Система управления реактором для получения сажи Советский патент 1987 года по МПК G05D27/00 

iO, соединенные с каналом 41 логической единицьг, блоки умножения 25, 29, сумматор 30 и элементы задержки 43-45, причем вход первого блока умИзобретение относится к управлению технологическими процессами и может :быть использовано в производстве сажи.

Целью изобретения являе гся повышение надежности системы.

На чертеже представлена функциональная схема системы.

Система содержит сажевый реактор 1, соединенный по выходу с воздухоподогревателем 2, а по входу - с магистралями 3-6 подачи в реактор сырья, топлива, воздуха и воды, кон- туры регулирования сьфья, топлива, воздуха и воды, содержащие каналы 7-10 измерения, соединенные с входами регуляторов 11 - 13 и дополнительного регулятора 14, выходы которых через реле 15 - 17 и дополнительное реле 18 связаны с исполнительными мех.анизмами (клапанами) 19-22 нормально закрытого типа, датчик 23 измерения температуры в зоне реакции, соединенный по выходу с сигнализатором 24 и блоком 25 умножения на посто янный коэффициент, датчик 26 измерения температуры в зоне закалки реактора, соединенньй по выходу с регулятором 27 температуры в зоне зекалки и с дополнительным блоком 28 сравнения, блок 29 умножения на постоянньй коэффициент, соединенный по входу с каналом измерения расхода воздуха, сумматор 30, входы которого подключены к выходам блоков 25 и 29 умножения на постоянный коэффициент и выходу регулятора 27 температуры в зоне закалки.

Каналы 7-9 измерения через блоки 31-33 сравнения и выходы сигнализатора 24 и блока 28 сравнения связаны с входами элемента ИЛИ 34, выход которого соединен со счетным входом элемента памяти (триггера) 35, выход блока 28 сравнения подключен, кроме того, к счетному входу дополнительного

ножения подключен к каналу-измерения. Схема позволяет сгладить скачки по температуре в зоне реакции и по температуре в зоне закалки. 1 ил.

элемента памяти (триггера) 36, выходы триггеров 35 и 36 через усилители 37 и 38 связаны с входами управления первого и второго дискретных клапанов 39

5 и 40, рабочие входы которых соединены с пневматическим каналом 41 логической 1, выход клапана 39 подключен к управляющим входам реле 15 - 17, а выход клапана 40 связан с управляющим

0 входом промежуточного реле 42, один из рабочих входов которого подключен к выходу клапана 39, а второй соединен с атмосферой, выход реле 42 соединен с управляющим входом пневморе. ле 18, второй рабочий вход которого соединен с атмосферой, вторые входы реле 15 - 17 через элементы задержки (дроссели) 43 - 45 связаны с атмосферой .

20 Система управления работает следующим образом.

В реактор 1 по магистралям 3-6 подаются реагенты: сьфье, топливо,, воздух и вода. Сжиганием топлива .в воздухе создается высокотемпературный газовый поток, в котором при недостатке кислорода разлагается сырье, образуя сажевые частицы. Высокотемпературный сажегазовый поток на вы ходе из реактора перед подачей в воздухоподогреватель 2 охлаждается впрыскиваемой водой. Расходы сьфья, топлива, воздуха и воды стабилизируются регулирующими контурами, состоящими

35 из каналов 7 - 10, регуляторов 11 - 14 и исполнительных механизмов 19 - 22 соответственно. Датчиками 23 и 26 осуществляется измерение темпера- ;туры в зонах реакции и закалки. Конт40 роль параметров на аварийные допуски производится блоками 31, 32, 33 и 28 сравнения и сигнализатором 24.

При превышении любым из контролируемых параметров верхнего заданно g го предела соответствующий блок сравнения посылает сигнал логической 1 на вход элемента ШШ 34, сигналом ло25

гической l с выхода которого взво- .дится триггер 35, и через усилитель 37 открывает клапан 39, посыпая тем самым на управляющие входы реле 15 - 17 и на один из рабочих входов реле 42 сигнал логической 1. Реле 15 - 17, сработав под действием управляющего сигнала, соединяют управляющие входы исполнительных механизмов 19 - 21 через дроссели 43 - 45 с атмосфе- рой, чем обеспечивают закрытие исполнительных механизмов 19 - 21 и прекращение доступа в реактор сырья, топлива и воздуха.

Если аварийный сигнал прищел на

элемент 34 не по измерительному каналу зоны закалки, то триггер 36 находится в сброшенном состоянии, клапаи 40 закрыт, на управляющем входе реле 42 логический О, и по каналу вто- рбй вход реле 42 - его выход на управляющий вход реле 18 проходит сигнал логический О, т.е. Атмосфера оставляя тем самым контур стабилиза- ции Расход воды в рабочем.состоянии,Если же выбег произощел по температуре в зоне закалки, то описанная часть схемы работает аналогично, дополнительно взводится элемент 36, ко торый через усилитель 38 открывает клапан 40, посылая на управляющий вход реле 42 сигнал логической 1. Реле 42, сработав, посыпает через первый вход и выход на вход реле 18 сигнал логической 1. Последнее переключается, обеспечивая доступ атмосферного воздуха на управляющий вход исполнительного механизма 22, и открывает доступ в реактор максимально го количества воды с целью снижения температуры в зоне закалки и предотвращения выхода из строя реактора и оборудования, установленного на выходе реактора.

Если сравнивать предлагаемый реактор с известным, то эксплуатация реакторов по производству сажи, оснащенных известной системой управле- ния, сопровождается неудовлетворительным качеством регулирования температуры в зоне закалки в режимах их пуска и остановки. Причиной возмущений в зоне закалки является инер ционность применяемой в качестве датчика температуры термопары с кожухом необходимость которого обусловлена агрессивностью измеряемой среды. Проявлсние инерционности термопары в зоне закалки можно объяснить следующим образом. Скачкообразно увеличившиеся расходы сырья, топлива и воздуха резко повьшают интенсивность потока, проходящего через реактор, и для поддержания постоянной температуры в зоне закалки необходимо увеличить соответственно расход воды, чего контур регулирования обеспечить не может, так как термопаре требуется относительно большой промежуток времени для отработки сигнала рассогласования. Запаздывание с добавлением воды в реактор в данный момент приводит к скачку по температуре в зоне закалки.

Задача повьшення быстродействия при регулировании температуры в зоне закалки в предлагаемой системе решается введением упреждающего воздействия, формируемого по практически безынерционным входным параметрам реактора, характеризующим состояние потока газов перед зоной закалки,.расход воздуха в реактор (или перепаду давления на нем) и температуру газов в зоне реакции, которая измеряется быстродействующим радиационным пирометром, т.е. реализуется зависимость

%,0 0 .5 Л.Г

где Q- - расход воды в зону закалки реактора;

Qft - расход воздуха;

Tjр- температура в зоне реакции; К,К ,К-коэффициенты. .

Зависимость (1) в системе реализована на блоках 25 и 29 умножения и сумматоре 30. Коэффициент К непрерывно корректируется регулятором 27, чем обеспечивается точнйе, но- значительно более медленное регулирование температуры в зоне закалки. Регулятор 14 стабилизации расхода воды необходим для компенсации возмущений, связанных с изменением расходной характеристики клапана 22, например, в связи с колебаниями давления воды.

Во время аварийных остановок реактора клапаны 19-21 закрьшаются (они не отсечные, а регулирующие, поэтому срабатьтают не мгновенно, а пропускают реагенты в реактор еще какое-то время) .Соотношения сырье - газ - воздух могут возникнуть самые произвольные, в том числе неблагоприятные для реактора, Наиболее часто возникает ситу-

ация, при которой скорость уменьшения расхода воздуха выше, чем скорости уменьшения сьфья и топлива, в результате чего возникают режимы, близкие к стехиометрическому соотношению, и раз- вивается импульс т емпературы, по амплитуде намного превосходящий допустимый предел.

Введенные в систему управления регулируемые дроссели 43 - А5 предназна-fO Ьов клапанов 19-21, обеспечивая их чены для синхронизации работы исполни- закрытие и прекращение доступа в ре- тельнькх механизмов 19 - 21 в моменты аварийных остановов реактора и созда- ния тем самым бол ее мягких переходных режимов.-J5 42, пропуская сигнал логической 1

Пусть, например, реактор переводит- управляющий вход реле 18, которое.

дех1, то блок 28 сравнения выработает сигнал логической 1 и пбдаст. его на вход элемента ИЛИ 34 и параллельно взведет триггер 36. Сигналом с выхода элемента ИЛИ 34 взводится и триггер 35. Взведенные элементы через усилители 37 и З З открывают;, клапаны 39 и АО. Переключаются реле 15 17 соеди- 1нением с атмосферой управляющих вхотоплива и воздуха. Одновременно сигналом логической

актор сырья.

1

выхода клапана 40 переключается реле

ся из режима горячего резерва под нагрузку. При этом в реактор подается сырье, увеличиваются расходы воздуха и топлива, Повьшаются температура в 20 зоне реакции и интенсивность потока в реакторе. В этом случае схема выработки упреждающего воздействия, включающая блоки 25 и 29 умножения, сумматор 30 и регулятор 14, практически безы- 25 нерционно увеличит расход воды в зону закалки, и аварийного скачка по температуре в зоне закалки не произойдет. Упреждающее воздействие не может быть выработано точно, поэтому датчик 26 измерения температуры и регулятор

сработав, соединяет атмосферу с управляющим входом клапана 22 нормально открытого типа. Через открытый клапан 22 подается вода, снижая температуру в зоне закалки и защищая тем самым хвостовую часть реактора 1 и оборудование., установленное на его вы ходе, от разрушения.

Предположим, что при отработке ава рийной ситуации отсечением клапанов 19 - 21 и прекращением доступа реаген тов в реактор в переходном режиме в реакторе создается стехиометрическое

30 соотношение, которое приводит к разви тию высокой температуры в зоне реакци и может вызвать нарушение стойкости футеровки реактора.

27 относительно медленно, но уже с достаточной точностью выставят задан йую температуру в зоне закалки.

Пусть аварийно отключилась подача топлива в реактор. При этом блок 32 сравнения выработает логический сигнал 1 и подаст его на соответствующий вход элемента РШИ 34, которьй взведет триггер 35 и через усилитель 37 откроет клапан 39. Сигнал логической 1 будет подан на управляющие входы реле 15 - 17 и на рабочий вход реле 42. Реле 15 - 17 переключатся и обеспечат сброс давления с управляющих входов исполнительных механизмов 19 - 21 через дроссели 43 - 45 в атмосферу. Клапаны 19-21 нормально закрытого исполнения начнут перекрывать подачу в реактор сырья, топлива и воздуха. Уменьшится интенсивность потока в реакторе, и схема выработки упреждающего воздействия пропорционально уменьшению расхода воздуха уменьшит подачу воды в зону закалки, если температура в реакторе не повысилась.

Если температура в зоне закалки повысилась и вьшша за допустимый пре

Ьов клапанов 19-21, обеспечивая их закрытие и прекращение доступа в ре- 42, пропуская сигнал логической 1

дех1, то блок 28 сравнения выработает сигнал логической 1 и пбдаст. его на вход элемента ИЛИ 34 и параллельно взведет триггер 36. Сигналом с выхода элемента ИЛИ 34 взводится и триггер 35. Взведенные элементы через усилители 37 и З З открывают;, клапаны 39 и АО. Переключаются реле 15 17 соеди- 1нением с атмосферой управляющих вхоЬов клапанов 19-21, обеспечивая их закрытие и прекращение доступа в ре- 42, пропуская сигнал логической 1

топлива и воздуха. Одновременно сигналом логической

актор сырья.

1

Ьов клапанов 19-21, обеспечивая их закрытие и прекращение доступа в ре- 42, пропуская сигнал логической 1

выхода клапана 40 переключается реле

0 5

сработав, соединяет атмосферу с управляющим входом клапана 22 нормально открытого типа. Через открытый клапан 22 подается вода, снижая температуру в зоне закалки и защищая тем самым хвостовую часть реактора 1 и оборудование., установленное на его выходе, от разрушения.

Предположим, что при отработке аварийной ситуации отсечением клапанов 19 - 21 и прекращением доступа реагентов в реактор в переходном режиме в реакторе создается стехиометрическое

0 соотношение, которое приводит к развитию высокой температуры в зоне реакции и может вызвать нарушение стойкости футеровки реактора.

Импульса по температуре в зоне за2 калки в данном случае не будет, так как схема отработки упреждающего сигнала (блоки 25, 29, 30 и 14) добавит воды в реактор пропорционально температуре в зоне реакции. При снятии им0 пульса по температуре в зоне реакции регулируемым, дросселем 45 замедляется срабатывание клапана 21 на магистрали подачи воздуха в реактор 1, чем обеспечивается ув(гличение соотношения воз-

5 дух - сьфьё - топливо и сглаживается температурный импульс в зоне реакции.

В том случае, если расходы сырья и топлива прекращаются быстро, а расход воздуха - медленно, то может воз0 никнуть нежелательное быстрое охлаждение реактора воздухом с последующим нарушением целостности футеровки реактора 1, В этой ситуа1щи переходный режим сглаживают замедлением работы

5 клапанов 19 и 20 на сьфье и топливо регулированием дросселей 43 и 44.

Формула изобретения Система управления реактором для

получения сажи, содержащая каналы для

измерения входных регулируемых пере- ;Менных, соединенные с входами соответствующих блоков сравнения и регуляторов, связанных через реле с исполнительными механизмами нормально закры- 5 того типа, установленными на магистралях подачи в реактор сьфья, топлива и воздуха, канал измерения температуры в .зоне закалки, соединенный с входом соответствующего регулятора, канал измерения расхода воды, исполнительный механизм на магистрали подачи воды в реактор, канал измерения температуры в зоне реакции, соединенный

,- 10

пературы в зоне реакции, вход второго блока умножения - с каналом измерения расхода воздуха, выходы блоков- умножения связаны соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход регулятора температуры в зоне закалки соединен с третьим входом сумматора, выходом подключенного к управляющему входу дополнительного регулятора, рабочий вход которого связан с каналом измерения расхода воды, а выход через дополнительное реле - с исполнительным механизмом нормально открытого типа на магистрали подачи вос сигнализатором,выходы блоков сравне- 5 ды в реактор, канал измерения Tej nepaния и сигнализатора соединены с .первым, вторым, третьим и четвертым входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу элемента памяти, выходом через первый уси- 20 литель подключенного к управляющему входу первого дискретного клапана, .вход которого соединен с каналом ло- гич еской единицы, а выход - с управ- ляющими входами реле, отличающаяся тем, что, с целью повьше- ния надежности системы, в ней установ- лены два блока умножения, сумматор.

25

туры в зоне закалки связан с входом дополнительного блока сравнения, выходом подключенного к пятому входу элемента ИЛИ и установочному входу дополнительного элемента памяти, выход которого подключен к второму усилителю, вход второго дискретного клапана соединен со входом первого дискретного клапана, а выход связан с управля- 25 ющим входом промежуточного реле, один из входов которого связан с выходом ,. первого дискретного клапана, а выход- с управляк«цим входом дополнительного реле, вторые входы реле, кроме дополдополнительный регулятор, дополнительное реле, промежуточное реле, до- 30нительного и промежуточного, соедине- полнительный блок сравнения, дополни-ны с вькодами соответствующих элемен- тельный элемент памяти, последователь-тов задержки, входы которых, а вторые .но включенные вторые усилитель и дис-входа дополнительного и промежуточно- кретный клапан и три элемента задерж-го реле подключены к каналу логическо-. ки, причем вход первого блока умноже-35г° входы элементов ния соединен с каналом измерения тем-памя -и соединеныс каналомсброса8

Редактор Н. Егорова Заказ 3107/42

Составитель О. Гудкова

Техред Л.Олийнык Корректор А. Зимокосов

Тираж 863Подписное

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

5

10

пературы в зоне реакции, вход второго блока умножения - с каналом измерения расхода воздуха, выходы блоков- умножения связаны соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход регулятора температуры в зоне закалки соединен с третьим входом сумматора, выходом подключенного к управляющему входу дополнительного регулятора, рабочий вход которого связан с каналом измерения расхода воды, а выход через дополнительное реле - с исполнительным механизмом нормально открытого типа на магистрали подачи во20

туры в зоне закалки связан с входом дополнительного блока сравнения, выходом подключенного к пятому входу элемента ИЛИ и установочному входу дополнительного элемента памяти, выход которого подключен к второму усилителю, вход второго дискретного клапана соединен со входом первого дискретного клапана, а выход связан с управля- 25 ющим входом промежуточного реле, один из входов которого связан с выходом ,. первого дискретного клапана, а выход- с управляк«цим входом дополнительного реле, вторые входы реле, кроме допол30нительного и промежуточного, соедине- ны с вькодами соответствующих элемен- тов задержки, входы которых, а вторые входа дополнительного и промежуточно- го реле подключены к каналу логическо 35г° входы элементо памя -и соединеныс каналомсброса8

Изобретение относится к системам управления реактором для получения сажи. Целью изобретения является по- вьшение надежности. Система содержит каналы измерения входнь1Х регулируемых переменньрс 7,8,9, блоки сравнения 31, .32,33,28, регуляторы 11,12,13,27, реле 15,16,17,18,42, датчик 26 измерения температзфы в зоне закалки, датчик измерения температуры в зоне реакции 23, элемент ИЛИ 34, элементы памяти 35-36, дискретные клапаны 39, (Л ifl Сброс