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

 

Использование: изобретение относится к криогенной технике. Сущность изобретения: в установку вводят каскадную схему управления, с помощью которой осуществляют автоматическое регулирование процесса путем управляющего воздействия на расходы потоков азотной флегмы одновременно в верхнюю ректификационную колонну и потребителю в соответствии с основным и корректирующим сигналом. При этом дополнительную информацию и концентрации кислорода в чистом газообразном азоте на выходе из верхней части нижней колонны 1 и информацию о концентрации продукционного кислорода на выходе из конденсатора испарителя 3, используют для формирования корректирующих сигналов, что позволяет повысить точность регулирования процесса разделения воздуха. 2 с.п. ф-лы. 3 ил.

СОКОВ СОВГ!СКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) F 25 J 3/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4855324/06 (22) 17.05.90 (46) 15.04,93. Бюл. N 14 (71) Балашихинское научно-производственное обьединение криогенного машиностроения им. 40-летия Октября (72) И.Е.Дудкин, В.В.Плотников, Ю.Г.Писарев, 6,И.Рожинский, И.С,Рабинович, В.С.Стародумов и Е,A.Êóðûøåâ

{56) Архаров А.М, и др.— Криогенные системы,— М,: Машиностроение, 1987, с, 30.

Анисимов И.В,— Автоматическое регулирование процесса ректификации.— M.: Мостоптехиздат, 1961.

Абрамов А.В. и др,-Автоматизация воздухоразделительных установок,— M.; ЦИНТИхимнефтемаш, 1983, с. 34, 35.

{54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ

ВОЗДУХА В КРИОГЕННОМ КОМПЛЕКСЕ И,г,50„„1809269 А1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к криогенной технике. Сущность изобретения: в установку вводят каскадную схему управления, с помощью которой осуществляют автоматическое регулирование процесса путем управляющего воздействия на расходы потоков азотной флегмы одновременно в верхнюю ректификационную колонну и потребителю в соответствии с основным и корректирующим сигналом.

При этом дополнительную информацию и концентрации кислорода в чистом газообразном азоте на выходе из верхней части нижней колонны 1 и информацию о концен- а трации продукционного кислорода на выходе из конденсатора-испарителя 3, используют для формирования корректирующих сигналов, что позволяет повысить точность регулирования процесса разделения

2 с,п. ф-лы,3 ил.

Изобретение относится K холодильной ехних.—: и мажет быть использовано при управг:внии воздухоразделительными установками в криогенных комплексах.

Целью данного изобретения является повышение точности регулирования и экономичности.

На фиг, 1 изображена схема предложенного устройства; на фиг, 2 — изменение,концентрации кислорода во времени для известного технического решения (график

1) и для предлагаемого технического решения (график 2) в промежуточном сечении верхней ректификационной колонны, на фиг, 3 — графики 3 и 4 изменения концентрации кислорода во времени в промежуточном сечении нижней ректификационной колонны соответственно для прототипа и предлагаемого технического решения.

Устройство содержит нижнюю ректификационную колонну (НРК) 1, верхнюю ректификационную колонну (В PK) 2, соединенные между собой через конденсатор-испаритель 3, сборник 4 жидкого азота, переохладитель 5, блок теплообменников, детандерные агрегаты 7, 8, 9, исполнительные органы 10, 11, 12, 13, 14, регуляторы 15, 16, основные регуляторы 17, 18, корректирующие регуляторы 19, 20, датчики 21, 22 уровня криогенной жидкости. датчики

23,24,25,26 концентрации кислорода.

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

НРК 1, Через переохладитель 6 проходят криогенные трубопроводы, которые соединяют: куб азотной флегмы НРК 1 через исполнительный орган 11 (регулирующий клапан) с первым вводом в ВРК 2, сборник

4 жидкого азота через исполнительный орган 12 со вторым вводом потока орошения в BPK 2, сборник 6 жидкого азота через исполнительный орган 43 с устройством выдачи жидкого азота в криогенное хранилище. При этом к исполнительному органу 11 подключен через регулятор 15 датчик 2 уровня азотной флегмы, установленный в кубе НРК 1. В криогенной магистрали жидкого кислорода на выходе из конденсатораиспарителя установлен исполнительный орган 14, к которому через регулятор 16 подключен датчик 22 уровня жидкого кислорода, установленный в конденсаторе-испарителе, К исполнительному органу 12 подключен через основной регулятор 17 датчик 25 концентрации кислорода, установленный на промежуточной тарелке BPK

2, к основному регулятору 17 через корректирующий регулятор 20 подключен датчик

26 концентрации кислорода, установленный на выходе конденсатора-испарителя 3.

Сборник 4 азота соединен криогенным трубопроводом с потребителем продукционного жидкого азота через исполнительный орган 13, к которому подключен основной регулятор 18 с датчиком 23 концентрации кислорода на промежуточной тарелке HPK

1, а к основному регулятору 18 через корректирующий регулятор 19 подключен датчик

24 концентрации кислорода, установленный на выходе из верхней части HPK 1.

Процесс разделения воздуха и его регулирование осуществляется следующим образом.

В HPK 1 подают охлажденные в блоке 6 поток воздуха, предварительно расширенный в агрегате 7, и дроссельный поток воздуха через вентиль 10.

B результате предварительного разде20 ления 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

25 часть BPK 2, При этом расход азотной флегмы регулируют, меняя положение исполнительного органа 11 в соответствии с командным сигналом регулятора 15, на который поступает

30 информация в виде электрического сигнала от датчика 21 уровня азотной флегмы. Чистый газообразный азот конденсируется в конденсаторе-испарителе 3 и сливается в сборник 4 жидкого азота, в который посту35 паеттакжежидкийазотизциркуляционного холодильного цикла, Из сборника 4 выходят два потока, один поток подается в BPK 2, и второй поток жидкого азота — выдают потребителю в систему криогенного хранилища.

Указанные потоки охлаждаются в переохладителе 5. Из нижней части ВРК 2 через конденсатор-испаритель 4 отводится продукционный жидкий кислород, на дальнейшее переохлаждение. Расход жидкого

45 кислорода регулируют исполнительным органом 14 по командному сигналу регулятора

16 в соответствии с сигналом от датчика 22 уровня жидкого кислорода. Из верхней части ВРК 2 отводят поток чистого газообраз50 ного азота, который вместе с потоком азота, расширенным в турбодетандерах 8 и 9, поступает в переохладитель 5, затем в блок

6 теплообменников, В установившем режиме работы установки на ее выходах получают продукты разделения воздуха с определенной величиной концентрации: жидкий и газообразный азот, жидкий кислород и др. Под действием внешних возмущений режим работы установки нарушается, что приводит к значи1809269

50 тельным отклонениям концентрации выходных криогенных продуктов, Для восстановления требуемых величин концентрации в предложенном способе стабилизируют технологические параметры концентрации кислорода, основным регулятором 17 изменяют положение исполнительного органа

12 в соответствии с величиной рассогласования текущего и заданного значения концентрации кислорода на промежуточной контрольной тарелке верхней колонны, и изменяют расход потока азотной флегмы в

BPK2, восстанавливая заданное значение, Дополнительно измеряют текущее значение концентрации на выходе конденсатора-испарителя 3 и при отклонении текущего значения от заданного в соответствии с сигналом рассогласования корректирующим регулятором 20 изменяют задание основному регулятору 17 и концентрация кислорода принимает требуемое значение, Одновременно регулируют расход потока азотной флегмы потребителю, воздействуя регулятором 18 на исполнительный орган 13 в соответствии с сигналом рассогласования между текущим и заданным значениями концентрации кислорода на промежуточной контрольной тарелке в HPK

1. Дополнительно измеряют текущее значение концентрации кислорода на выходе из верхней части НРК 1 и корректируют это значение с заданным, изменяя корректирующим регулятором 1.9 задание основному регулятору 18, чтобы концентрация кислорода восстановила требуемое значение.

Кроме того, в устройство вводится каскадная схема автоматического регулирования, содержащая основные регуляторы 17, 18, корректирующие регуляторы 19, 20 и датчики 23, 24, 25, 26 концентрации кислорода, которая необходима для управления параметрами, концентрация кислорода на промежуточных тарелках BPK 2 и HPK 1, концентрация кислорода на выходе конденсатора-испарителя 3 и на выходе из верхней части HPK 1, Так информация о составе продукта поступает от датчика 25 концентрации кислорода, нэ промежуточной тарелке

ВРК 2 на вход основного регулятора 17, 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 значением концентрации, Одновременно срабатывает цепь коррекции, при этом задание, которому соответствует определенный электрический сигнал основного регулятора 17, изменяется электрическим сигналом, поступающим на его вход через корректирующий регулятор 20 в соответствии с информацией, поступившей от датчика 26 концентрации кислорода на выходе из конденсатора-испарителя 3.

На нижней ректификационной колонне

1 аналогично работает схема, в которой на основной регулятор 18 поступают электрические сигналы от датчика 23, а через корректирующий регулятор 19 от датчика 24, Основной регулятор 18 формирует командный сигнал на исполнительный орган 13.

Формула изобретения

1, Способ регулирования процесса разделения воздуха в криогенном комплексе путем измерения концентрации кислорода технологических потоков в промежуточных сечениях верхней и нижней ректификационных колонн, изменения расходов потоков орошения и азота из стержня жидкого азота, о т л и ч а ю щ,и и с я тем, что, с целью повышения точности регулирования и экономичности, дополнительно измеряют текущее значение концентрации кислорода на выходе из верхней части нижней колонны, и по нему корректируют заданное значение концентрации кислорода в промежуточном сечении нижней колонны, а также измеряют текущее значение концентрации кислорода на выходе из конденсатора-испарителя, и по нему корректируют заданное значение концентрации кислорода потока в промежуточном сечении верхней колонны, при этом расход потока азота из сборника регулируют по изменению концентрации кислорода в промежуточном сечении нижней колонны, а расход потока орошения в верхнюю колонну регулируют по изменению концентрации кислорода в промежуточном сечении верхней колонны.

2, Устройство для автоматического регулирования процесса разделения воздуха в криогенном комплексе, содержащее верхнюю и нижнюю ректификационные колонны, соединенные с конденсатором-испарителем, первый и второй исполнительные органы. установленные в линиях, соединяющих сборник жидкого азота соответственно с вводом потока орошения в верхнюю колонну и с потребителем азота, первый и второй основные регуляторы, датчики концентрации кислорода, которые установлены нэ промежуточных тарелках верхней и нижней колонн, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, установка дополнительно содержит первый и второй корректирующие регуляторы, дополнительные датчики концентрации кислоро1809269

Мг g_#_ ан ИИ гЮИ t,ca .

Составитель А,Федотов

Редактор В.Федотов Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор П, Гереши

Заказ 1278 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 да, один из которых установлен на выходе из конденсатора-испарителя и подключен посредством первого корректирующего регулятора к первому основному регулятору, а другой установлен на выходе из верхней части нижней колонны и подключен посредством второго корректирующего регулятора к второму основному регулятору. при этом датчики концентрации кислорода, установленные на промежуточных тарелках верхней и нижней колонн, соединены

5 посредством первого и второго основного регуляторов соответственно с первым и в1.орым исполнительными ооганами.