Система автоматического регулирования давления в ректификационной колонне

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >971394 хф 4 (61) Дополнительное к авт. сви 1-ву(22) Заявлено 1 .OEi81 (21) 3300491/23-26

151) М.Кп з

В 01 D 3/42 с присоединением заявки ¹â€”

f оеiаарственнл и книи(еI

СС(:P

ИО «е там И.30llpclt íиа и лтнр лтий (23) Приоритет{53) УДК6 б . 012 — 5 2 (088.8) Опубликовано 07. . 1ч2. Бюллетень М9 41

Дата опубликования описания07.11.82

Р

В.В. Покровский, В.И.Замский, И.Н.Терюшов, f(f,A.ÊôÙ2ðð, Ю.Л.Павлов, Н.Н.Рено и В.А.Филипгифа (1 r: 1

" е Т1т0. /

1

° 1 1

"- "-» . (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) CHCTEMA АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ

В РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЕ

Изобретение относится к системам автоматического регулирования режимов работы ректификационных колонн с конденсатором (дефлегматором ) воздушного охлаждения и концевым конденсатором с водяным охлаждением и Может найти применение при автоматизации процессов ректификации в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Известна система автоматического регулирования давления в ректификационной колонне, содержащая датчик расхода охлаждающей воды в конденсатор, регулятор расхода и исполнительный механизм, установленный на трубопроводе подачи охлаждающей воды в конденсатор, датчик и регулятор давления в ректификационной колонне, выход которого связан с входом ре— гулятора расхода продукта f1).

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система автоматического регулирования давления в ректификационной колонне с конденсатором воздушного охлаждения (КВО) и концевым конденсатором с водяным охлаждением, содержащая датчики регулятор давления, исполнительный механизм, установленный на трубопроводе подачи охлаждающей воды в концевой конденсатор, датчик расхода охлаждающей воды, блок дискретного управления, вход которого соединен с выходом датчика расхода, а юисоды — с электродвигателями вентиляторов KBO (2 ).

Однако известная система не обеспечивает инвариантности (независимости) давления в колонне по отношению к изменениям тепловой производительности КВО, возникающим при включении и отключении его вентиляторов, что приводит к большим по амплитуде и длительным по времени колебаниям давления в колонне и, как следствие этого, к снижению качества выходящего из колонны продукта и ухудшению технико-экономических показателей процесса; не обеспечивает инвариантности давления в колонне по отношению к колебаниям температуры и влажности охлаждающего воздуха, влияющим на тепловую производительность КВО и, следовательно, являющимся возмущением для системы регулирования давления в колонне. Регулятор давления, работающий по отклонению, ликвидирует вредное влия30 :ние этих возмущений, однако лишь

971394

15

25 (1)

АДЬО АВо ®В ) ABO ABO ()

g (o)

АЬО = @ABP ®ЕЮ кк кк (Е<р), ()) (z)

<М (4) 65 при наличии рассогласования между действительными и заданными значениями давления в колонне. Это также является причиной возникновения пе-. реходных процессов в системе, особенно ощутимых при резких изменениях погодных условий (осадки, резкое похолодание или потепление и др.) .

Кроме того, система не решает задачи стабилизации расхода охлаждаю|щей воды в концевой конденсатор, от клонение которого от заданного значения является источником возмущений; вызывающих дополнительные колебания давления в ректификационной колонне.

Бель изобретения — улучшение качества продукта за счет увеличения динамической точности и быстродействия системы регулирования давления в ректификацирнной колонне.

Указанная цель достигается тем, что в известную систему автоматического регулирования давления в рек. тификационной колонне с КВО и концевым конденсатором с водяным охлаждением, содержащую датчик и регулятор давления, исполнительный механизм,. установленный на трубопроводе подачи охлаждающей воды в концевой конденсатор, датчик расхода охлаждающей воды, блок дискретного управления, вход которого соединен с выходом датчиков

30 расхода,а выходы — с электродвигателями вентиляторов КВО, введены регулятор расхода охлаждающей воды в Ф концевой конденсатор, подключенный к исполнительному механизму на трубо- З5 проводе подачи охлаждающей воды, датчики температуры и влажности охлаждающего воздуха, вычислительный блок, один вход которого связан с блоком дискретного управления, а другие вхо- 40 ды — с выходами датчиков температуры и влажности охлаждающего воздуха и с выходом датчика расхода охлаждающей воды, динамический компенсатор,вход которого связан с выходом вычисли- 45 тельного блока, и сумматор, один вход которого соединен с выходом регулятора давления, другой — с выходом динамического компенсатора, а выход сумматора подключен к входу регулятора расхода охлаждающей воды.

На чертеже дана принципиальная схема системы автоматического регулирования давления в ректификационной колонне.

Система включае объект регулирования, состоящий из ректификациочной колонны 1, конденсатора воздушного охлаждения (I(BO ) 2, представляющего собой группу параллельно работающих аппаратов воздушного охлаждения АВО и концевого конденсатора 3 с водяным охлаждением, электродвигатели 4 вентиляторов KBO 2, датчик давления 5 в ректификационной колонне, регулятор давления 6; датчик расхода 7 охлаждающей воды; регулятор расхода

8, исполнительный механизм 9; блок дискретного управления 10; вычислительныи блок 11; динамический компенсатор 12; сумматор 13; датчик температуры 14 и датчик влажности 15 охлаждающего воздуха.

Вычислительный блок 11 и динамический компенсатор 12 образуют корректирующую цепь, предназначенную для обеспечения инвариантности давления в колонне 1 по отношению к изменениям тепловой производительности KBO

2, возникающим при включении и отключении его вентиляторов, а также по оТношению к колебаниям температуры и влажности охлаждающего воздуха, с целью улучшения качества регулирования давления.

Применение регулятора расхода 8 позволяет компенсировать возмущения по расходу охлаждающей воды в концевой конденсатор 3 и тем самым сделать работу системы более стабильной.

Система автоматического регулирования давления работает следующим образом.

Для сохранения заданной величины давления Р в ректификационной колонне 1 при колебаниях параметров окружающего воздуха, влияющих на тепловую производительность КВО 2, и постоянстве количества тепла, подводимого к конденсаторам 2 и 3 из колонны 1 с парами, необходимо обеспечить постоянство количества отбираемого тепла в конденсаторах 2 и 3.

Это осуществляется с помощью вычис— лительного блока 11 на основе использования математических моделей конденсаторов 2 и 3, заложенных в вычислительный блок в виде зависимостей где Яф Я д Ц„ -количество тепла, отводимое с одного ABO при двух включенных вентиляторах, одном включенном вентиляторе и при неработающих вентиляторах соответственно, Якк — количество тепла, отводимое в концевом конденсаторе 3 с водяным охлаждением, 9 g — температура и влажность охлаждающего воздуха, расход охлаждающей воды в концевой конденсатор 3.

Зависимости (1 — 4) могут быть получены путем математического моделирования статических режимов конденсаторов ректификационных колонн и уточнены на действующих объектах.

ИнФормация о температуре и влажнос971 394 ти охлаждающего воздуха, а также расходе охлаждающей воды через концевой конденсатор поступает в вычислительный блок с датчиков 14, 15 и 7; информация о количестве ЛВО, работающих с двумя и. одним включенными вентиляторами, а также при отключенных вентиляторах, поступает с блока дискретного управления 10.

Количество тепла, отводимое в конденсаторе воздушного охлаждения 2, определяется по формуле

Якео= „ +и а,к изб

l1 (2) (1) Ф (0) ( где n, n, n> — количество АВО, входя- 15 щих в КВО 2, работающих при данных условиях с двумя включенными вентиляторами, одним включенным вентилятором и при отключенных вентиляторах.

Вычислительный блок 11 может быть 20 реализован средствами цифровой или анадоговой вычислительной техники.Ра-, бота его осуществляется по следующему алгоритму:

Расчет по моделям (1) — (3) текущих тепловых производительностей

АВО °

Расчет текущей тепловой произво дительности КВО по формуле (5).

Вычисление приращения тепловой производительности КВО, имеющего место вследствие изменения температуры и влажности охлаждающего воздуха, от момента, непосредственно следующего эа очередным включением (или отклю- 35 чением) вентилятора КВО, до текущего момента времени. Kso кьо(& ") С)кво(во 10) (6) где Якого(в ) — количество тепла, отво- 40 димого в КВО 2 в текущий момент вре-. мени при температуре 9З и влажности охлаждающего воздуха;Окз (АД,)- количество тепла, отводимое в KBO 2 в момент, непосредственно следующий за 45 подключением (или отключением ) очередного вентилятора, при температуре

ОЭ„ и влажности о охлаждающего воздуха.

Расчет текущей тепловой произ50 водительности концевого конденсатора Цккпо модели (4), Вычисление нового значения тепловой производительности концевого конденсатора Ц иэ условия постоянства количества тепла, отбираемого в конденсаторах 2 и 3: С кк @кк скво ("

Определение приращения расхода охлаждающей водыйбоачерез концевой © конденсатор 3, обеспечивающего изменение его тепловой производительности на величину 0хк =-айкво.

Выдача сигнала на изменение расхода охлаждающей воды на величину 65

AGoa через динамический компенсатор

12 и сумматор 13 в камеру задания регулятора расхода 8.

При медленно меняющихся возмущениях, каковыми являются изменения температуры окружающей среды (охлаждающего воздуха), динамический компенсатор 12 будет выполнять функцию повторителя входного сигнала.

Таким образом, вычислительный блок 11 совместно с регулятором расхода 8 отслеживают изменение тепловой производительности КВО 2 при колебаниях температуры и влажности охлажданк его воздуха воздействием на тепловую производительность концевого конденсатора 3.

Вследствие неточностей математических моделей (1-4) и погрешностей измерительной аппаратуры возможны незначительные отклонения давления в колонне 1 от нормы. Эти отклонения устраняются регулятором давления 6, оказывающим дополнительные воздействия на исполнительный механизм 9 через сумматор

13 и регулятор расхода 8.

При значительных изменениях температуры 9в и влажности V охлаждающего воздуха изменение д 6 кр<> тепловой производительности KBO 2 может быть настолько велико, что с помощью концевого конденсатора З,ввиду его ограниченной мощности, величинудЦ„ скомпенсировать не удасться. кто

В этом случае, при достижении верхнего или нижнего предельных расходов охлаждающей воды через концевой конденсатор 3, блок дискретного управления 10 под действием сигнала от датчика расхода 7 начнет осуществлять подключение (или отключение) очередных вентиляторов КВО в соответ- ствии с заданным алгоритмом.

Вычислительный блок 11, воспринимая информацию от блока дискретного управления 10 о включении (или отключении) очередного вентилятора

KBO 2, а также данные по температуре g> и влажности Q охлаждающего воздуха в момент подключения (или отключения), работает по следующему алгоритму.

Определение по уравнению (5) нового значения тепловой производительности.

Вычисление величиныйЯ кто изменения тепловой производительности КВО вследствие данного подключения(или отключения) вентилятора.

Определение приращения расхода охлаждающей водыА6о0через концевой конденсатор 3, обеспечивающего изменение его тепловой производительности на величину к) . (кео.

971 394

Выдача сигнала на изменение расхода охлаждающей воды на величину

Ь дь,через динамический компенсатор

12 и сумматор 13 в камеру задания регулятора расхода 8.

Динамический компенсатор 12 формирует закон перемещения исполнительного механизма 9 на величину

aGсэ с целью обеспечения инвариантности (независимости) в переходном режиме давления в колонне 1 по отношению к изменению тепловой производительности КВО 2, обусловленному изменением числа работающих вентиляторов.

Ввиду неточностей математических 15 моделей (1 — 4) процесса, погрешностей измерительной аппаратуры и неоптимальности алгоритма динамического компенсатора 12 при подключении и отключении вентиляторов КВО 2() возможны незначительные отклонения давления в колонне 1 от нормы. Зти отклонения устраняются регулятором давления б, оказывающим дополнительное воздействие на исполнительный 25 механизм 9 через сумматор 13 и регулятор расхода 8.

Возмущения по изменению тепловой нагрузки Ор на конденсаторы 2 и 3 подавляются регулятором давления б, у» воспринимающим информации от датчика ,давления 5 об изменении давления в колонне 1 и воздействующим через сумматор 13 и регулятор расхода 8 на исполнительный механизм 9.

При больших изменениях тепловой нагрузки для компенсации возмущающего воздействия может оказаться необходимым изменение числа работающих вентиляторов КВО, которое будет произ- 4() водиться блоком дискретного управления 10 по приведенному выше алгоритму .

Таким образом, как при изменении параметров охлаждающего воздуха, так 45 и изменении тепловой (паровой) нагрузки при достижении исполнительным механизмом 9 крайнего верхнего (нижнего) положения, блок дискретного управления 10 осуществляет подключение (отключение) вентиляторов КВО 2 с целью поддержания тепловой нагрузки на концевой конденсатор 3 в пределах, обеспечивающих эффективную работу системы регулирования по стабилизации давления в колонне 1. При эфом во .избежание возникновения в системе переходного процесса по давлению после подключения (отключения) очередного вентилятора KBO 2 корректирующая цепь, состоящая из вычислительного блока 11 и динамического компенсатора 12, вырабатывает управляющее воздействие C целью уменьшения (увеличения) тепловой производительности концевого конден- 65 сатора 3 на величину, равную изменению тепловой производительности КВО

2 при включении (отключении)вентиляторов. Этим достигается инвариантность (независимость) давления в колонне 1 по отношению к изменениям тепловой производительности КВО 2, возникающим при подключении и отключении его вентиляторов.

Данная система автоматического регулирования давления в ректификационной колонне позволяет осуществить качественную и надежную стабилизацию давления в ректификационной колонне при колебаниях температуры и влажности окружающего воздуха и изменениях паровой нагрузки на колонну.

Зкономический эффект от внедрения данного устройства составит

694,5 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Система автоматического регули— рования давления в ректификационной колонне с конденсатором воздушного охлаждения и концевым конденсатором с водяным охлаждением, содержащая датчик и регулятор давления, исполнительный механизм, установленный на трубопроводе подачи охлаждающей воды в концевой конденсатор, датчик расхода охлаждающей воды, блок дискретного управления, вход которого соединен с выходом датчика расхода, а выходы — с элекродвигателями вентиляторов конденсатора воздушного охлаждения, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества продукта путем увеличения динамической точности и быстродействия системы, в нее введены регулятор расхода охлаждающей воды в концевой конденсатор, подключенный к исполнительному механизму на трубопроводе подачи охлаждающей воды, датчики температуры и влажности охлаждающего воздуха, вычислительный блок, один вход которого связан с блоком дискретного управления, а другие вхо- . ды — c выходами датчиков температуры и влажности охлаждающего воздуха и с выходом датчика расхода охлаждающей воды, динамический компенсатор, вход которого связан с выходом вычислительного блока, и сумматор, один вход которого соединен с выходом регулятора давления„ другой— с выходом динамического компенсатора, а выход сумматора подключен к входу регулятора расхода охлаждающей воды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Прусенко В.С. Многоконтурные пневматические системы автоматичес971394

Составитель Т.ЧулковаРедактор О.Филиппова Техред M.Tåïåð Корректор.И.Ватруыкина

Заказ 8786/14 Тираж 734 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 кого регулирования тепловых процессов . М. -Л., Госэ нер гоиздат, 1963, с. 46.

2. Технический проект. Газофракционируищее производство (ЦГФУ) Тобольского нефтехимического комбината, отделение ГФ-1, ГФ-2, часть

iV -технологическая. Раздел Б-автоматизация технологических процессов.

Новокуйбышевск 1979.