Устройство для автоматической защиты процесса нитрования Советский патент 1985 года по МПК C07B43/02 G05D27/00 

мента И, выход которого связан с пятым входом первого элемента ИЛИ, второй выход третьего блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с вторым входом третьего элемента И и с первым входом десятого элемента И, выход которого связан с третьим входом третьего элемента ИЛИ, третий выход третьего блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с вторым входом шестого элемента И и первым; входом одиннадцатого элемента И. выход которого связан с третьим входом четвертого элемента ИЛИ, четвертый выход третьего блока уставок через-свой фильтр параллельно соединен с вторым входом восьмого элемента И и первым входом двенадцатого элемента И, выход которого связан с третьим входом второго элемента ИЛИ, первый выход,первого блока уставок через свой фильтр параллельно соеди4862

нен с вторыми входами первого и девятого элементов И, второй выход первого блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с вторыми входами седьмого и двенадцатого элементов И, датчики расходов и давленийнитрующего и нитруемого компонентов через свои фильтры параллельно подключены к входам пятого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторыми входами пятого и одиннадцатого элементов И, датчики давления и температуры хладагента через свои фильтры подключены к шестбму и седьмому входам первого элемента ИЛИ, датчик напряжения через свой фильтр параллельно соединен с вторыми входами четвертого и десятого элементов И, а выход второго усилителя мощности через электропневматический дискретный преобразователь связан с клапаном аварийного сброса реакционной массы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПРОЦЕССА НИТРОВАНИЯ в реакторе непрерывного действия с мешалкой, содержащее блоки уставок, датчики давления хладагента, расходов нитрующего и нитруемого компонентов, фильтры, датчик температуры реакционной массы, подключенный к первому блоку уставок, элементы ИЛИ, клапан аварийного сброса реакционной массы и дозировочные насосы, при этом выход первого элемента ИЛИ через первый усилитель мощности подключен к дозировочным насосам, а выход второго элемента ИЛИ связан с вторым усилителем мощности, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, о т л и-ч а ю щ е е с я тем. что, с целью повы шения быстродействия и надежности работы устройства, оно дополнительно содержит датчики электропроводности реакционной массы в нижней и верхней частях реактора, температуры хладагента, напряжения на двигателе мешалки, давлений нитрующего и нитруемого компонентов, элементы И и электропневматический дискретный преобразователь, при этом датчики электропроводности реакционной массы в нижней и верхней частях реактора подключены к входам второго и третьего блоков уставок, первый выход второго блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых связаны с третьим и четвертым входами первого элемента ИЛИ, второй выход второго блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы коО торых связаны с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ, третий {ik выход второго блока уставок через 00 Од свой фильтр параллельно соединен с первыми входами пятого и шестого N9 элементов И, выходы которых связаны с первым и вторЕ 1м входами четвертого элемента ИЛИ, четвертый выход третьего блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, выходы которых связаны с первымси вторым входами второго элемента ИЛИ, первый выход третьего блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с вторым входом второго элемента И и первым входом девятого эле

Изобретение относится к управлению потенциальноопасными процессами хими- ческой технологии и касается, в частности, вопросов автоматической защиты процессов нитрования, сульфирования, хлорирования и других экзотермических процессов, осуществляемых в реакторах непрерывного действия (РИД) полного заполнения и интенсивного перемешивания с целью предотвращения выхода их в область предаварийных и аварийных режимов, которое может найти широкое применение в химической, нефтехимической, лакокрасочной, химико-фармацевтической, витаминной, пнщевой и других специализированных отраслях промьшшенности при синтезе лекарственных препаратов, витаминов полупродуктов,, красителей, лаков и противокоррозионных присадок к топ-f ливу для двигателей внутреннего сгорания. Наличие перемешивания является важнейшим условием, безопасного протекания процесса нитрования. Так как нитрование углеводородов протекает главным образом в кислотном слое, то при прекращении перемешивания и продолжающейся подаче реагентов в реакторе может накопиться большое количество органической фазы и нитрующей смеси, очень медленно реагирующих на границе раздела фаз в силу расслоения реакционной массы. Повторное включение мешалки вызывает быстрое протекание реакции нитрования органической фазы в кислотном слое с бурным выделением большого количества тепла. Охлаждающая система реактора не справляется с отводом такого количества тепла, происходит резкое повышение, температуры реакционной массы, оканчивающееся выбросом, а иногда и ее взрывом. Для реакторов последних разработок , характеризующихся большим значе нием критерия ,Рейнольдса ( 160000)-, при котором обеспечиваются практически безградиентные условия протекания реакции нитрования н тем самым устраняются причины ее дИ1$)фузионного торможения, тепловая нагрузка является возросшей и малейшие нарушения в режи ме перемешивания могут явиться причиной весьма серьезных аварий.

Э

Особое значение поэтому приобретает оперативность контроля за наличием перемешивания. Использование для этих целей тахогенератора оказываетс неэффективным при отрыве лопастей мешалки или поломке ее вала сигнал об отсутствии перемешивания не поступит Существующий:контроль за наличием перемешивания по измерению мощности, потребляемой двигателем мешалки, так же не дает достоверной информации: здесь сказывается большая чувствительность данного параметра к состоянию сальникового уплотнения вала мешалки и правильному выбору установленной мощности двигателя.

Отсутствие перемешивания, как показали экспериментальные исследования, быстрее всего можно определить по скачкообразному приращению электропроводности, происходящему в момен останова мешалки вследствие расслоения реакционной массы на два слоя: верхний - органический и нижний кислотный. При этом энак приращения сигнала по электропроводности зависит от места установки датчика. При его расположении в нижней части реактора и останове -мешалки он оказывается погруженным в кислотный спой и сигнал по электропроводности увеличится, а при расположении его в верхней части и останове мешалки он оказывается погруженным в органический слой, и сигнал по электропроводности уменьшится. Это свойство резкого изменения сигнала по электропроводности в противоположных направлениях можно использовать для. современной и надежной передачи информации о возникновении аварийной ситуации в результате останова мешалки сразу по двум информационным каналам измерения одного и того же параметра реакционной массы в разных зонах реактора. Следует отметить также относительную простоту конструкции датчика по измерению электропроводности, высокую чувствительность самой измерительной системы и ее превосходные динамические характеристики.

Наряду с контролем наличия перемешивания по электропроводности реакционной массы, целесообразно также фиксировать подачу напряжения непосредственно к статорной обмотке ,, двигателя мешалки, что позволяет по-

4862

лучить дополнительные гарантированные сведения.о действительном состоянии мешалки. Это позволяет кроме того,контролировать как исправность

5 силовых контактов магнитного пускателя двигателя мешалки, так и Сам факт подачи напряжения к двигателю. При нарущении дозировки, вызванном отказами в подаче нитруемого или

0 нитрукяцего коквтонентов. происходит резкое изменение электропроводности реакционной массы. При этом, если произошло нарушение в подаче нитрующего компонента в сторону уменьшения расхода, электропроводность возрастает, если нитруемого, то уменьшается.

Электропроводность реакционной массы является оперативным показате-

0 лем изменения температурного режима в реакторе и поэтому иаряду с двумя датчиками по косвенному контролю величины данного параметра, расположенными в верхней и нижней частях

5 реактора, и датчиком температуры редакционной массы, установленным в средней зоне реактора, удается практически охватить температурным контролем реакционную массу по всему объ-

Q ему реактора.

При этом, чтобы правильно выработать соответствующие управляющие воз действия при аварийном отклонении электропроводности реакционной массы, замеряемой одновременно двумя датчи5ками, устанавливают следующую особен- ность: при отклонении сигналов по электропроводности, в противоположных направлениях аварийная ситуация

в реакторе возникает вследствие ос-

танова мешалки; при отклонении сигналов по электропроводности в одном направлении причиной аварийной ситу ации могут быть нарушения либо тем пературного режима, либо дозировки исходных компонентов.

Повышению надежности устройства защиты процесса нитрования путем устранения его ложных срабатываний

способствует использование резервирования датчиков по контролю за возникновением аварийной ситуации и применение как новых логических элементов, так и новой взаимосвязи между элементами, при которых командный импульс на исполнительный механизм выработки противоаварийного управляющего воздействия поступит при нали- 5, 1 чии сигналов как минимум от двух дат чиков о наличии аварийной ситуации. При поступлении сигнала о возникновении аварийной ситуации только от одного датчика исполнительный механизм не срабатывает. Это позволяет свести к минному вероятность логических срабатываний автоматической системы защиты АСЗ при относительно незначительных затратах .на повьшение ее надежности. При этом система защиты остается работоспособной при любом виде отказе одного из трех.информационных каналов контроля наличия аварийной ситуации. Возможность контроля состояния протекания процесса при использовани двух датчиков электропроводности и одного температурного позволит исключить влияние локальных кратковременных (как правило неопасных) перегревов реакционной массы на ложное срабатывание АСЗ. Сочетание одного входного (первич ного) параметра и двух выходных (вто ричных) параметров для-правильности контроля возникновения аварийной ситуации (отклонение температуры, оста нов мешалки, нарушение дозировки) и выработки противоаварийных управляющих воздействий (останов процесса прекращение процесса) предотвращает ложные срабатывания системы защиты по тойпричине, чтореактор как объект защиты, являясь фильтром для случайных высокочастотных колебаний, действующих на ВХОД объекта, не пропустит кратковременных колебаний входных параметров, а если длительность их воздействий возрастает, что уже само по себе опасно, так как за это время произойдут и отклонения выходных параметров объекта. Только при Наличии отклонений как минимум по двум параметрам (одного - входного, а другого - выходного) поступит сигнал о выработке противоаварийных управляющих воздействий. Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности работы уст ройства. На фиг. 1 приведена функциональна схема устройства автоматической системы защиты (АСЗ); на фиг. 2 - струк турная, схема логического автомата за щиты; на фиг. 3 - динамика электропроводности реакционной массы по 2 двум датчикам при останове и повторном включении двигателя мешалки; на фиг. 4 структурная схема контроля наличия напряжения на одной из фаз статорной обмотки двигателя мешалки. Устройство (фиг. l) для автоматической защиты процесса нитрования содержит реактор 1 непрерывного действия полного заполнения, змеевик 2 и рубашку 3 охлаждения, мешалку 4 и двигатель 5 привода мешалки, клапан 6 аварийного сброса реакционной массы дозировочные насосы 7 подачи исходных компонентов, входной и выходной пат- рубки 8 и 9 хладагента, переток 10 реакционной массы в следующий реактор, датчики 11 и 12 давления и температуры хладагента, датчик 13 напряжения на двигателе мешалки, датчики 14 и 15 расхода и давления нитрующего компонента, датчики 16 и 17 расхода и давления нитруемого компонента, датчик 18 температуры реакционной массы в реакторе, датчики 19 и 20 электропроводности реакционной массы в верхней и нижней частях реактора, преобразователи 21-24, вторичные приборы 25-27. Первый, второй, и третий блоки 28-30 уставок, регулирующий прибор 31, клапаны 32 и 33 на линии подачи хладагента в рубашку и змеевик, информационные каналы 35-52, логический автомат 53 зашиты (ЛАЗ) и управляющие каналы 54 и 55 временного останова и полного прекращения процесса. Логический автомат защиты (фиг. 2) содержит фильтры 56, первый - двенадцатый элементы И 57-68, первый - пятьй ИЛИ 69-73, первый и второй усилители 74 и 75 мощности и электропневматический дискретный преобразователь 76. Устройство работает следующим об- разом. Число уставок на каждом из блоков 29-30 выбирается с учетом количества протлвоаварийных управляющих воздействий, возможных по отклонению контролируемых параметров и их эффективности, а значения уставок, выбираемых по каждому из параметров, определяются исходя из требований по предотвращению возникновения экстремальных условий для развития аварийной ситуации. Для блока 28 по измерению температуры реакционной массы значение

7

уставок на выработку противоаварий ных управлякщих воздействий выбираются из условия: Н, (остаиов процесса) xEf (прекращение процесса).

Значения уставок на электропроводности реакционной массы выбираются из следующих условий неравенства: для блока 25 связанным с датчиком, расположенным в верхней части реактора Hj (останов мешалки) Н (нарушение дозировки) :НВ (останов процесса) Н (прекращение процесса); для блока 26, связанным с датчиком, расположенным в нижней части реактора Hj (останов мешалки) Н (нарушен ние дозировки) Н (останов процесса (прекращение процесса).

При достижении текзпцим значением параметров заданных значений уставок выставленных на датчиках II, 13 и 17 преобразователе 21, вторичных приборах 22 и 23, блоках 28-30 уставок, отсутствии напряжения на датчике 13 вырабатываются дискретные аварийные сигналы по каналам 34-52, поступающи ,в ЛАЗ 53,

Логика автомата защиты синтезирована таким образом, что выработка противоаварийного управляищего воздействия осуществляется при достижении аварийного значения уставок как минимум по двум параметрам одновременно, исключив таким образом, возможность ложного срабатывания системы завщты от случайного отклонения одного из трех параметров.

Лишь при наличии отклонений в параметрах хладагента показания датчиков 11 и 12 не дублируются показаииями воздействия, направленное на останов процесса, -а вырабатывается сразу, как только от них поступит соответствующая информация.

При иарушении дозировки прежде всего отклоняются входные параметры, контролирукицие режим ее протекания,, а именно: расход нитрующего и нитруемого компонентов (датчики 14 и 1б} и давление их в линии подачи (датчики 15 и 17 и лишь при отклонении сигнала по ОДНОМУ из датчиков электропроводности поступит команда на временной останов процесса путем прекращения подачи дозируемых компонентов в реактор.

Бели после останова процесса отклонение температуры реакционной массы и электропроводности достигнет

48628

следующих аварийных значений уставок Н, и Н, то на основе полученной входной информации по каналам 44, 48 и 52 хотя бы по двум измерительным каналам вырабатывает противойварийное управляющее воздействие по каналу 55, направленное на прекращение процесса, реализуемого путем сброса содержимого реактора.

0 Во избежание ложных срабатываний от случайных наводок; посторонними Сигналами предусмотрена фильтрация кратковременных возмущений с помощью RC-фильтров с повторителями, В выходных управлянжцих цепях установлены усилители 74 и 75 мощности, а в выходной цепи сброса реакционной массы расположен электропневматический дискретный преобразователь 16 типа

0 П1ПР-5. Логические элементы 57, 58 и 65 совместно с логическим элементом 69 вырабатывают команду на отсечку подачи дозируемых компонентов при . превышении температуры реакционной

5 массы и наличии сигналов об этом бы по двум информационным каналам из трех: 43 (температура реакционной массыj, 45 и 49 (электропроводность реакционной массы).

0 Информационные каналы 34 и 35 сигнализируют об отклонении параметров хладагента (температуры и давления} , связаны с входами логического элемента 69.

Логические элементы 59 и 60 66 и 71 вырабатывают команду на отсечку при нарушении гидродинамического режима н наличии сигналов об этом хотя бы по двум информационным каналам из

трех: 46 и 50 (электропроводность реакционной массы), 36 (напряжение на статорной обмотке двигателя мешалки) , поступающей на вход элемента 69

Информационные каналы 37-42 сигнализируют об отклонении входных па5раметров, характеризующие нарушение режима дозировки в подаче двух компоненте :, а именно: понижение расходов компонентов каналы 37 и 40, минимальное понижение(каналы 39 и

0 и максимальное повышение каналы(39 и 41 давление в линии подачи компонентов, и поступаюпще на вход элемента 73.

5 Логические элементы :61 н 62, 67 . и 72 срабатывают команду на останов процесса при нарушении режима дозировки и наличии сигналов об этом хо-

9I

тя бы по двум информатщонным каналам из трех: 47 и 45 (электропроводность реакционной массы) и сигналу на выходе элемента 72, поступакхцему на вход элемента 69,

Логические элементы 63 и 64, 68 и 70 вырабатывают команду на сброс реакционной массы при дальнейшем отклонении температурного режима в реакторе и наличии сигналов об этом хотя бы по двум информационным каналам из трех: 44 (температура реакционной массы 48 и 52 (электропроводность реакционной массы), поступанмдей на вход усилителя 75 мощности.

9486210

На фиг. 3 представлена динамика изменения электропроводности реакционной массы при расположении датчика-кондуктометра в нижней (кривая 1} и верхней (кривая 2) части реактора, где ь, и D время запаздывания сигнала соответственно при останове мешалки и ее последующем пуске.

Использование предлагаемого устройства для процессов иитрования позволит в 5 раз увеличить его быстродействие и повысить надежность

t5 работы, сократив количество ложных отказов и срабатываний.

«Nl

1

5

iJl IN

iH 5:5

TSl

I

Ш

I

s

SIS

щщш

r Hr-lHi-Hf

.(Tifip

ifil

. «c5

/

8 абтопот зашиты (/Ifl3j