СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПУСКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК С БЫСТРОТЕКУЩИМИ ПРОЦЕССАМИ Российский патент 2005 года по МПК C01D7/00 B01D1/30 B01J2/00 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации процесса пуска установок, в которых протекают быстротекущие технологические процессы. Изобретение может быть использовано также на других технологических установках, где требуется точное выдерживание соотношений исходных компонентов в процессе пуска данных установок.

Цель изобретения - автоматизация процесса пуска технологических установок с быстротекущими процессами.

Технический результат при использовании изобретения выражается в максимальном обеспечении безопасности процесса в момент пуска установок.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что пуск осуществляется по заданному алгоритму с помощью контроллера, выполненного на базе микропроцессорной техники: устанавливают с помощью регуляторов расхода заданные расходы компонентов по пусковым трубопроводам в реактор, или на свечу, или на санитарную систему, переводят регуляторы расхода в автоматический режим, после чего осуществляют подачу потоков компонентов с помощью клапанов-отсекателей, управляемых контроллером, причем в момент подачи компонентов в пусковых трубопроводах создают условия, имитирующие гидродинамический режим установки.

Например, на установке выпаривания каустической соды (по патенту №2137714), осуществляемого в выпарных аппаратах контактного типа, снабженных многосопловой короткофакельной водород-кислородной горелкой. Аппараты данного типа имеют особенность, которая заключается в том, что пуск осуществляется на расходах компонентов, близких к номинальным. Время непосредственно розжига и вывода на номинальный режим собственно горелки исчисляется секундами. Подача компонентов в горелку (водорода, кислорода, балластировочной воды) должна производиться практически одновременно, причем при строго заданных соотношениях, а в момент начала подачи их в горелку отклонения от заданного соотношения более чем на 3-5% не допускается.

Исходя из вышеприведенных требований, пуск данной установки в ручном режиме весьма затруднителен и небезопасен.

На фиг.1 изображена принципиальная схема системы управления процессом пуска контактного выпарного аппарата, применяемого для выпарки каустической соды, реализующая предлагаемый способ. На фиг.1 представлены: 1 - контактный выпарной аппарат; 2 - горелка; 3 - штуцер; 4 - штуцер; 5 - насос; 6 - емкость; 7 - пилот-горелка; 8 - датчик наличия пламени основной горелки; 9 - защитно-запальное устройство (ЗЗУ); 10 - датчик расхода; 11 - исполнительный механизм-клапан; 12 - регулятор; 13 - калибровочная шайба; 14 - клапаны-отсекатели; 15 - клапаны-отсекатели; 16 - пусковой трубопровод; 17 - клапаны-отсекатели; 18 - устройства, в данном случае - калиброванные шайбы, с помощью которых создаются условия, имитирующие гидродинамический режим выпарного аппарата; 19 - контроллер;

Выпаривание каустической соды осуществляют в выпарном аппарате 1 за счет непосредственного контакта раствора каустической соды с продуктами сгорания, поступающими из горелки 2, установленной в верхней части выпарного аппарата 1. Раствор каустической соды подают в верхнюю часть выпарного аппарата 1 под горелкой 2. Упаренную каустическую соду (плав) выводят из нижней части выпарного аппарата 1 через штуцер 3, пары воды выводят из верхней части выпарного аппарата 1 через штуцер 4. К горелке 2 подводят водород, кислород и балластировочную воду. Балластировочную воду подают в две точки горелки 2 насосом 5 из емкости 6. Балластировочная вода выполняет две функции - охлаждает элементы горелки 2 и снижает температуру факела до требуемой величины. Горелка 2 снабжена пилот-горелкой 7, служащей для розжига основной горелки, к которой также подведен водород и кислород, и датчиком 8 наличия пламени в горелке 2. Пилот-горелка, в свою очередь, снабжена защитно-запальным устройством (ЗЗУ) 9. На трубопроводах подачи водорода, кислорода, балластировочной воды в горелку 2, а также раствора каустической соды в выпарной аппарат установлены системы регулирования расхода, включающие в себя датчик расхода 10, исполнительный механизм - клапан 11 и регулятор 12. На трубопроводах подачи водорода и кислорода к пилот-горелке 7 установлены калиброванные шайбы 13. На трубопроводах водорода, кислорода, балластировочной воды непосредственно перед входом в горелку 2 и пилот-горелку 7 установлены клапаны-отсекатели 14. К трубопроводам водорода и кислорода между клапанами-отсекателями 14 и горелкой 2, пилот-горелкой 7 подведен азот. На трубопроводах азота непосредственно перед врезкой в трубопроводы водорода и кислорода установлены клапаны-отсекатели 15. В трубопроводы водорода, кислорода и балластировочной воды между клапанами 11 и клапанами-отсекателями 14 выполнена врезка пусковых трубопроводов 16, снабженных клапанами-отсекателями 17 и устройствами 18 в виде калибровочной шайбы, с помощью которых создаются условия, имитирующие гидродинамический режим выпарного аппарата 1. Сброс водорода и кислорода из пусковых трубопроводов осуществляют на свечу, сброс балластировочной воды из пускового трубопровода 16 осуществляют в емкость 6. Управление клапанами-отсекателями 14, 15, 17, поддержание заданного соотношения водород/кислород/балластировочная вода, реализация программы пуска и поддержания заданного технологического режима, управление системой противоаварийной защиты производится контроллером 19, выполненным на базе микропроцессорной техники. Регуляторы 12 так же реализованы в составе контроллера 19.

Пуск выпарного аппарата осуществляется следующим образом.

В соответствующей последовательности по команде оператора открывают клапаны-отсекатели 17, производят подачу раствора каустической соды в выпарной аппарат 1, открывают подачу водорода и кислорода по пусковым трубопроводам на свечу, включают насос 5 и открывают подачу воды по пусковому трубопроводу 16 в емкость 6, устанавливают заданные расходы раствора каустической соды, водорода, кислорода, балластировочной воды и регуляторы 12 переводят в режим автоматического регулирования. После выполнения вышеназванных предварительных операций оператор дает команду контроллеру 19 на проверку выполнения заложенных в программе пуска условий. При выполнении всех условий контроллер 19 выдает разрешение на продолжение операций по пуску и оператор выдает команду на розжиг горелки. Дальнейшие операции производятся в автоматическом режиме в соответствии с заданным алгоритмом пуска в следующем порядке: открываются клапаны-отсекатели 15 и в течение заданного времени по трубопроводам водорода и кислорода, подходящим к горелке, продувается азотом выпарной аппарат 1, одновременно продуваются азотом трубопроводы водорода и кислорода, подходящие к пилот-горелке 7, по окончании продувки открываются клапаны-отсекатели 14 на трубопроводах подачи водорода и кислорода к пилот-горелке 7 и подается высокое напряжение на ЗЗУ 9. После выдачи сигнала от ЗЗУ 9 о наличии пламени в пилот-горелке 7 прекращается подача высокого напряжения к ЗЗУ 9, выдается команда на открытие клапанов-отсекателей 14 на трубопроводах подачи водорода, кислорода и балластировочной воды к горелке 2 и закрытие клапанов-отсекателей 17 на пусковых трубопроводах 16 водорода, кислорода и балластировочной воды. После получения сигнала о наличии пламени в горелке 2 от датчика 8, закрывается клапан-отсекатель 14 на трубопроводе подачи кислорода к пилот-горелке 7, подача водорода к пилот-горелке 7 не прекращается. Благодаря наличию на пусковых трубопроводах 16 устройств 18 в виде калиброванных шайб, с помощью которых создаются условия, имитирующие гидродинамический режим выпарного аппарата 1, в момент перевода подачи водорода, кислорода, балластировочной воды с пусковых трубопроводов 16 в горелку 2 колебания расходов компонентов минимальны и находятся в пределах допуска. На этом пуск установки заканчивается и в дальнейшем, в случае необходимости, корректировка нагрузки или других параметров производится с помощью контроллера 19 по команде оператора. В случае каких-либо отклонений от заданной программы в процессе пуска - отсутствие по истечении заданного времени пламени в пилот-горелке 7 после подачи высокого напряжения на ЗЗУ 9, отсутствие по истечении заданного времени пламени в горелке 2 после подачи на нее кислорода, водорода, балластировочной воды, нарушение соотношения компонентов - пуск автоматически прекращается, при этом закрываются клапаны-отсекатели 14, открываются отсекатели 17, выпарной аппарат 1 продувается азотом.

На фиг.2 изображена принципиальная схема системы управления процессом пуска реактора хлорирования пропилена, реализующая предлагаемый способ.

Хлорирование пропилена производят в реакторе 20. На входе в реактор установлен смеситель хлора и пропилена 21. На трубопроводах подачи пропилена и хлора в смеситель 21 установлены системы регулирования расходов, включающие в себя датчик расхода 10, исполнительный механизм-клапан 11, регулятор 12. На трубопроводе подачи хлора в смеситель 21 после клапана 11 установлен клапан-отсекатель 14. К трубопроводу хлора между смесителем 21 и клапаном-отсекателем 14 подведен трубопровод азота, на котором установлены два клапана-отсекателя 15. На трубопроводе хлора между клапаном 11 и клапаном-отсекателем 14 выполнена врезка пускового трубопровода 16, на котором установлены клапан-отсекатель 22 и устройство, с помощью которого создаются условия, имитирующие гидродинамический режим смесителя 21, состоящее из датчика давления 23, исполнительного механизма-клапана 24, регулятора давления 25. На трубопроводе азота между клапанами-отсекателями 15 врезан трубопровод 26 сброса азота на санитарную колонну, на котором установлен клапан-отсекатель 27. В трубопроводе хлора непосредственно перед смесителем 21 производят замер давления с помощью датчика 28. Управление клапанами-отсекателями 14, 15, 22, 27, поддержание заданного соотношения пропилен/хлор, реализация программы пуска и поддержания заданного технологического режима, управление системой противоаварийной защиты производится контроллером 19, выполненным на базе микропроцессорной техники. Регуляторы 12, 25 так же реализованы в составе контроллера 16.

Пуск реактора хлорирования пропилена 20 осуществляется следующим образом.

Исходное состояние системы: закрыты клапаны 11, 14 на трубопроводах подачи пропилена и хлора в смеситель, закрыты клапаны 15 на трубопроводе подачи азота в трубопровод хлора, открыты клапаны 22, 24 на пусковом трубопроводе 16 и клапан 27 на трубопроводе 26 сброса азота на санитарную колонну. Оператор устанавливает требуемый расход пропилена в смеситель 21 и переводит регулятор расхода пропилена 12 в режим автоматического регулирования, после чего контроллер 19 выдает разрешение на проведение дальнейших операций по пуску. Оператор открывает клапан 11 на трубопроводе хлора, устанавливает расход хлора на санитарный скруббер, переводит регулятор 12 расхода хлора в режим автоматического регулирования и дает команду контроллеру 19 на подачу хлора в смеситель 21. Дальнейшие операции идут в автоматическом режиме. Контроллер 19 с помощью устройства, создающего условия, имитирующие гидродинамический режим установки, устанавливает давление хлора перед клапаном 14 равным давлению перед смесителем 21, замер которого производится датчиком 28. Затем закрывает клапан-отсекатель 27 и открывает клапаны-отсекатели 15 на трубопроводе подачи азота в трубопровод хлора перед смесителем 21, и в течение нескольких секунд (время задается алгоритмом пуска) проводит продувку трубопровода хлора азотом. Подачу хлора переводит с санитарного скруббера в смеситель 21, для чего одновременно закрывает клапан-отсекатель 22 и открывает клапан-отсекатель 14. Через несколько секунд (задается алгоритмом пуска) прекращается подача азота в линию хлора, для чего закрываются клапаны-отсекатели 15 и открывается клапан-отсекатель 27. Одновременно производится корректировка расхода хлора в соответсвии с заданным соотношением пропилен/хлор.

На фиг.3 изображена принципиальная схема системы управления процессом пуска реактора оксихлорирования этилена, реализующая предлагаемый способ автоматического пуска.

Оксихлорирование этилена осуществляется в реакторе 1 в "кипящем" слое катализатора под давлением 2-4 ати. Сырье - этилен, хлористый водород, кислород в заданном соотношении, а также циркуляционные газы двумя потоками подают в нижнюю часть реактора 1. Перед подачей в реактор сырье и циркуляционные газы подогревают паром в подогревателях 29. На трубопроводах этилена, кислорода, хлористого водорода перед подогревателями 29 установлены системы регулирования расходов, включающие в себя датчик расхода 10, исполнительный механизм-клапан 11, регулятор 12, а на трубопроводе циркуляционных газов установлен датчик расхода 10. На трубопроводах этилена, кислорода, хлористого водорода перед входом в реактор 1 установлены клапаны-отсекатели 14, а между клапанами-отсекателями 14 и подогревателями 29 врезаны пусковые трубопроводы 16, на которых установлены устройства, имитирующие гидродинамический режим реактора 1, состоящие из датчиков давления 23 в трубопроводах между подогревателями 29 и клапанами-отсекателями 14, регуляторов давления 25 и запорно-регулирующих клапанов 24. Сброс этилена и кислорода с пусковых трубопроводов 16 осуществляется в атмосферу, а хлористого водорода - на санитарную колонну. В трубопроводах ввода сырья в реактор 1 между клапанами-отсекателями 14 и реактором 1 производится замер давления с помощью датчиков 28. Управление клапанами-отсекателями 14, поддержание заданного соотношения хлористый водород/кислород/этилен, реализация программы пуска и поддержания заданного технологического режима, управление системой противоаварийной защиты производится контроллером 19, выполненным на базе микропроцессорной техники. Регуляторы 12, 25 так же реализованы в составе контроллера 19. На трубопроводе реакционных газов, выходящих из реактора 1, установлен автоматический газоанализатор 30.

Пуск реактора оксихлорирования этилена 1 осуществляется следующим образом.

Исходное состояние системы: в реактор 1 подают подогретые в подогревателе 29 циркуляционные газы, клапаны-отсекатели 14 и клапаны 11 на трубопроводах этилена, кислорода и хлористого водорода закрыты, запорно-регулирующие клапаны 24 на пусковых трубопроводах открыты. Оператор открывает клапаны 11, устанавливает заданные расходы этилена, кислорода, хлористого водорода, открывает подачу пара в подогреватели 29, переводит регуляторы 12 в режим автоматического регулирования и дает команду контроллеру 19 на пуск реактора оксихлорирования 1. Дальнейшие операции идут в автоматическом режиме. Контроллер 19 с помощью устройств, имитирующих гидродинамический режим реактора, устанавливает давление в трубопроводах этилена, кислорода, хлористого водорода между подогревателями 29 и клапанами-отсекателями 14 равным давлению на входе в реактор 1, замеряемого датчиками 28, при необходимости производится коррекция соотношения расходов этилен/кислород/хлористый водород. При соблюдении всех заданных условий производится подача сырья в реактор 1 в следующей последовательности: подается этилен, для чего одновременно открывается клапан-отсекатель 14 на трубопроводе подачи этилена в реактор 1 и закрывается запорно-регулирующий клапан 24 на пусковом трубопроводе этилена 16. После достижения концентрации этилена на выходе из реактора 1 10-15% (определяется с помощью автоматического газоанализатора 30) производится подача хлористого водорода в реактор 1, для чего одновременно открывается клапан-отсекатель 14 на трубопроводе подачи хлористого водорода в реактор 1 и закрывается запорно-регулирующий клапан 24 на пусковом трубопроводе хлористого водорода. Через 5-10 сек. в реактор 1 подается кислород, для чего одновременно открывается клапан-отсекатель 14 на трубопроводе подачи кислорода в реактор 1 и закрывается запорно-регулирующий клапан 24 на пусковом трубопроводе.

На фиг.4 изображена принципиальная схема системы управления процессом пуска установки получения гранулированного хлористого кальция, реализующая предлагаемый способ.

Гранулированный хлористый кальций получают путем упарки концентрированного водного раствора хлористого кальция в аппарате (сушилке) кипящего слоя 31. Раствор хлористого кальция из емкости 32 насосом 33 подают в середину конусной части аппарата кипящего слоя (далее в тексте - АКС) 1, в нижнюю часть которого подают дымовые газы. Дымовые газы получают сжиганием топливного газа в генераторе дымовых газов 34, снабженного газовоздушной горелкой 35. Воздух на горение топливного газа и на охлаждение дымовых газов до требуемой температуры подается газодувкой 36. На трубопроводах раствора хлористого кальция перед АКС 1 и топливного газа перед горелкой 35 установлены последовательно системы регулирования расходов, состоящие из датчиков расхода 10, исполнительного механизма-клапана 11, регулятора 12, и клапана-отсекателя 14.

На трубопроводах раствора хлористого кальция и топливного газа между клапанами 11 и клапанами-отсекателями 14 врезаны пусковые трубопроводы 16, на которых установлены клапаны-отсекатели 17. На пусковом трубопроводе топливного газа дополнительно смонтирована калиброванная шайба 18. Диаметр калиброванной шайбы 18 подобран таким образом, чтобы при расходе газа через нее, равного требуемому для пуска горелки 35 расходу, перепад давления на ней был равен перепаду давления на горелке 35 при тех же расходах топливного газа. Сброс топливного газа с пускового трубопровода осуществляется в атмосферу, сброс раствора хлористого кальция с пускового трубопровода осуществляется в емкость 32. Для предотвращения забивки в момент пуска и остановки установки в трубопровод раствора хлористого кальция между АКС 1 и клапаном-отсекателем 14 подается воздух, на трубопроводе которого смонтирован клапан-отсекатель 15. Горелка 35 снабжена защитно-запальным устройством, состоящим из пилот-горелки 37 со встроенными датчиком наличия пламени пилот-горелки и элекросвечой зажигания, блока управления 38 и клапана-отсекателя 39, установленного на трубопроводе подвода топливного газа к пилот-горелке 37. Наличие пламени основной горелки 35 контролируется фотоэлементом 40. Температура газов на выходе из генератора дымовых газов и температура выходящих из АКС 1 газов замеряется датчиками 41. Управление клапанами-отсекателями 17, 15, реализация программы пуска и поддержания заданного технологического режима, управление системой противоаварийной защиты производится контроллером 19, выполненным на базе микропроцессорной техники. Регуляторы 12 также реализованы в составе контроллера 19.

Пуск установки получения гранулированного хлористого кальция производится следующим способом.

Исходное состояние системы: клапаны-отсекатели 14, 39 и клапан 11 на трубопроводах топливного газа и раствора хлористого кальция закрыты, клапаны-отсекатели 17 на пусковых трубопроводах открыты, открыт клапан-отсекатель 15 на трубопроводе подачи воздуха в трубопровод хлористого кальция в АКС 31. Газодувка 36 работает, для создания "кипящего слоя" в АКС 31 загружен гранулированный хлористый кальций. Оператор запускает насос 33, открывает клапан 11 на трубопроводе раствора хлористого кальция, устанавливает необходимый расход и переводит регулятор расхода раствора хлористого кальция 12 в режим автоматического регулирования, открывает клапан 11 на трубопроводе топливного газа, устанавливает необходимый для пуска расход топливного газа и переводит регулятор расхода топливного газа 12 в режим автоматического регулирования. Затем оператор дает контроллеру 19 команду на пуск установки и дальнейшие операции идут в автоматическом режиме. Контроллером выдается команда на розжиг пилот-горелки 37, при этом открывается клапан-отсекатель 39 на трубопроводе подачи топливного газа к пилот-горелке 37 и подается напряжение на электросвечу зажигания. После подтверждения наличия пламени пилот-горелки, выдаваемого встроенным датчиком наличия пламени, прекращается подача напряжения на электросвечу, одновременно открывается клапан-отсекатель 14 на трубопроводе топливного газа и закрывается клапан-отсекатель 17 на пусковом трубопроводе топливного газа. После получения сигнала от фотоэлемента 40 о наличии пламени горелки 35 закрывается клапан-отсекатель 39 на трубопроводе подачи топливного газа к пилот-горелке 37 и начинается подъем температуры дымовых газов на выходе из генератора дымовых газов 34, для чего производится соответствующая корректировка расхода топливного газа. Скорость подъема температуры определяется заранее заданной программой. При достижении заданных температур на выходе дымовых газов из генератора дымовых газов 34 и на выходе газов из АКС 31, производится подача раствора хлористого кальция в АКС 31, для чего закрывается клапан-отсекатель 15 на трубопроводе подачи воздуха в трубопровод раствора хлористого кальция, открывается клапан-отсекатель 14 на трубопроводе подачи раствора хлористого кальция в АКС 31 и закрывается клапан-отсекатель 17 на пусковом трубопроводе раствора хлористого кальция.

При пуске в ручном режиме и работе без устройств, создающих условия гидродинамического режима установки в пусковых трубопроводах, на линиях подачи исходных реагентов на установку необходимо иметь определенный расход потоков. Регулирующие клапаны системы расходов в момент пуска занимают определенное положение. В момент переключения потоков с пусковых трубопроводов на установку давление в системе отличается от давления после клапана регулирования расхода. В результате происходит скачок расхода компонентов, при этом эти колебания настолько велики, что системы регулирования не успевают отработать и удержать расход в заданных пределах, следовательно, не соблюдается строгое соотношение подаваемых исходных реагентов на установку - а это является необходимым условием пуска установок с быстротекущими процессами. Таким образом, пуск в ручном режиме значительно сложен и небезопасен.

Использование заявляемого способа автоматического пуска технологических установок с быстротекущими процессами позволит обеспечить максимальную безопасность при пуске.

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано в процессах, где требуется точное выдерживание соотношений исходных компонентов. Автоматический пуск технологических установок осуществляют по заданному алгоритму с помощью контроллера, выполненного на базе микропроцессорной техники. Сначала устанавливают заданные расходы компонентов по пусковым трубопроводам в реактор, на свечу или на санитарную систему с помощью регуляторов расхода. Затем регуляторы расхода переводят в автоматический режим. После этого подают потоки компонентов с помощью клапанов-отсекателей, управляемых контроллером. В момент подачи компонентов в пусковых трубопроводах создают условия, имитирующие гидродинамический режим установки. Изобретение позволяет обеспечить безопасность процесса в момент пуска установки. 4 ил.

Способ автоматического пуска технологических установок с быстротекущими процессами, содержащих системы регулирования технологических параметров, включающие в себя датчики, исполнительные механизмы - клапаны и регуляторы расхода, а также клапаны-отсекатели, заключающийся в том, что пуск осуществляется по заданному алгоритму с помощью контроллера, выполненного на базе микропроцессорной техники: устанавливают с помощью регуляторов расхода заданные расходы компонентов по пусковым трубопроводам в реактор, или на свечу, или на санитарную систему, переводят регуляторы расхода в автоматический режим, после чего осуществляют подачу потоков компонентов с помощью клапанов-отсекателей, управляемых контроллером, причем в момент подачи компонентов в пусковых трубопроводах создают условия, имитирующие гидродинамический режим установки.