Способ автоматического регулирования процесса разделения воздуха в криогенном комплексе и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Сущность изобретения: установка содержит каскадную схему управления, с помощью которой осуществляют автоматическое регулирование процесса путем управляющего воздействия на расходы потоков азотной флегмы одновременно в верхнюю и нижнюю ректификационные колонны в соответствии с основным и корректирующим сигналами. При этом используют информацию о концентрации кислорода в чистом газообразном азоте на выходах из верхней части нижней и верхней колонн, а также регулируют расход потока жидкого азота потребителю по сигналу от датчика уровня жидкого азота в сборнике . 2 с. п. ф-лы, 1 ил. ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РГСПУ БЛИК (sн5 F 25 J 3/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ведОмствО сссР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4855323/06 (22) 17.05.90 (46) 15.04.93, Бюл, М 14 (71) Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения им. 40-летия Октября (72) И.Е.Дудкин, В.В,Плотников, В.А.Гарин, Ю.Г.Писарев, Б.И,Волынский, В,И.Зотов, В,В.Алексахин, Б.И,Рожинский, В,И,Бодров и Е.А.Курышев (56) Архаров А,М. и др, Криогенные системы, М„Машиностроение, 1987, с. 30.

Анисимов И.В. и др, Автоматическое регулирование процесса ректификации. M., Гостоптехиздат, 1961 r.

Абрамов А.В. и др. Автоматизация воздухоразделительных установок, М., ЦИНТИ химнефтемаш, 1983, с. 34, 35. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в системах управления процессами разделения в криогенных комплексах.

Целью изобретения является повышение точности регулирования и экономичности.

На чертеже представлена схема предложенного устройства.

Устройство содержит нижнюю ректификационную колонну(НРК) 1, верхнюю ректификационную колонну(ВРК) 2, соединенные между собой через конденсатор-испаритель

3 сборник 4 жидкогр азота, переохладитель

» SU,, 1809268 А1

ВОЗДУХА В КРИОГЕННОМ КОМПЛЕКСЕ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Сущность изобретения: установка содержит каскадную схему управления, с помощью которой осуществляют автоматическое регулирование процесса путем управляющего воздействия на расходы потоков азотной флегмы одновременно в верхнюю и нижнюю ректификационные колонны в соответствии с основным и корректирующим сигналами. При этом используют информацию о концентрации кислорода в чистом газообразном азоте нэ выходах из верхней части нижней и верхней колонн, а также регулируют расход потока жидкого азота потребителю по сигналу от датчика уровня жидкого азота в сборнике, 2 с. и. ф-лы, 1 ил.

5, блок 6теплообменников, турбодетандеры

7, 8, 9, исполнительные органы 10, 11, 12, 13, 14, 15, регуляторы 16, 17, 18,. основные регуляторы 19, 21, корректирующие регуляторы 20, 22, датчики 23, 24 и 25 уровня криогенной жидкости, датчики 26, 27, 28, 29 концентрации кислорода.

Исполнительный орган (вентиль) 10 установлен в криогенной магистрали дроссельного потока воздуха, соединенной с

НРК 1. С Через переохладитель 5 проходят криогенные трубопроводы, которые соединяют: куб азотной флегмы HPK 1 через исполнительный орган 11 (регулирующий

1809268 клапан) с первым вводом в ВРК 2, сборник

4 жидкого азота через исполнительный орган 12 со вторым вводом потока орошения

s BPK 2, сборник 4 жидкого азота через исполнительный орган 13.с устройством выдачи жидкого азота в криогенное хранилище. При этом к исполнительному органу 11 подключен через регулятор 16 датчик 23 уровня азотной флегмы, установленный в кубе HPK 1, а к исполнительному органу 13 подключен через регулятор 18 датчик уровня жидкого азота, установленный в сборнике 4 жидкого азота, В криогенной магистрали жидкого кислорода на выходе иэ конденсатора-испарителя установлен исполнительный орган 15, к которому через регулятор 17 подключен датчик 24 уровня жидкого кислорода, установленный в конденсаторе-испарителе. К исполнительному органу 12 подключен через основной регулятор 21 датчик 28 концентрации кислорода, установленный на промежуточной тарелке BPK 2, к основному регулятору 21 через корректирующий регулятор 20 подключен датчик 29 концентрации кислорода, установленный на выходе из верхней части

BPK 2. Сборник 4 азота соединен криогенным трубопроводом потока азотной флегмы с вводом в HPK 1 через исполнительный орган 14, к которому подключен основной регулятор 19 с датчиком концентрации кислорода 26 на промежуточной тарелке ГРК 1, а к основному регулятору 19 через корректирующий регулятор 22 подключен датчик концентрации кислорода 27, установленный на выходе из верхней части HPK 1.

Процесс разделения воздуха и его регулирование осуществляются следующим образом. В HPK 1 подают охлажденные в блоке 6 поток воздуха, предварительно расширенный в агрегате 7, и дроссельный поток воздуха Вдр. через вентиль 10. В результате предварительного разделения в

HPK 1 образуется кубовая жидкость (азотная флегма), в нижней части колонны и чистый азот в верхней части. Азотная флегма из нижней части отводится, охлаждается в переохладителе 5 и подается в среднюю часта ВРК 2.

При этом расход азотной флегмы регулируют, меняя положение исполнительного органа 11 в соответствии с командным сигналом регулятора 16, на который поступает информация в виде электрического сигнала от датчика 23 уровня азотной флегмы. Чистый газообразный азот конденсируется в конденсаторе-испарителе 3 и сливается в сборник 4 жидкого азота, в который поступает также жидкий азот из циркуляционного холодильного цикла. Из сборника 4 выходят три потока, первый — азотной флегмы, которая подается в НРК 1, второй поток подается в BPK 2, и третий поток жидкого азота — выдают потребителю в систему криогенного хранилища, Указанные потоки охлаждаются в переохладителе 5. Иэ нижней части ВРК 2 через конденсатор-испаритель

3 отводится продукционный жидкий кислород на дальнейшее переохлаждение, Рас10 ход жидкого кислорода регулируют исполнительным органом 15 по командному сигналу регулятора 17 в соответствии с сигналом от датчика уровня жидкого кислорода, Из верхней части ВРК 2 отводят поток

15 чистого газообразного азота, который вместе с потоком азота, расширенным турбодетандерами 8 и 9, поступает в переохладитель 5, затем в блок 6 теплооб менников.

В установившемся режиме работы установки на ее выходах получают продукты разделения воздуха и с определенной величиной концентрации: жидкий и газообразный азот, жидкий кислород и др. Под

25 действием внешних возмущений режим работы установки нарушается, что приводит к значительным отклонениям концентрации выходных криогенных продуктов, Для восстановления требуемых величин концентра30,ции в предложенном сйасобе стабилизируют технологические параметры: концентрацию кислорода и азота, уровень жидкого азота в сборнике 4. Для поддержания заданного значения концентрации кислорода основным регулятором 21 изменяют положение исполнительного органа 12 в соответствии с величиной рассогласования текущего и заданного значений концентрации кислорода на промежуточной

"0 контрольной тарелке, и изменяют расход потока азотной флегмы в BPK 2, восстанавливая заданное значение, Дополнительно измеряют текущее значение концентрации в верхней части верх45 ней колонны (в газообразном азоте) и при отклонении текущего значения от заданного, в соответствии с сигналом рассогласования, корректирующим регулятором 20 изменяют задание основному регулятору

50 21, после чего концентрация кислорода в газообразном азоте принимает требуемое значение, Одновременно, в НРК 1, регулируют расход потока азотной флегмы, воздействуя

55 регулятором 19 на исполнительный орган

14, в соответствии с сигналом рассогласования между текущим и заданным значениями концентрации кислорода на промежуточной контрольнойтарелке.Дополнительно измеряют текущее значение концентрации кис1809268

20

35

50 лорода на выходе из верхней части HPK 1, после чего корректируют это значение с заданным, изменяя корректирующим регулятором 2 задание основному регулятору 19, так чтобы концентрация кислорода восстановила требуемое значение.

При воздействии на исполнительные органы 12, 14 изменяется уровень в сборнике 4 жидкого азота, который влияет íà расход азотной флегмы в НРК 1 и BPK 2.

Поэтому уровень жидкого азота поддерживают в сборнике 4 постоянным, для чего измеряют текущее значение уровня, сравнивают с заданием и при рассогласовании этих значений регулятором 18 воздействуют на исполнительный орган 13, регулируя поток жидкого азота потребителю. Таким образом поддерживая постоянное значение уровня в сборнике 4, компенсируют взаимосвязь между управляющими воздействиями, а именно потоками жидкого азота в HPK1 и ВРК2.

Согласно заявляемому устройству, реализующему описанный выше способ, ввод отдельных криогенных трубопроводов, соединяющих сборник 4 с вводом потока орошения в BPK 2 и потребителем жидкого азота, исполнительных элементов в них и в криогенном трубопроводе, соединяющем сборник 4 с HPK 1, позволяет одновременно регулировать процессы ректификации в обеих колоннах, вследствие чего сокращается инерционность выхода установки на заданные параметры.

Введенная при этом каскадная схема автоматического регулирования, используя регуляторы 18, 19, 20, 21, 22 и датчики 25, 26, 27, 28 и 29, управляет параметрами: уровень в сборнике 4 жидкого азота, концентрация кислорода на промежуточных тарелках НРК 1 и BPK 2, концентрация кислорода в чистом азоте. Так, информация о составе продукта поступает от датчика 28 концентрации кислорода на промежуточной тарелке верхней ректификационной колонны 2 на вход основного регулятора 21, в нем формируется командный сигнал, поступающий на вход исполнительного органа

12, который меняет свое положение в соответствии с командным сигналом и регулирует расход потока орошения жидкого азота в

ВРК2. При этом текущее значение выравнивается с заданным. Одновременно, при действии внешних дестабилизирующих факторов, срабатывает цепь коррекции, при этом задание, которому соответствует определенный электрический сигнал основного регулятора 21, изменяется электрическим сигналом, поступающим на вход основного регулятора 21 через корректирующий регулятор 20 в соответствии с информацией, поступившей от датчика 29 концентрации кислорода на выходе из верхней части BPK 2.

На HPK 1 аналогично работает схема, в которой на основной регулятор 19 поступают электрические сигналы: от датчика 26, а через корректирующий регулятор 22 — от датчика 27, Основной регулятор 19 формирует командный сигнал на исполнительный орган

14.

Воздействие на исполнительные органы 12, 14 приводит к изменению уровня в сборнике 4 жидкого азота. Для стабилизации параметра уровень жидкого азота в сборнике 4, информация от датчика 25 уровня жидкости в виде электрического сигнала поступает на вход регулятора 18, в нем формируется командный сигнал на исполнительный орган 13, который, меняя свое положение, регулирует расход потока жидкого азота потребителю, Формула изобретения

1. Способ автоматического регулирования процесса разделения воздуха в криогенном комплексе путем измерения концентраций компонентов получаемых криогенных продуктов и технологических потоков на промежуточных тарелках нижней и верхней ректификационных колонн расходов потоков орошения в последних и . расхода жидкого азота из сборника жидкого азота, о т л и ч а ю щ и A с я тем, что, с целью повышения точности регулирования и экономичности, дополнительно измеряют текущее значение концентрации кислорода на выходе из верхних частей нижней и верхней ректификационных колонн и уровень в сборнике жидкого азота, при этом расход потока орошения в нижней колонне измеряют по сигналу рассогласования заданного и текущего значений концентраций кислорода.на промежуточной тарелке нижней колонны, и заданное значение корректируют по сигналу рассогласования заданного и текущего значений концентраций кислорода на выходе из верхней части нижней колонны, расход потока орошения в верхней колонне изменяют по сигналу рассогласования заданного и текущего значений концентрации кислорода на промежуточной тарелке верхней колонны, и заданное значение корректируют по величине рассогласования заданного и текущего значений концентраций кислорода на выходе из верхней части верхней колонны, а расход потока жидкого азота регулируют по сигналу рассогласования заданного и текущего значений уровня в сборнике жидкого азота.

1809268

Составитель А.Федотов

Редактор В.Трубченко Техред М.Моргентал Корректор П. Гереш и

Заказ 1278 Тираж Подп исн о е

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

2. Устройство для автоматического регулирования процесса разделения воздуха в криогенном комплексе, содержащее верхнюю с вводом потока орошения и нижнюю ректификационные колонны с промежуточными тарелками, переохладитель, сборник жидкого азота, соединенный с нижней ректификационной колонной, потребитель жидкогоазота, отл ича ющееся тем,что, с целью повышения точности регулировань1я, и экономичности, устройство дополнит льна содержит три исflолнительных органа, два основных регулятора, три корректирующих регулятора, датчик уровня жидкости, установленный в сборнике жидкого азота и подключенный посредством третьего корректирующего регулятора к второму исполнительному органу, и четыре датчика концентрации кислорода, первый из которых установлен на промежуточной тарелке верхней колонны и сообщен по. средством первого основного регулятора с первым исполнительным органом, второй установлен на выходе из верхней части вер5 хней колонны и сообщен посредством первого корректирующего регулятора с первь м основным регулятором, третий установлен на промежуточной тарелке нижней колонны и сообщен посредством второго основ10 ного регулятора с вторым исполнительным органом, а четвертый установлен на выходе из верхней части нижней колонны и сообщен посредством второго корректирующего регулятора с вторым основным регулято15 ром, при этом сборник жидкого азота сообщен посредством переохладителя и второго исполнительного органа с потребителем жидкого азота, а посредством третьего исполнительного органа — с нижней ректифи20 кационной колонной.