Способ управления тепло-массообменным процессом

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (61) Дополнительное к авт. свид-ву 654263 (22) Заявлено 02.09.81 (21) 3337161/23-26 (5l) М. Кл.

В 01 D 3/42

В 01 D 53/14 с присоединением заявки №вЂ”.Гасударстееллмй кемлтет

СССР (23) Приор итетвЂ

Опубликовано 23.12.82. Бюллетень № 47 (53) УДК 66.012-52 (088.8) IIo делам лаобретеикй и етлрмтий

Дата опубликования описания 28.12.82

Ю. И. Дубров,- В;К. Тарханов, Л. А. Красив и, .И. Г. Ханин (72) Авторы. изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫМ

ПРОЦЕССОМ

Изобретение относится к способам автоматического управления процессами тепломассообмена, применяемым в неорганической химии, в частности в управлении ректификацией, абсорбцией, в коксохимической, химической, нефтехимической, пищевой промышленностях, а также может быть применено в автоматических системах управления, служащих для выбора оптимальных режимов работы сложных-технологических процессов с большим числом переменных, сильно взаимосвязанных между собой.

По основному авт. ca. № 654263 известен способ управления тепломассообменным процессом, в котором при регулировании угла, образованного даже при совместном транспорте газа первой и концевой ступеней сепарации, может выпадать до 200 кг конденсата из 1000 м газа.

Однако выпадение углеводородных конденсатов в газопроводах создает ряд серьезHblx проблем в работе нефтяной промышленности.

Известно, что газ нефтяных месторождений с целью его утилизации и выработки ценного сырья для нефтехимии подают на переработку на районные газоперерабаты2 вающие заводы (ГПЗ). Если центральный пункт сбора (ЦПС) и ГПЗ расположены на разных площадках, то газ часто приходится транспортировать на весьма значительные расстояния. Однако нефтяной газ содержит большое количество тяжелых углеводородов, которые при транспортировке в результате охлаждения до температуры, равной температуре грунта, выделяются в газопроводе.

Особенно большое количество жидкой фазы выделяется из газов концевых и горячих (после нагрева нефти) ступеней сепарации нефти. Выпадение жидких углеводородов в газопроводе приводит к потере большого количества ценного углеводородного сырья, снижает производительность трубопроводов, приводит к усложнению его обслуживания при выводе жидкой фазы в конденсатосборники. Особой проблемой является при этом утилизация конденсата из сборников.- В связи с затрудненностью доступа к конденсатосборникам конденсат в большинстве слу. чаев сжигают или продувают в атмосферу, что приводит к недопустимым потерям продуктов и загрязнению окружающей средь!.

Несмотря на большие потери углеводородов, снижение бензинового патенцйала

982708

1О

ЗО

4О

3 нефти и производительности газопроводов такие установки применяют в нефтяной промышленности весьма широко.

Известна установка подготовки нефти и газа, которая содержит сепараторы первой, второй, промежуточных и горячей,(концевой) ступеней сепарации нефти, отстойники (печь), электродегйдраторы, а также компрессоры для сжатия газов второй, промежуточных и концевой ступеней сепарации нефти, воздушный холодильник, трехфазный разделитель и трубопроводы холодной и горячей нефти.

Известная установка позволяет решать вопросы подготовки газов концевых и горячих ступеней сепарации нефти с резким сокращением потерь углеводородов. В этой установке охлаждение газа осуществляется в воздушных холодильниках без применения искусственного холода. Это значительно упрощает сооружения, снижает капитальные затраты и эксплуатационные расходы на подготовку газа к транспорту до ГПЗ.

Недостатком установок с применением только воздушных охлаждений является отсутствие стабильности их работы по температуре охлаждения в весенне-летний период года. В это время температура воздуха достаточно велика (20 — 35 С), а температура грунта, особенно весной, низкая (Π— 5 С). Это приводит к тому, что в указанный период года, когда воздушным охлаждением можно добиться температуры газа не ниже 40 С, в газопроводах выделяется при транспорте значительное количество конденсата.

Цель изобретения — интенсификация процесса за счет поддержания оптимальной толщины пленки жидкости на поверхности пластин насадки.

Поставленная цель nостигается тем, что согласно способу управления массообменным процессом, регулирование угла, образованного плоскостью насадки и плоскостью, проходящей через ось продольной щели и ось горизонтальной трубки оросителя, осуществляют с коррек ией по скорости несущего газа.

При этом осуществляют управление технологическим процессом несущего газа по отклонениям концентрации и скорости не- сущего газа от их заданных величин.

С целью сокращения потерь углеводородов при транспорте, сокращения количества газа, сжигаемого в печах для нагрева нефти при ее подготовке, установка содержит сепараторы первой, промежуточных и концевых ступеней, отстойники, электродегидраторы, печи, компрессоры для сжатия газов концевых фаз. Так, например, уменьшение скорости газа, при прочих равных условиях, приводит к увеличению времени контакта жидкость — газ, а значит,,и к более полному извлечению бензольных углеводородов.

Но на пути уменьшения скорости существует предел последней, при котором, начиная с

4 некоторой высоты рабочей части аппарата. состав газа остается неизменным, что означает отсутствие процесса массообмена.

Именно эта минимальная для данной кон= центрации бензольных углеводородов скорость газа и должна приниматься за нижнюю границу интервала изменения скорости газа.

Аналогично, при фиксированной скорости существует два предельных значения концентраций: нижний С1, при котором состав газа по длине рабочей части аппарата остается неизменным, так как содержание бензольных углеводородов ниже «порога чувствительности» механизма диффузионного массообмена; и верхний С2, за пределами которого отбор бензольных углеводородов невыполняется.

На чертеже представлена схема реализации способа управления тепломассообменным процессом.

Ороситель состоит из ряда горизонтальных трубок 1 с продольной щелью 2, которые прилегают вплотную с обеих сторон пластины насадки 3 в верхней части так, что плоскость, проходящая через ось продольной щели и ось горизонтальной трубки, образует с плоскостью насадки острый угол А . С помощью датчиков 4 — 7 измеряются основные параметры входных и выходных потоков: количество входящего в аппарат каменноугольного масла и коксового газа, процентное содержание во входящем и выходящем газе бензол»ных углеводородов и скорость газа.

Способ осуществляется следующим образом.

Сигналы, пропорциональные измеряемым расходам поглотительного масла, несущего газа, его концентрации и скорости, поступают на вторичные приборы 8 — 11 для регистрации. Регулирование расхода поглотительного масла осуществляется изменением расхода масла при помощи исполнительного механизма 12 до тех пор, пока не исчезнет сигнал рассогласования между заданными значением соотнош ния поглотительного масла и газа его текущим значением.

Сигнал, пропорциональный изменению расхода поглотительн.)го масла, с регулятора 8 поступает на блок 13, где он умножается на постоянный коэффициент К и поступает на исполнительный механизм 14.

Сигнал, пропорциональный изменению скорости газа, с вторичного прибора 11 поступает на блок 15 памяти, где производится вычисление величины корректировки угла поворота оросите.чя как функции скорости газового потока и данная величина также поступает на блок 13, где формируется управляющий сигнал коррекции.

Сигнал, пропорциональный изменению концентрации газа, поступает со вторичного прибора 10 на пороговый элемент 16, где

982708

6 ние ширины смоченной поверхности к средней толщине пленки.

На блоке 31 производится сравнение полученного результата с заданными значе.ниями. Если в результате сравнения сигнала с блока 30 с некоторыми заданными значениями на блоке 31 появляется сигнал, показывающий, что данное значение .меньше заданного значения, на исполнительный механизм 14 поступает сигнал с блока 32, и ороситель 1 поворачивается вокруг своей

10 оси так, что угол, образованный плоскостью насадки и плоскостью, проходящей через ось продольной щели и ось горизонтальной трубки оросителя, соответственно изменяется.

Учет скорости газа при коррекции угла, образованного плоскостью насадки и плоскостью, проходящей через ось продольной щели и ось горизонтальной трубки оросителя, гарантирует оптимальные условия формирования и дальнейшего существования

20 пленки жидкости на поверхности насадки.

Выбор оптимальных значений параметров технологического процесса получения несущего газа по отклонению концентрации и скорости этого газа от заданных допустимых интервалов их значений способствует повышению эффективности и экономичности процесса.

Предлагаемый способ управления обеспечит экономический эффект порядка 30 тыс. руб. с одного тепломассообменного аппарата в год. формула изобретения

5 установлен интервал оптимальных значений концентрации несущего газа.

Сигнал, пропорциональный скорости га за, поступает на пороговый элемент 17, где установлен интервал допустимых значений скорости несущего газа.

С пороговых элементов 16 и 17 сигналь (0,1) поступают на элемент ИЛИ 18, выход которого связан с вычислительным устрой ством 19.

Присутствие на входе элемента ИЛИ 18 хотя бы одного сигнала, равного 1, приводит к тому, что на выходе последнего появится сигнал, включающий в работу вычислитель ное устройство 19.

Вычислительное устройство 19 может представлять собой набор элементов памя ти, в которых записаны мажоритарные урав нения, устанавливающие соответствие, на пример, процентного содержания бензоль ных углеводородов в коксовом газе у,,...у„ от состава, помола и качества угольных шихт, а также от теплового режима про цесса коксования х„.,х,п.

Сигнал, характеризующий изменение сос тава, помола и качества угольной шихты поступает на блок 20 управления, где он оценивается, корректируется и трансформи рованный поступает на исполнительный ор ган 21, а затем на технологический про цесс 22.

Управление изменением толщины пленки жидкости на поверхности насадки и увели чение смоченной поверхности в зависимос ти от изменения случайным образом вязкости и плотности оросительного масла осуществляется следующим образом.

Сигнал, пропорциональный изменению толщины пленки, с датчиков 23 поступает на командный электрический прибор (КЭП)

24, который предназначен для подключения очередного датчика и измерительной схемы.

После КЭП сигнал поступает на мост 25 емкостей, где производится непосредственное измерение емкости. Сигнал рассогласования моста, пропорциональный измеренной емкости, поступает на усилитель 26 мощности и на самопищущий прибор 27, Одновременно данный сигнал поступает на блок 28, где вычисляется среднее значение толщины пленки в контролируемой области, и на блок 29, где вычисляется ширина смоченной поверхности в контролируемой области; после чего данные сигналы поступают на блок .30, где вычисляется отноше1. Способ управления тепломассообменным процессом по авт. св. № 654263. отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет поддержания оптимальной толщины пленки жидкости на поверхности пластин насадки, регулирование угла, образованного плоскостью насадки и плоскостью, 40 проходящей через ось продольной щели и ось горизонтальной трубки оросителя, осуществляют с коррекцией по скорости несущего газа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют управление технологическим процессом получения несущего газа по отклонениям концентрации и скорости несущего газа от их заданных допустимых значений.

982708

Составитель Т. Чулкова

Редактор В. Иванова Техред И. Верес Корректор Г. Решетник

Заказ 9771/9 Тираж 734 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва; Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4