдачи позиционного сигнала на первый вход элемента ИЛИ 28 при наличии сигналов на двух входах элемента 24.

Второй элемент 25 совпадения предназначен для выдачи позиционного сигнала на второй вход элемента ИЛИ 28 при наличии сигналов на двух входах элемента 25.

Третий элемент 26 совпадения предназначен для выдачи позиционного сигнала на второй вход блока 34 форсажа при наличии сигналов на двух входах элемента 26, Четвертый элемент 27 совпадения предназначен для выдачи позиционного сигнала на второй вход второго ограничителя 32 при наличии сигналов на двух входах элемента 27.

Логический элемент ИЛИ 28 предназначен для выдачи позиционного сигнала на вход элемента 30 при наличии сигнала хотя бы на одном из входов элемента 28.

Функциональный блок 29 предназначен для определения по величине требуемого изменения расхода воздуха величины управления, выдаваемого на третий вход первого ограничителя 31. В частном случае он может быть реализован на базе типового усилительного звена, коэффициент усиления которого положителен при подключении клапана 12 параллельно основной магистрали и отрицателен при отводе части воздуха в атмосферу.

Логическийэлемент30отрицания предназначен для формирования позиционного

45 сигнала при отсутствии входного сигнала, при наличии входного сигнала сигнал на выходе элемента 30 отсутствует, С выхода элемента 30 сигнал подается на первый и второй входы третьего ограничителя 33.

Первый ограничитель 31 предназначен для корректировки управления, поступающего на его третий вход в соответствии с сигналами, выдаваемыми первым и вторым пороговыми элементами 17, 18. Если управление, поступающее от функционального блока 29, соответствует увеличению степени открытия клапана 12 или сохранению прежнего значения (Лй/р = 0) и есть сигнал от элемента 18 или если управление соответствует уменьшению степени открытия (Л Wz < 0) и есть сигнал от элемента 17, то управление не меняется, в остальных случаях принимается ЛМ/г = О, т.е. сигнал ограничивается.

Второй ограничитель 32 предназначен для корректировки управления, поступающего на его третий вход в соответствии с сигналами, выдаваемыми третьим пороговым элементом 19 и четвертым элементом

27 совпадения. Если управление от третьего регулятора 10 соответствует увеличению подачи воздуха или сохранению прежней подачи (Л F > О) и есть сигнал от элемента

27 или если управление от регулятора соответствует уменьшению подачи воздуха. (ЛР< О) и есть сигнал от элемента 19, то управление не меняется, в остальных случаях принимается Л F =- О. Третий ограничитель 33 предназначен для корректировки управления, поступающего на его третий вход, в соответствии с сигналом от элемента

30. При наличии сигнала от элемента 30 ограничитель 33 пропускает и увеличение, и уменьшение управления, а при отсутствии сигнала от элемента 30 ограничитель 33 блокирует и увеличение,,и уменьшение управления.

Блок 34 форсажа предназначен для корректировки управления, подаваемого на его первый вход, В частном случае он может быть реализован на базе типового форсирующего звена.

При отсутствии сигнала на втором входе блока 34 этот блок отключается (например, за счет зануления коэффициента передачи).

Пропорциональный элемент 35 предназначен для умножения входной величины на заданный коэффициент. Элемент 35 может быть реализован на базе пропорционального звена. В частном случае коэффициент передачи этого звена может изменяться в пределах Π— 1.

1634637

Измеритель 36 состава предназначен для определения текущего значения концентрации водорода или соотношения между водородом и азотом в системе циркуляции. Он может быть реализован на базе промышленного газоанализатора (хроматографа).

Первый и второй пороговые блоки 37 и

38 предназначены для определения характера изменения степени открытия клапана

12. Еслибы Wz > О, то блок 37 выдает позиционный сигнал на второй вход элемента 24; если ЛИ/2 < О, блок 38 выдает позиционный сигнал на второй вход элемента 25.

Измеритель 39 предназначен для определения температуры газа после конвертера второй ступени и может быть реализован на базе датчика с термопарой. Второй сумматор 40 предназначен для суммирования двух сигналов, поступающих на его входы.

Реализация ограничителей 31, 32, 33, является общеизвестной. Они могут быть реализованы на базе стандартных элементов, тривиальных по принципу функционирования.

Один из возможных примеров реализации такого ограничителя приведен на фиг.2.

Ограничитель содержит третий пороговый блок 43, второй логический элемент 44 отрицания, пятый и шестой элементы И 45 и 46, второй логический элемент ИЛИ 47, релейный элемент 48.

Пороговый блок определяет характер изменения управления V, подаваемого на его вход, Если ЛV > О, то выдается позиционный сигнал на вход элемента 44 отрицания и второй вход элемента И 46. Элемент

44 выдает позиционный сигнал на второй вход элемента И 45 при отсутствии позиционного сигнала на входе элемента 44, Элементы 45 и 46 формируют позиционные сигналы при наличии сигналов на обоих входах каждого из этих блоков.

Сигналы, сформированные элементами

45, 46, передаются на входы элемента ИЛИ

47. Элемент ИЛИ 47 формирует сигнал на включение релейного элемента 48 при наличии хотя бы одного входного сигнала. Включенный релейный элемент 48 пропускает управляющий сигнал, а при выключенном элементе 48 приращение управления равно нулю (Л V = О).

Система работает следующим образом.

При помощи контура регулирования, содержащего регулятор 8, клапан 5 и измеритель 4, поддерживается расход природного газа, равный заданию, вводимому с помощью задатчика 6. При помощи компенсатора 7 определяется управление по подаче

55 воздуха, компенсирующего возмущение по подаче газа, это управление подается на первый вход сумматора 16, При помощи измерителя 36 и регулятора 10 определяется управление по подаче воздуха из условия поддержания состава смеси в системе циркуляции относительно задания, вводимого в оегулятор 10, управление подается на третий вход ограничителя 32. При помощи измерителя 15 и порогового элемента 19 определяется возможность снижения подачи воздуха, при наличии такой возможности сигнал от элемента 19 подается на первый вход ограничителя 32. С помощью пороговых элементов 21, 22, элемента совпадения 27 и из лерителя 39 определяется возможность увеличения подачи воздуха, при наличии такой возможности выдается сигнал от элемента 27 на второй вход ограничителя 32. С помощью ограничителя 32 корректируют управление от регулятора 1О в зависимости от возможности увеличения и уменьшения подачи воздуха. С выхода ограничителя 32 управление подают на входы блока 34 и элемента 35.

При помощи формирователя 13, пороговых элементов 20, 23 и элемента 26 совпадения определяется возможность выдачи форсированного управления, при наличии такой возможности выдается сигнал на второй вход блока 34 форсажа. При наличии сигнала на втором входе блок форсажа выдает форсированное управление по подаче воздуха, при отсутствии этого сигнал управления от ограничителя 32 проходит только через элемент 35. При помощи второго сумматора 40 производится суммирование выходных сигналов блока 34 и элемента 35, С помощью функционального блока 29 управление преобразуется в величины, соответствующие изменению подачи воздуха клапаном 12. При помощи пороговых элементов 17, 18 и формирователи 14 определяется возможность уменьшения и увеличения подачи воздуха по байпасной магистрали. При возможности увеличения подается сигнал на второй вход ограничителя 31 и первый вход элемента 24 совпадения, при воэможности уменьшения выдается сигнал на первые входы ограничителя 31 и элемента 25 овпадения. С помощью пороговых блоков 37, 38 определяется характер требуемого изменения степени открытия клапана 12 и выдаются соответствующие сигналы на вторые входы элементов 24, 25. При помощи элементов 24, 25 совпадения, элемента ИЛИ 28 и элемента 30 отрицания вырабатывается сигнал на снятие блокировки ограничителя

33 при недопустимости отработки управле1634637

10 ния с помощью клапана 12, при отработке измеритель расхода природного газа, подуправления клапаном 12 сигнал на выходе ключенный к первому входу первого регуляэлемента 30 отсутствует, С помощью огра- торэ, выход которого связан с клапаном ничителя 31 корректируют управление в эа- подачи газа, задатчик, выход которого соевисимости от возможности увеличения и 5 диненс вторым входомпервого регулятора, уменьшения подачи воздуха клапаном 12. формирователь положения второго клапаПри помощиограничителя 33 корректируют на, параллельно подключенный к входам управление в зависимости от сигнала от эле- первого и второго пороговых элементов, вымента 30, и при недопустимости отработки ходы которых соединены с первыми входауправления клапаном 12 управление через 10 ми соответственного второго и первого ограничитель ЗЗ поступает на второй вход элементов совпадения И, выход первого сумматора 16, с помощью которого опреде- элемента совпадения И связан с первым ляется результирующее управление и выда- входом логического элемента ИЛИ, измериется в камеру задания регулятора 9, тель основного расхода воздуха, подклюкоторый поддерживает задаваемый расход 15 ченный выходом к входу третьего воздуха по основной магистрали, выдавая порогового элемента, измеритель темперауправления на клапан 11, с помощью клапа- туры газа, выход которого соединен с вхонов 11 и 12 изменяется подача воздуха с дом четвертого порогового элемента, целью обеспечения заданного состава цир- пятый, шестой и седьмой пороговые элемен-. куляционной смеси с учетом динамических 20 ты, выходы четвертого и седьмого порогохарактеристик объекта и компенсацией воз- вых элементов подключены к обоим входам мущений в нормальном и предаварийном третьегоэлемента совпадения И, выходшестого порогового элемента соединен с перРабота системы может быть улучшена, вым входом четвертого элемента если в систему ввести контур стабилизации 25 совпадения И, три ограничителя, второй и расхода воздуха по байпасной магистрали третий регуляторы, выход первого ограни(фиг,З), включающий измеритель 41 расхода чителя связан с вторым клапаном, измеридополнительного воздуха и четвертый регу- тель состава, подключенный через третий лятор42, связанный выходом с клапаном 12. регулятор к третьему входу второго ограниПри этом управление от ограничителя 31 30 чителя, формирователь положения первого выдается не на клапан 12, а в камеру зада- клапана, соединенный с входом седьмого. ния регулятора 42. При этом расход воздуха порогового элемента, и функциональный через клапан 12 поддерживается равным блок, отличающаяся тем, что, с целью заданию, поступающему от блока 29 через увеличения производительности процесса

35 за счет повышения качества управления соРабота системы также может быть улуч- стэвом смеси в системе циркуляции и прешена, если выход третьего элемента 26 сов-. дупреждения аварийных режимов. она падения дополнительно подключить к входу дополнительно содержит компенсэтор, два формирования параметров настройки сумматора. логический элемент отрицания, третьего регулятора 10 (фиг.4). При этом па- 40 блок форсажа, пропорциональный элемент раметры настройки регулятора 10 корректи- и два пороговых блока, при этом выход заруются в зависимости от сигнала, датчика подключен также через компенсаформируемого элементом 26. тор к первому входу первого сумматора, Педложенная система может быть реэ- соединенному своим вторым входом с выхолизована как с использованием УВМ, так и 45 дом третьего ограничителя, а выходом — с на базе стандартных аналоговых средств первым входом второго регулятора, измериавтоматизации. Предложенная система тель основного расхода воздуха связан такобеспечивает по сравнению с прототипом же с вторым входом второго регулятора, более высокое качество управления соста- выход которого соединен с первым клапавомциркуляционнойсмеси,посколькуобес- 50 ном, выходы первого и второго пороговых печивает более полный учет динамических элементов подключены к первому и второму характеристик объекта и действие на объект входам первого ограничителя, выход функвозмущений в нормальном и в предаварий- ционального блока параллельно соединен с ном режимах работы. Это приводит к повы- третьим входом первого ограничителя и вхошению стабильности процесса, 55 дами первого и второго пороговых блоков, предупреждению предаварийных режимов выходы которых подключены к вторым вхои увеличению его производительности. дам соответственно первого и второго элеФормула изобретения ментов совпадения И. выход второго

1. Системаавтоматическогоуправления элемента совпадения И связан с вторым процессом синтеза аммиака, содержащая входом логического элемента ИЛИ, подклю12

1634637

Ри4

Составитель Г. Огаджанов

Редактор М, Циткина Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л. Патай

Заказ 729 Тираж 306 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ченного через элемент отрицания к первому и второму входам третьего ограничителя, измеритель температуры газа после конвертора второй ступени соединен также с входом пятого порогового элемента, подключенного своим выходом к второму входу четвертого элемента совпадения И, выход которого связан с вторым входом второго ограничителя, подключенного своим первым входом к выходу третьего порогового элемента, а выходом — к входу пропорционального элемента и к первому входу блока форсажа, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента совпадения И, выходы пропорционального элемента и блока форсажа подключены к обоим входам второго сумматора, выход которого параллельно соединен с входом функционального блока и третьим. входом третьего ограничителя, а выход измерителя основного расхода воздуха связан также с входом шестого порогового элемента.

5 2. Система по п.1. отличающаяся тем, что она дополнительно содержит измеритель дополнительного расхода воздуха и четвертый регулятор, при этом измеритель дополнительного расхода воздуха подклю10 чен к первому входу четвертого регулятора, а выход первого ограничителя соединен с вторым клапаном через второй вход четвертого регулятора.

3. Система по пп.2 и 1, о т л и ч а ю щ а я15 с я тем, что выход третьего элемента совпадения И подклк;чен также к входу формиро. вания параметров настройки третьего регулятора.