Способ диагностирования и управления работой детандера в криогенной установке

 

Использование: криогенная техника, в частности контроль и управление детандерами в составе криогенных установок, в том числе установок разделения воздуха, водородных и гелиевых ожижителей. Сущность изобретения: способ позволяет осуществлять диагностику работы детандера. При диагностировании сравнивают разность октальпий насыщенного пара и газа на выходе детандера с допустимой разностью энтальпий . Если эта разность энтальпий больше допустимой, то выдают предупредительный сигнал и воздействуют на величину детандерного потока газа, изменяя ее до тех пор, пока не установится требуемое значение энтальпии, соответствующее допустимой доле жидкости в газе. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 25 В 49/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4905559/06 (22) 11.12,90 (46) 15.05.93. Бюл. М 18 (71) Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения им. 40-летия Октября "Криогенмаш" (72) Ю.Б.Чучалов, И.С.Рабинович, Б,И,Рожинский, Л.П.Ронжин и Л.С.Проворный (56) Архаров А.M. и др. Криогенные системы.

Основы теории и расчета, М.: "Машиностроение", 1988, с, 282-289.

Авторское свидетельство СССР

М 1291797, кл. F 25 В 49/00, 1985. (54) СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ДЕТАНДЕРА В КРИОГЕННОЙ УСТАНОВКЕ

Изобретение касается контроля и управления детандерами, используемыми в составе криогенных установок, в том числе воздухоразделительных установок, гелиевых и водородных ожижителей.

Целью изобретения является расширение рабочего диапазона детандера и обнаружение и устранение нарушения температурного режима.его работы, при котором образуется недопустимое количество жидкости.

На фиг. 1 представлена схема системы автоматического контроля и управления, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 представлена графическая интерпретация процесса расширения газа в детандере — TSдиаграмма; на фиг. 3 представлен алгоритм . диагностики и управления работой детандера в криогенной воздухоразделительной устаН0ВКВ.!

Ж,, 1815553 А1 (57) Использование: криогенная техника, в частности контроль и управление детандерами в составе криогенных установок, в том числе установок разделения воздуха, водородных и гелиевых ожижителей. Сущность изобретения: способ позволяет осуществлять диагностику работы детандера. При диагностировании сравнивают разность октальпий насыщенного пара и газа на выходе детандера с допустимой разностью энтальпий. Если эта разность энтальпий больше допустимой, то выдают предупредительный сигнал и воздействуют на величину детандерного потока газа, изменяя ее до тех пор, пока не установится требуемое значение энтальпии, соответствующее допустимой доле жидкости s газе. 3 ил.

Пример осуществления предложенного способа диагностирования и управления работой детандера в криогенной воэдухоразделительной установке: воздух после регенераторов 1 поступает на разделение в нижнюю колонну 2, часть воздуха через исполнительный элемент 3 подают на расширение в турбодетандер 4, Другая часть воздуха — "петля" — возвращается в регенератор 1, затем смешивается с детандерным потоком. После охлаждения в турбодетандере 4 воздух поступает на разделение в верхнюю ректификационную колонну 5, В качестве продуктов разделения из установки отводятся газообразный кислород, газообразный азот и некоторое количество жидкого кислорода.

Система автоматического контроля, диагностики и управления содержит управляющую микроЭВМ бтипа ТВСΠ— 1 (тер 1инал вычислительной связи с объектом), на входы

1815553

1 ох 1оым которой пода|от сигналы от датчиков температуры 7 и 8, датчиков давления 9 и 10, установленных соответственно на входе и выходе детандера 4, Управляющие воздействия от микроЭВМ 6 подают на исполнительный элемент 3, установленный на входном патрубке детандера 4.

Способдиагностирования и управления работой детандера реализуется следующим образом (см,фиг. 2, 3): с помощью датчиков 7, 8, 9, 10 измеряют и вводят в микроЭВМ 6 значенил температур Т х, Т ым и давлений Р м, Рьым газа на входе и выходе детандера 4. По известной зависимости, для данного давления на выходе Рвых, вычисляют температуру сухого

НаСЫЩЕННОГО Пара Тнас = f (Psûx)

Измеренную температуру Твым сравнива от с Тн с, при этом, если Т ых > Тн:.с, т.е. газ находится в состоянии перегретого пара, то управляющее воздействие не формируют и процедура диагностирования нормально завершается. Иначе, если Тоым =

Тн,с, то На выходе детандера газ находится в состоянии либо насыщенного пара, либо в сдстоянии парожидкостной смеси. Для разрешения этой неоднозначности и длл определения доли жидкости X в газе недостаточно знать температуру и давление газа На входе, так KBK изотермы и иэобары в области парожидкостной смеси под линией насыщения практически нет пересекаютсл (см.фиг. 2).

В этом случае для определения истинного состоянил газа нэ выходе детэндера необходимо знать его энтальпию 1ssix, которую прямым способом как функцию давления и температуры,в области парожидкостной смеси определить также невозможно. Поэтому с помощью специальной компьютерной программы на фортране определяют теплофизические свойства газа; энтальпию

НаСЫЩЕННОГО f1aPa !нас = (Рвым), ЭНтаЛЬПИ}а газа на входе Iex = f(Pex, Tex), энтропию и знтальпию газа при адиабатном расширении Sep = f(Pex, Tsx).

Затем, пользуясь преобразованной формулой расчета адиабатного КПД вычисляют расчетную энтальпию газа дым на выходе детэндерэ; Рым =!в, ц лд (! e, 1лд ) (2 ) При этом КПД АД задается канстанЩй, предварительна определенной в абла10

55 сти перегретого пара. Затем рассчитывают разность Л 1, полученную между энтальпией газа !нас в области насыщенного парэ и энтальпией P алых газа на выходе ДетэндеР

pa:

Л t =! <<>>< <— 1 >> >»> (3 ) С учетом того, что X = f(Л 1), где X— долл жидкости в газе, сравнивают Л 1 с заданным допустимым значением Л 1д(соответствующее. допустимой доле жидкости в газе Хд). При этом, если выполняется условие Л !. ЛI д, то на выходе детандера газ находится в состоянии с долей >кидкости не превышающей допустимую величину Хд. На этом процедура диагностирования нормально завершается.

Если же Л I > Л д, то на выходе детандера — парожидкостнал емкость с недопустимой долей жидкости, о чем выдается предупредительный сигнал оператору. Одновременна, в соответствии с ПИ- законом регулирования формируют и выдают на вентиль 3 (см.фиг, 1) величину управляющего воздействия U = f (Л! — Л!д),, где !д— уставка регулятору (соответствующая допустимом доле жидкости Хд), В результате изменяются энтальпия газа на входе lex и разность энтальпий Л1, таким образам, что устанавливается требуемый режим с заданной долей жидкости Хд в газе на выходе детэндера.

Эффективность применения предложенного способа управления работой детандера, закл очается в предупреждении аварийных ситуаций на детандерах и, как следствие, в увеличении длительности рабочей кампании криогенных установок, Фариула изобретения

Способ диагностирования и управления работой детандера в криогенной установке путем контроля входных и выходных температур и давлений рабочего газа, по которым периодически с заданной частотой определяют адиабатный КПД, и вычисления энтэльпии газа на входе и выходе детандера, энтропии и энтальпии газа при адиабатном расширении, отл ича ю щийся тем,что, с целью расширения рабочего диапазона детандера и обнаружения и устранения нарушения температурного ре>кима его работы, при котором образуетсл недопустимое количество жидкости, определяют температуру и энтальпию насыщенного пара, а энтальпию газа на входе и выходе детандера, энтропию и энтальпию газа при адиабатном расширении вычисляют при условии равенства температуры газа на выходе из детан18i5553

4исЛ Иэображение процесса расаирения, газа а детандере и. Т-3 диаграмме дера и температуры насыщенного пара, после чего рассчитывают разность энтальпии насыщенного пара и газа на выходе детандера, сравнивают эту разность с допустимой разностью энтальпии, соответствующей допустимой доле жидкости в газе, причем, если эта разность равна или меньше допустимой разности энтальпий, то процедура диагностирования нормально завершается, а если эта разность больше допустимой, то выдают предупредительный сигнал о нарушении температурного режима детандера и одновременно воздействуют на величину детан5 дерного потока в соответствии с величиной рассогласования, устанавливая энтальпию газа, соответствующей допустимой доле жидкости в газе.

1815553

Е цикла контроль параметров.

Рвх, Твх, Рных,Твых обращение к полиному

Тнас g (Рных ) норм. выход

ых > Тиас нет нет

bI> а1д да

3 угнал one ато

Фиг.3 !

Составитель Ю.Чучалов

Техред М.Моргентал Корректор Г.Кос

Редактор

За аз 1632 Тираж Подписное

8НИИПИ 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 Тиас навходе детан дара

-сухой кдсццен ный пар либо парожидкостная смесь определение тепл иэи ческих свойств воздух

Isx= т (Рвх,Твx}

5ад= f (Рвх,Тнх)

I f (Рных, 5 ад)

Iaac=f(Рных) выходе детандера парожидкостная смесь, доля жидкости больше допустимой асчет и выдача управего воздействия на ентиль fno ПИ-закону егулирования

У t (41 «ь|д) деа W- g$ Qgо а