Способ контроля циклического адсорбционно-десорбционного процесса очистки газа от примесей при термовакуумной регенерации адсорбента

Авторы патента:

G05D27 - Управление или регулирование величин, определяющих местоположение, курс, высоту или положение в пространстве наземных, водных, воздушных или космических транспортных средств, например с помощью автопилотов (радионавигационные или аналогичные системы с использованием других волн G01S)

B01D53/02 - адсорбцией

Использование, изобретение относится | химической технологии и применяется в регенеративных адсорбционных системах очистки газов от газообразных сорбируемых примесей и осушки газа. Сущность: контроль процесса осуществляют по совокупности геометрических образов, формируемых из разности температур адсорбента и контрольной дозы t nepTnofo ссщоства. помещенною в адсорбент , в режиме десорбции с обратной разностью этих температур в предшествующем режиме адсорбции и с температурой адсорбента при десорбции , из количества выдепяющегося десорбата с остаточным давлением в адсорбере на отрезке времени нагрева в режиме десорбции и линий технологических ограничений по перечисленным параметрам и ограничения на временной интервал CTJ- билизацин температуры адсорбента в режиме десорбции , а о начале и скорости изменений хода процесса судят по деформации контуров сформированных образов относительно этапонсв и линий ограничений для нескольких последовательных циклов процесса 4 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5018596/26 (22) 04.10.91 (46) 15.12.93 Еюп. Мю 45-46 (76) Чеков Юрий Федорович; Ремизов Валерий Васильевич; Сула Анатолий Сергеевич (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЦИКЛИЧЕСКОГО

АДСОРБЦИОННО-ДЕСОРБЦИОННОГО ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ГАЗА OT ПРИМЕСЕЙ ПРИ . ТЕРМОВАКУУМНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ АДСОРБЕНТА (67) Использование: изобретение относится )(химической технологии и применяется в регенеративных адсорбционных системах очистки газов от газообразных сорбируемых примесей и осушки газа.

Сущность: контроль. процесса осуществляют по совокупности геометрических образов, формируемых (10) RU (11) 004Э13 С1 (51) 5 B 01 D 53 П 05 D 27 00 из разности температур адсорбента и контрольной дозы инертнсгс вещества, пс",. .ещеннс) с в адсорбент, в режиме десорбции с обратной разностью этих температур в предшествующем режиме адссрбции и с темгературсй адссрбента при десорбции, из колиlGcTIM выдепяющегося десорбата с остатс;ным давлением B адсорбере HQ отрезке времени нагрева в режиме десорбции и пиний технологических о:раничений по перечисяенным параметрам и ограни ения на временной интервал cTJбилизации температуры адссрбента в режиме 1сссрбции, а о начале и скорости из. енений хода процесса судят по деформации контуров сформированных образов относительно эталснсв и (1(я ий . ограничений дпя нескольких последаватепьных циклов процесса. 4 ил.

2004313

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в регенеративных адсорбционных системах очистки газов от двуокиси углерода, оксидов азота, сероводорода, диоксида серы, метана, других сорбируемых примесей, а также при адсорбционной осушке газов при термовакуумнай регенерации адсорбента.

Предпочтительно использование предлагаемого способа контроля в регенеративных адсорбционных системах очистки, в которых производится последующее концентрирование и извлечение сорбируемой примеси, в частности в системах очистки воздуха замкнутых помещений. 15

В современной химической технологии эдсорбционно-десарбционный процесс очистки осуществляется в многоадсарберных, чаще всего в двухадсорберных, системах очистки, управляемых задаваемым программно-временным anãoðèòìoì, когда адсорберы работают циклически попеременно в режимах адсорбции и десорбции примеси. Контроль за ходом технологического процесса при этом осуществляют путем измерения текущих значений параметров, характеризующих режимы адсарбции и десорбции, и сравнения их с наперед заданными допустимыми значениями, Для выявления недопустимых изменений хода адсорбционно- 30 десорбционного процесса вводятся технологические ограничения по отдельным параметрам процесса, а по факту выхода текущих значений параметров эа пределы, этих ограничений судят о нарушении про- 35 цесса. Большое количество контролируемых параметров, их взаимозависимость, изменения условий протекания процесса и влияние множества различных факторов на процесс очень сильно усложня1от систему 40 обработки и представления информации о состоянии процесса и делают известный способ контроля малоэффективным. Попытки использования обобщенных параметров для контроля адсорбцианно-десарбцианна- 45

ro процесса в известных способах контроля. например па разности температур в начале и конце адсорбента по ходу потока очищаемого газа и по разности температур в адсорбенте и контрольной дозе инертногс вещества, не позволяют обеспечить целост-, ный контроль всего адсорбционно-десорбционнаго процесса в системе очистки.

Известные способы контроля адсорбционно-десорбционнаго процесса очистки газа обладают существенными недостатками.

В области появления ранних признаков изменений хода технологического процесса сигналы, поступающие ат пороговых устройств аб этих изменениях, соизмеримы с погрешностями измерения параметров, что приводит к недопустимому уменьшению достоверности распознавания признаков нарушений процесса до значений 0,3-0,65.

Кроме того, проявление значительной части нарушений KoMcioIIGHT процесса "маскируется" компенсатарными механизмами (обратными связями) регулирующих устройств технологического процесса. А повышение достоверности контроля за счет повышения точности измерения параметров -;ехнологического процесса до величин относительных погрешностей не более 0,3 вЂ” 0,5 и введение .<онтроля "внутренних" параметров, характеризующих l(oM пенсаторн ые меха н измы, на практике реализовать маловероятна, Известен способ контроля, в котором использовался в предложенной совокупно- . сти параметров для. формирования геомет-. рических образов такой параметр как разность температур адсарбента и контрольной дозы инертного вещества, являющийся достаточно информативным для оценки хода десорбцианнаго процесса, но использовался ан в сочетании с другими параметрами процесса, чта дало новый положительный эффект.

Следует заметить, чта ни D прототипе, ни в других известных способах контроля адсорбционно-десорбционнагс процесса не производилось формирование геометрических образов состояния процесса подо-бно предложенному. Такие образы невозможно сформировать просто в нашем сознании ввиду ограниченности физических вазможностей восприятия .информации и памяти человека, субъективизма восприя-. тия информации и памяти человека. субъективиэма восприятия им тех или иных явлений, тогда как для оценки изменений хода процесса приходится сравнивать талька на одном контрольном кадре ат 5 до 10 и более текущих образов и эталонов для выявления развития деформаций геометрических фигур (образов) относительно эталаHOB.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля хода адсорбционна-десорбционнаго процесса и обеспечение воэможности оценки изменений его хода ва времени эксплуатации путем образного, представления информации аб основных параметрах технологического процесса для оперативной ега коррекции.

Поставленная цель достигается тем, что контроль адсорбцианна-десарбцианнога процесса осуществляют па совокупности геометрических образов, формируемых из разности температур адсарбента и контрольной дозы UIHQpTIIoI.O вещества. паме2004313 щенного в адсорбент, в режиме десорбции с обратной разностью этих температур в предшествующем режиме адсорбции и с температурой адсорбента при десорбции из количества выделяющегося десорбента с 5

45 отработавшим в режиме адсарбции адсор- 50 бентом отсекается клапанами от тракта си55 остаточным давлением в адсорбере на отрезке времени нагрева и линий технологических ограничений по перечисленным параметрам и ограничения на временной интервал стабилизации температуры адсорбента в режиме десорбции, а о начале и скорости изменений хода процесса судят по деформации контуров сформированных образов относительно эталонов и линий ограничений для нескольких последовательных циклов адсорбция-десорбция.

На фиг . 1 представлена 2-адсарберная система очистки газа с устройствами сбора и преобразования информации, в которой реализуется предложенный способ контроля; на фиг. 2 вЂ” структурная схема организации процесса образного контроля состояния адсорбционно-десорбционного процесса; на фиг. 3 вЂ” совокупность формируемых образов для каждого из адсорберав системы очистки; на фиг. 4 вЂ” фрагмент контрольного кадра текущего состояния адсорбционно-десорбционного процесса выдаваемого на дисплей ЭВМ, Регламент циклического адсарбцианно-десорбционного процесса по предлагаемому способу проводится следующим образом. Пусть адсорбер А1 (см. фиг. 1) находится в режиме адсорбции, адсарбер А2вЂ” в режиме десорбции. Этому циклу процесса соответствует положение клапанов, показанное на фиг. 1, где зачерненные клапаны закрыты, незачерненные вЂ” открыты, Загряз;йенный примесью газ газадувкой Г подает, ся в трубки 1, ааполненные адсорбентам, и. аналогичную трубку 2, заполненную инертным веществом, адсорбера А1. После ачистки в адсорбере А1 от примеси газ поступает в нагреватель Н2, разогревается и далее направляется в межтрубнае пространство адсорбера А2, находящегося в режиме регенерации, и, отдав тепло адсорбенту регенирируемого адсорбера А2, выходит из системы очистки. Полость адсарбера А2 с стемы очистки и подсоединяется к вакуумному насосу ВН, с помощью которого откачивается десорбируемая в процессе термовакуумной регенерации примесь, В ходе процесса осуществляется контроль температуры от первичных преобразователей температуры адсорбента 3 и контрольной дозы инертного вещества 4 при адсорбции, адсарбента 5 и контрольной до15

20 зы инертного вещества 6 при десорбции, остаточного давления 7 в адсорбере А2, расхода десорбата 8. С помощью преобразователей (- AT) и ЛТ производится контроль обратной разности и разности температур адсарбента и контрольной дозы инертного вещества соответственно при адсорбции и десорбции. Информация о перечисленных параметрах с преобразователей поступает в 3ВМ, где производится формирование по ней текущих геометрических образов со- стояния адсорбционно=десорбционного процесса в контролируемом цикле адсорбция-десорбция в каждом из адсорберов системы очистки, По завершении режима десарбции в адсарбер": А2 согласна заданной с помощью ЭВМ программе (или ат не3 я в и с и м а Г е и р с г p =-. i ". M н а в р е м е )!!. а г о устройства, управляющего технологическим процессом очистки) фармиру тся команда на переключен! iе ражи!a!3 работы адсарберав, при зтам А1 пгрекл ачается в режим десарбции, а атрегенгрираванньил

А2 вЂ” в режим адсарбции, Ва время режима адсарбции в одном из адсорберав в другам проходит режим десарбции, в сваю очередь состоящий из режима нагрева и охлаждения адсарбента. В предлагаемом способе контроль параметров и формирование соeo!:óïíîcT!. геометрических образов производится на отрезке времени нагрева адсарбента и равном ему па времени отрезке предшествующего режима адсарбции в контролируемом адсорбере, Ограничение на временной и:.тервал стабилизации температуры адсарбента при нагреве необходима с одной стороны для выравнивания паля температур в адсарбенте и обеспечения полноты десарбции да заданного остаточного содержания примеси, с другой вЂ” для обеспечения полноты контроля хода процесса, в частности оценки работы регулиру ащих устройств.

I .oíTðoëü циклического адсарбциан«а-десарбцианнаго процесса очистки газа ат примеси (см, фиг. 2) осуществляется следу ащим образом. Текущая информация о параметрах, характеризующих адсорбционно-десарбционный процесс, с аналого-цифровых преобразователей: 9 с заданной частотой регистрации поступает в ЭВМ 10 и заг<исываетсл в файл тг ущих данных 11. Для каждого адсарбера системы очистки организуется- свай файл. куда записывается информация а текуще режиме десарбции и предшествующем ему режиме адсарбции и таким образам формируется массив образной базы данных 12, B блоке формирования диагностических образов 13 по извлекаемой из базы данных 12 инфар2004313

15 речисленной комбинаций параметров, 20 характеризующих ход адсорбционно-десорбционного процесса в каждом из адсорбе30

При неизменных управляющих воздействиях, например, когда темп разогрева ад- 40 сорбента задан установленной мощностью нагревателя и постоянным расходом газа через систему очистки, и начальных условиях режима десорбции вид сформулированных геометрических образов остается 45 неизменным лишь при неизменном состоянии компонент процесса (исправность агрегатов и аппаратов системы, постоянство адсорбционных свойств адсорбента, исправность контуров регулирования парамет- 50 ров, соответствия режимов агрегатов и положений клапанов по тракту системы заданной программе работы системы очистки). Любое отклонение компонент адсорбционно-десорбционного процесса от 55 мации формируются геометрические обра зы иэ заданных комбинаций параметров адсорбционно-десорбцион ного процесса, а также линий технологических ограничений, В эту комбинацию параметров для каждого адсорбера системы очистки входят: температура адсорбента при десорбции Т и предшествующей ей адсорбции Т>, разность температур адсорбента и контрольной дозы инертного вещества при десорбции ЬТ и их обратная разность при аддорбции (- A Т) остаточное давление в адсорбере Рост и количество выделяющегося десорбата при десорбции G, а также предельно допустимые значения перечисленных параметров и интервал стабилизации температуры т„в режиме десорбции.

Принцип формирования совокупностй .геометрических образов, составленных из пе.Ф ров системы очистки газа от примеси, ясен из фиг, 3, Эта совокупность составлена иэ управляющих воздействий или их параметрических проявлений (температуры адсорбента при десорбции Т и остаточного давления в адсорбере Рост), параметров отклика на управляющее воэдействие(разность температур адсорбента и контрольной дозы инертного вещества. ЬТ; количество удаляемого десорбата G, начальных условий процесса десорбции, температура адсорбента Т и обратная разность температур адсорбента и контрольной дозы инертного вещества (- Ь Т) в предшествующем режиме адсорбции). заданного программой режима приводит к деформации геометрического образа процесса, а степень и темп роста этой деформации от цикла к циклу является мерой тенденций нарастания отклонений контролируемого процесса от нормы.

Сформированную по первому или любому последующему заведомо нормальному циклу работы для каждого из адсорберов совокупность геометрических образов записывают в постоянную память базы данных

13 как эталон нормального состояния адсорбционно-десцрбционного .процесса.

Туда же записывается эталонный образ предотказного состояния технологического процесса, который формируется по тем же параметрам, что и эталон нормального состояния, при наличии характерных неисправностей и отклонений компонент технологического процесса, при которых дальнейшее его ведение невозможно или может привести к тяжелым последствиям.

Образы предоткаэных состояний формируют путем имитации характерных неисправностей и отклонений в процессе и по мере накопления информации при длительной работе системы образ предотказного состояния адсорбционно-десорбционного про5 цесса может корректироваться, в частности, человеком-оператором, с помощью подсистемы образного диалога и вводится в базу знаний 14 взамен прежнего образа предоткаэного состояния.

Сформированный образ текущего состояния, эталоны исправного и предотказного состояния процесса и несколько образов предшествующих контролируемого циклу адсорбция-десорбция поступают "на устройство отобра>кения информации 15.

Далее для всех перечисленных образов по формализованным ключевым признакам автоматически устройством 16 проводится сравнение образов и по развитию их деформации формируется решение по результатам контроля 17, которое используется для коррекции в ту или иную сторону хода адсорбционно-десорбционного процесса. При затруднениях или появлении не формализуемых признаков деформации геометрических образов в образный диалог "операторвЂ”

ЭВМ" вступает человек; следящий за ходом процесса с использованием соответствующих технических средств образного диалога

18 (дисплей, клавиатура пульта, и т.п,). По результатам образного диалога человекомвЂ” оператором принимается решение по результатам контроля, а также корректируются эталонные образы предотказного состояния по мере накопления информации о процессе и эталоны нормального состояния 19, например при изменении характеристик адсорбера после ремонта. В случае необходимости оператор может эатребо2004313

10 вать и получить от системы контроля детальное объяснение логики принятия решения, как это делается в стандартных экспертных системах. Оператор в рамках разрешенных диалоговых конструкций дает ответ или обращается со встречным запросом к базе данных 12 и базе знаний 14. Диалог завершается формированием системой контроля окончательного заключения 17, Описанный диалог длится в среднем не более 2 вЂ” 4 мин, а общее время формирования заключения не превышает 3-5 мин, Периодичность процедуры контроля задается периодичностью циклов адсорбция-десорбция в каждом адсорбере системы очистки, чаще всего вЂ” это соответствует 30-180 мин.

При формировании заключения по результатам образного анализа процесса используются три основных решения:

1) продолжить эксплуатацию в том же режиме (технологический процесс протекает нормально);

2) продолжить эксплуатацию, внести коррекцию в режим адсорбции или десорбции по результатам контроля;

3) прекратить эксплуатацию (дальнейшее ведение процесса недопустимо), Фрагмент визуализации данных контроля технологического адсорбционно-десорбционного процесса представлен на фиг, 4, где четко просматриваются деформации выбранных авторами геометрических образов при нарушениях процесса при длительной многоцикловой работе системы очистки (в данном случае ухудшение вакуумирования десорбера при регенерации изза износа вакуумного насоса).

Описанная процедура образного контроля состояния адсорбционно-десорбционного процесса осуществляется с помощью программного обеспечения графики высокого разрешения для персональных компьютеров (графический стандарт программного обеспечения компьютеров Graphical-Kernel System (GK) и его отечественный аналог), Программное обеспечение системы образного контро- . ля включает в себя ряд ста рдантных модулей программ, таких как; модуль подготовки исходных данных цикла контроля, обеспечивающий формирование исходных параметрических данных для каждо о отдельного геометрического образа; модуль образного контроля, обеспечивающий директорный режим автоматического просмотра дерева решений с обращением в необходимых случаях к оператору для образного сопоставления текущей и эталонной информации; процесса от нормы достигала не менее

0,992, тогда как при использовании обычных методов допускового контроля эта достоверность колебалась от 0,35 до 0,98.

55 (56) Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: Учебник для техникумов 2-е иэд., перераб. и доп. M. Химия, 1985, с. 192.

50 модуль программы корректировки эталонов и просмотра базы данных, Каждый из перечисленных модулей состоит в свою очередь из ряда стандартных подпрограмм, например записи данных в каталог, свертки строки текста в массив елых положительных чисел, вывода формата геометрических фигур, задания вопросов оператору с меню ответов, написанная текста из файла, формирования по дереву обратного просмотра и т.п.

Использование и редлагаемого способа контроля адсорбционно-десорбционного процесса очистки газа по сравнению.с известными способами контроля обеспечивают следующие и реимущества: повышается чувствительность к малым отклонениям в ходе технологического процесса и ранним проявлениям неисправностей или нарушений работы койпонент процесса, что позволяет оценить степень и скорость изменений состояния адсорбционно-десорбционного процесса от цикла к циклу; повышается достоверность способа контроля эа счет эффективного предупреждения ложных сигналов, связанных с отказами отдельных датчиков, ибо в предложенном способе контроля эти отказы легко выявляются из сопоставления геометрических образов в кадре, так как при неизменности ocYaeшейся совокупности образов изменяется вид только того образа, в формировании которого задействован параметр от отказавшего датчика; обеспечивается распознавание трудно выявляемых отклонений в ходе процесса, вызванных отказами устрайств автоматического регулирования; повышается надежность и достоверность контроля за счет снижения требований к точности датчиковой аппаратуры; обеспечивается корректировка хода адсорбционно-десорбционного процесса в сторону улучшения задолго до появления необратимых отклонений в нем, Результаты испытаний системы образного контроля состояния технологического процесса показали, что достоверность распознавания ранних признаков отклонений

2004313

Авторское свидетельство СССР

М 590003, кл. В 01 О 53/02, 1978.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЦИКЛИЧЕСКОГО

АДСОРБЦИОН НО-ДЕСОРБЦИОН НОГО

ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ ПРИМЕ- 10

СЕЙ ПРИ ТЕРМОВАКУУМНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ АДСОРБЕНТА путем измерения и ввода в ЭВМ текущих параметров процесса, включая измерение разности температур s адсорбенте и контрольной дозе инер- 15 тного вещества, помещенного в адсорбент, гази десорбции, отображения информации и сравнения ее с эталонной, отличающийся тем, что контроль осуществляют по совокупности геометрических образов в Миде замкнутых фигур на контрастном фоне, формируемых на отрезке времени нагрева адсорбента при десорбции из разности температур адсорбента и контрольной до25

Авторское свидетельство СССР

N. 1243785, кл. В 01 О 53/02, 1986. зы инертного вещества в режиме десорбции с обратной разностью этих температур в предшествующем режиме адсорбции, разности температур с температурой адсорбента при десорбции, количества выделившегося десорбата с остаточным давлением в адсорбере и линий технологических ограничений по перечисленным параметрам и ограничения на временной интервал стабилизации температуры адсорбента в режиме десорбции, а о начале и скорости изменений хода процесса судят по деформации фигур сформированных текущих образов относительно эталонных образов, сформированных из перечисленных выше параметров в исходном и предотказном состояниях процесса и линий ограничений для нескольких последова-тельных циклов адсорбция-десорбция.

2004313

i .

° а

f4, Л»:, f » »«

Составитель IO.×åêoâ

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор М. Кул ь

Редактор Г.Мельникова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

Заказ 3366

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