Способ автоматического управления процессом выжига кокса в трубчатой пиролизной печи Советский патент 1987 года по МПК C10G9/20 G05D27/00 

1286616

няя температуры смеси на выходе печи честве корректирующего сигнала-подают изменением подачи в нее топливного сигнал по количеству выжигаемого кок- газа (Д 9, Р 10, ИМ 8). В камеру за- са с учетом концентрации газа выжига цания каждого из Р 4, 5, 10, в- ка- на выходе печи. 1 ил., 1 табл.

1

Изобретение относится к управлению процессами нефтепереработки и нефтехимии и может быть использовано при автоматизации процессов окислительной регенерации трубчатых печей.

Целью изобретения является увеличение эффективного времени работы печи за счет снижения времени выжига кокса.

На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ.

В закоксованную пиролизную печь Г через регулирующие клапаны. 2 и 3 расхода подают соответственно воздух и пар. Регулирующие клапаны 2 и 3 расхода связаны через соответствующие регуляторы 4 и 5 расхода с датчиками 6 и 7 расхода воздуха и пара.

Регулирование температуры в печи осуществляют путем изменения клапаном 8 расхода топливного газа в обогревающие горелки-. Температура на выходе печи контролируется датчиком 9, котот рый через регулятор 10 связан склапаном 8 расхода топливного газа. Состав газов выжига определяется датчиком 11 состава газа. Показания датчиков 6и7 расходов воздуха и пара, датчика 9 температуры и датчика 11 состава газов поступают на входы устройства 12 управления выжигом кокса, где формируются уставки для регуляторов 4, 5 и 10 расхода входуха, пара и топлив- ного газа.

Способ осуществляют следующим образом.

Математическая модель процесса имеет следующий вид:

С4 U, ,t ) , , ,гУ(1.е (г;)| q(;,)d. } ; ( i )

Q(i../) С2)

деС( ,t),

,)

i-t-1 t i

Т ql, TP

количество кокса в конце и начале текущего интервала; время конца и начала текущего интервала .(вычисляется); приведенная длина змеевика (задается); химический и динамический коэффициенты, вычисляемые по соотношениям:

f5

0

0

0

5

Ч

о( В/Н,, т ,

где В - стехиометрический коэффициент (задается);

Hj - плотность кокса и газа (задается) ;

D - доля свободного объема змеевика (задается);

Q. Qp расходы воздуха и пара на

входе (на начальном временном интервале измеряют датчиками 6 и 7 расхода, на последующих Qp - постоянная величина, Qj, Qp (0,21- - С) вычисляется); i - индекс, соответствующий номеру интервала управления;

К(Т )К( - константа скорости реакции окисления,

где Е - энергия активации (задается); R - универсальная газовая постоянная (задается); К - предэкспонента (определяется

при адаптации); температура (на начальном

временном интервале измеряют датчиком 9 температуры, на последующих - определяют); С( Qj. 0,21/(Qj, +р|э) -концентрация

кислорода на входе (на нача д,-

312866

ном временном интервале вычисляют по замерам Q, и Qp, на последующих - определяют); С (,i,Tr) - концентрация кислорода

на выходе змеевика (измеряют 5 датчиком 11 на начальном временном интервале при адаптации) .

Также задают максимальные температуру на выходе печи Т и кон- О центрацию кислорода на входе С „

На начальном временном интервале (4о 4i ) в моменты времени tp и tj измеряют концентрацию кислорода на выходе змеевиков C(tp,t ) CCtg,t ), 5 где tp - время первого замера; tg - время второго замера.

Далее преобразуют систему (1),(2): подставляют (1) в (2),, заменяют С ( €i-n j ) полученные в резуль- 20 тате замеров CCtp. t ) и С(г, 1г ) и получают систему двух уравнений:

25

|c(tp) fCKo. ); c(t5,.) f(Ko, Go),

где GO QcjCSo начальное содержание кокса.

Из решения этой системы получают ЗО Кр и С,о адаптируемые параметры.

С (tp, f ) 0,018; С (ts,r) 0,02; tp 10 мин; t 25 мин; GI 0,03; TI 600; Qp 1000; Q(, 167.3i

C;, 0,02; K, 6x109.

Задают начальный временной интервал t-§o 1,9 ч (о 0). Из (1) определяют С ( Е,, ) 0,017. Вычисляют максимально допустимую ско- 40 рость (v ) выжига кокса:

Oo-C,(l,),ч

и q (TJa-t /

где Сд , Q С ) . 1 - известные 45 величины; Vn 9,5. Задают ДС, ( Q (l,- ) - C(i )У

/С,( 4,,. , ) 0,002,

AM - количество кокса, которое должно выгореть на следующем интервале. Далее операции аналогичны для всех последующих интервалов управления, поэтому ис- пользуют индекс i (для первого шага ).

Прогнозируют скорость выжига кокса при этом интервале: К теку1цим зна

5

0

5

О

i

0

(30 л

164

чениям Т , QJ,. задают начальные приращения дТ, uQf, ( и 5 кг/ч). Вычисляют Т + йТ , Q|. Qt; +4Qb, Citi Qb..- 0,2V/ /(Q(, + Qp). Из (1) выражают и определяют продолжительность временного интервала:

l..- rtn{e - AQ-b

-l}/c к(Ti,,Kui

проверяют ограничение (4) (оравне- ние максимально допустимой и прогнозируемой скоростей выжига):

/(i,, -,.) tr (4)

где - точность выполнения ограничения; 0,01

uQ/(-5-) - прогнозируемая скорость выжига кокса. Если условие (4) не выполняется, то изменяют дТ и jQ,, задают новые приращения и снова вычисляют Е, i и проверяют (4).

Когда (4) выполнено, соответствующие вычисленные Т;., и Q, в мо1-Ц Ь1 + 1

мент времени задают на печи и стабилизируют регуляторами 10.и 4 температуры и расхода воздуха до времени t+ ; Qp постоянен на всех интервалах управления.

Выполнению условия (4) соответствуют на первом шаге Tj. 619; Cut 0,031 ; Qt- 172; f.

v-ft tb Ц.1 Sn-i

- 36 мин.

Далее для всех интервалов операции повторяются начиная с задания - AQ , при этом i i + 1.

Процесс считается завершенным, когда

Q(iu , )0,002 Gc

(5)

Для определения этого момента при заданиид. Ц проверяют условие (5). Если оно выполнено, то обжиг будет завершен на следующем интервале управления, и в момент времени , будет прекращена подача воздуха. Кроме того, при каждом задании прираге- ний &.Т , Д. Q проверяют условия:

т

Mukt

С

MftKC

(6) (7)

51

Если они оба выполняются, то следующий шаг управления также последний, поскольку исчерпалы возможности управления. При этом задают ; С„,, AQ не зада- ют, а вычисляют при С) (; + ,,,) 0,002 -Со ; по (3 ) вычисляют 4Ui время прекращения подачи воздуха без проверки ограничения (4). Таким образом процесс будет заве ршен, когда 0(|., г ) о,002.Ос .

П р и м е р. Начальная закоксо- ванность составляет 2% объема змеевика; расход воздуха 167 кг/ч; расход пара постоянен в течение всего- процесса и составляет 1000 кг/ч; концентрация кислорода в паровоздушной смеси составляет 3 об.% температура на выходе печи 600°С; максимальная температура на выходе печи 730°С; максимальный расход воздуха 350 кг/ч. Первый анализ состава газов на выходе на содержание кислорода выполнен через 10 мин после начала выжига, второй - через 25 мин Результат первого анализа - 1,8 об.% Oj5 второго - 2,0 об.% 0л. Максимально допустимая скорость выжига кокса - 9,5%/ч.

Текущие значения температур на выходе и расходы воздуха на входе печи, которые устанавливают в начале каждого временного интервала, и время начала этих интервалов,, в течение которых указанные параметры стаби- лизируют, сведены в таблицу.

Из таблицы видно, что скорость выжига кокса в течение всего процесса не превышает максимально допустимой и близка к ней с заданной точ- ностью ( 0,1 %/ч). На последнем временном интервале скорость выжига кокса существенно меньше, поскольку достигнуты максимальные значения температуры на выходе и расхода воз- духа, и повысить интенсивность выжига путем их. увеличения невозможно.

Таким образом, способ позволяет определять на каждом интервале управления управляющие параметры, обес печивающие максимально допустимую интенсивность удаления кокса. При

166

этом исключается прогар стенки змеевика, а время одного выжига сокращается не менее чем на 5 ч.

Формула из об ретения

Способ автоматического управлени процессом выжига кокса в трубчатой пиролизной печи с использованием математической модели процесса путем регулирования расхода воздуха в печь, температуры смеси на выходе печи изменением расхода топлива и стабилизации расхода пара, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективного времени работы печи за счет снижения времени выжига кокса, по измеренным значениям расхода воздуха и пара рассчитывают концентрацию кислорода на входе печи, сравнивают измеренное значение температуры смеси на выход печи и рассчитанную концентрацию килорода на входе печи со своими максмально допустимыми значениями, измеряют дважды на заданном интервале времени содержание кислорода в смес на выходе печи, по измеренным значениям температуры, расходов воздуха и пара и содержания кислорода определяют максимально допустимую скорость выжига кокса, задают необходимое количество выгоревшего кокса на следующем временном интервале и определяют температуру смеси на выходе и расход воздуха, при которых заданное количество кокса выгорит на следующем временном интервале с максимально допустимой скоростью и стабилизируют на этом временном интервале найденные значения температуры смеси на выходе печи и расход воздуха, а при достижений текущего значения температуры смеси на выходе печи и рассчитанного значения концентрации кислорода на входе печи своих максимально допустимых значе- НИИ стабилизируют указанную температуру на максимально допустимом значении, и прекращают подачу воздуха при достижении величины выгоревшего кокса своего заданного значения.

Редактор А. Лежнина

Составитель Г. Огаджанов

Техред И.Попович Корректор М. Пожо

Заказ 7682/25

Тираж 464

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное

Изобретение относится к способу автоматического управления процессом выжига кокса, может быть использовано в нефтехимии и позволяет увеличить эффективность времени работы печи за счет снижения времени вьисига кокса. Способ реализуется САР, включающей контур регулирования расхода воздуха- в печи-датчик (Д) 6, регулятор (Р) 4, исполнительный механизм (ИМ) 3, контур регулирования расхода пара в печь (Д 7, р 5, ИМ 2), контур регулирова- Воздух TonfluSHbitj zaa Г (Л