СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫРАВНИВАНИЯ ТЕМПЕРАТУР В ГРУППАХ ИЗ ТРЕХ РЕГЕНЕРАТОРОВ Российский патент 2002 года по МПК F28F27/00 

Изобретение относится к регулированию режима теплообменных аппаратов, работающих в цикличном режиме с переключением потоков, и может быть использовано для стабилизации температуры переключения регенераторов установок разделения газовых смесей методом глубокого охлаждения.

Известен способ автоматического выравнивания температур, в группах из трех регенераторов при постоянном периоде продувки путем сдвига двух моментов переключений на 1/3 от величины рассогласования температур (середин) задающего и сравниваемого регенераторов в сторону опережения или запаздывания в зависимости от знака рассогласования [авт.св. СССР 355971, кл. В 01 D 53/00, 1971].

Недостатком данного способа является невысокая точность выравнивания температур холодных концов, так как имеется неоднозначность реакций сечений по высоте в середине и у холодного конца на изменение тепловой нагрузки из-за нелинейного характера изменения температуры по высоте регенератора, вследствие чего ухудшаются температурные условия, определяющие незабиваемость регенераторов, меняются их характеристики и растет гидравлическое сопротивление. Кроме того, вымораживание примесей воздуха происходит в средней части по высоте регенератора, возможно обмерзание датчиков температуры, которое приводит к искажению получаемой информации.

Известен способ автоматического выравнивания температур в группах из трех регенераторов при постоянном периоде продувки путем сдвига двух моментов переключений, второй из которых сдвигают на 1/3 от величины рассогласования температур задающего и сравниваемого регенераторов в сторону опережения или запаздывания в зависимости от знака рассогласования, причем первое переключение внутри периода сдвигают от расчетного на 4/9 от вышеуказанных величин, а задающий регенератор переключают в расчетный момент времени, определяющий начало периода, при этом два других, сравниваемых попарно с задающим, - с учетом вышеупомянутых величин сдвигов [авт.св. СССР 900106, кл. F 28 F 27/00, 1982].

Недостатком этого способа является то, что моменты переключений рассчитываются по времени в зависимости от момента начала выбега температуры на холодном конце регенератора. Критерий начала выбега для всех регенераторов неоднозначен, поэтому необходимы дополнительные настройки определения момента начала выбега регенераторов. В случае, когда регенератор очень холодный, выбег температуры на холодном конце данного регенератора не происходит. Кроме этого, при выравнивании температур холодных концов регенераторов используют информацию с предыдущего цикла переключений, без учета изменения тепловых нагрузок в текущем цикле переключений, что может привести к недостоверному выравниванию температуры переключений в группе регенераторов.

Задачей изобретения является повышение эффективности и достоверности выравнивания температур переключения регенераторов, снижение энергозатрат на производство кислорода.

Поставленная задача достигается тем, что в способе автоматического выравнивания температур в группах из трех регенераторов, включающем сдвиг моментов переключений, при постоянном периоде продувки согласно изобретению в текущем цикле в момент переключения фиксируют температуру переключения регенераторов и в следующем цикле переключении оставляют температуру задающего регенератора постоянной, момент первого регулируемого переключения определяют по среднему значению температуры холодных концов трех регенераторов группы с учетом изменения температуры переключения задающего регенератора в текущем цикле, момент второго регулируемого переключения определяют по среднему значению температуры холодных концов трех регенераторов группы с учетом изменения температур переключения задающего и другого регенераторов в текущем цикле переключений.

Технический результат достигнут за счет того, что использование температуры холодного конца в качестве критерия переключения регенераторов дает высокую достоверность, так как измерение температуры происходит в потоке, где исключена возможность обмерзания датчика температуры. Температура переключения регенераторов поддерживалась в пределах -167...-168^oС, с выбегом температуры 3,5. ..4^oС, что обеспечивает уменьшение попадания через регенераторы СО₂ и углеводородов, тем самым улучшая работу ректификационных колонн и снижая удельный расход воздуха на производство кислорода.

На фиг.1 изображена диаграмма изменения температуры холодных концов трех регенераторов одной группы при условии, что регенератор 1 является задающим; на фиг.2 - то же, при условии, что регенератор 2 является задающим; на фиг.3 - то же, при условии, что регенератор 3 является задающим;
Т₁, Т₂, Т₃ - температуры переключения 1, 2, 3 регенераторов соответственно, в текущем цикле переключений;
T₁', T₂', Т₃' - температуры переключения 1, 2, 3 регенераторов в другом цикле переключений;
T₁'', Т₂'', Т₃'' - температуры переключения 1, 2, 3 регенераторов в следующем цикле переключений;
t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, t₆, t₇ - моменты времени переключений.

Расчетный режим работы регенераторов (фиг.1, 2, 3, момент времени t₁) характеризуется переключением потоков в регенераторах группы через равные промежутки времени. Переключением производится поочередная смена прямого потока на обратный по двум регенераторам группы. В группе из трех регенераторов в любой момент периода продувки по двум регенераторам проходит обратный поток, а по одному - прямой. Время обратной продувки в два раза больше, чем время прямой, обусловлено степенью влияния прямого и обратного потоков на температурный режим, которая определяется количеством тепла, передаваемого данным потоком насадке регенератора за единицу времени. Выравнивание величин температур холодных концов регенераторов достигается изменением времени прямой и обратной продувки путем сдвига двух переключений внутри периода продувки от расчетных моментов в нужную сторону при постоянном периоде продувки. При этом сдвиг одного переключения одинаково изменяет продолжительность прямой и обратной продувки двух переключаемых регенераторов.

Пример.

Для автоматического выравнивания температур в группах из трех регенераторов величину температуры регенератора, в котором смену прямого потока на обратный производили в расчетный момент времени, принимали за температуру переключения задающего регенератора и оставляли постоянной в текущем цикле переключений. Момент первого регулируемого переключения внутри периода производили перераспределением имеющегося рассогласования между двумя регенераторами группы в зависимости от выбора задающего регенератора, момент второго регулируемого переключения - то же между двумя регенераторами группы в зависимости от выбора задающего регенератора.

В случае, когда первый регенератор выбирали задающим, то его переключали в расчетные моменты времени. Например, в момент времени t₁ температура переключения 1, 2, 3 регенераторов - см. фиг.1. В момент времени t₂ (фиг.1) температура задающего регенератора оставалась прежней T₁'=T₁. Для момента времени t₃ температуру 1-го регулируемого переключения Т₂' определяли по среднему значению температуры холодных концов трех регенераторов T₂'= (T₁'+T₂+Т₃)/3. Для момента времени t₄ температуру 2-го регулируемого переключения Т₃' определяли по температуре холодных концов трех регенераторов Т₃'= (T₁'+Т₂'+Т₃)/3, причем T₁' и Т₂' - температуры переключения 1-го и 2-го регенераторов из текущего цикла переключений, а Т₃ - температура переключения 3-го регенератора из предшествующего цикла переключений. В связи с тем, что второе автоматическое переключение влияло на температуру переключения задающего регенератора, за счет изменения длительности обратного потока, то температура переключения задающего регенератора была в момент времени t₅ равна T₁''. Температуру первого регулируемого переключения Т₂'' (2-го регенератора) определяли по температуре холодных концов трех регенераторов, в момент времени t₆ температура переключения была равна Т₂''= (T₁''+Т₂'+Т₃')/3, причем Т₂'' - температура задающего регенератора в текущем цикле переключений, а Т₂' и Т₃' - температуры переключений 2-го и 3-го регенераторов из предыдущего цикла переключений. Температуру 2-го регулируемого переключения Т₃'' (3-го регенератора) определяли по температуре холодных концов трех регенераторов, в момент времени t₇ была равна Т₃''= (T₁''+Т₂''+Т₃')/3, где T₁'' и Т₂'' - температуры переключений регенераторов в текущем цикле переключений, а Т₃' - температура переключения регенератора из предыдущего цикла переключений.

Температура переключения первого регенератора (фиг. 1) T₁=-168,5^oС, первый регенератор являлся задающим, температура переключения второго регенератора Т₂= -167,0^oС, температура переключения третьего регенератора Т₃= -167,5^oC, температура переключения второго регенератора в момент времени t₃ равна
Т₂'=(-168,5+(-167,0)+(-167,5))/3=-167,6^oС,
а температура переключения третьего регенератора, с учетом Т₂' в момент времени t₄ равна
Т₃'=(-168,5+(Т₂')+(-167,5))/3=-167,8^oС.

Аналогично, производили переключения в группе из трех регенераторов, когда задающим являлся регенератор 2 (фиг.2) или когда задающим являлся регенератор 3 (фиг.3). Таким образом, температуры переключений регенераторов выравнивались. А использование значений температуры холодного конца регенераторов для определения момента переключения обеспечивает высокую точность и достоверность, что подтверждено актом промышленных испытаний.

Заявляемый способ промышленно применим в системах управления тепловым режимом установок разделения газовых смесей методом глубокого охлаждения КАР-30, в частности на блоках разделения воздуха ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат".

Использование: изобретение относится к регулированию режима теплообменных аппаратов, работающих в цикличном режиме с переключением потоков, и может быть использовано для стабилизации температуры переключения регенераторов установок разделения газовых смесей методом глубокого охлаждения. Сущность: в способе автоматического выравнивания температур переключения в группах из трех регенераторов путем сдвига моментов переключений при постоянном периоде продувки в текущем цикле в момент переключений фиксируют температуру переключения регенераторов и в следующем цикле переключений оставляют температуру задающего регенератора постоянной, если третий регенератор задающий, момент первого регулируемого переключения определяют по среднему значению температуры холодных концов трех регенераторов группы с учетом изменения температуры переключения задающего регенератора в текущем цикле, если первый регенератор группы является задающим, момент второго регулируемого переключения определяют по среднему значению температуры холодных концов трех регенераторов группы с учетом температур переключения задающего и другого регенераторов в текущем цикле переключений. Такой способ позволит повысить эффективность и достоверность выравнивания температур переключения регенераторов и снизить энергозатраты на производство кислорода. 3 ил.

Способ автоматического выравнивая температур в группах из трех регенераторов, включающий сдвиг моментов переключений при постоянном периоде продувки, отличающийся тем, что в текущем цикле в момент переключения фиксируют температуру переключения регенераторов и в следующем цикле переключений оставляют температуру задающего регенератора постоянной, причем момент первого регулируемого переключения определяют по среднему значению температуры холодных концов трех регенераторов группы с учетом изменения температуры переключения задающего регенератора в текущем цикле, а момент второго регулируемого переключения определяют по среднему значению температуры холодных концов трех регенераторов группы с учетом изменения температур переключения задающего и другого регенераторов в текущем цикле переключений.