Способ управления пуском установки жидкофазного окисления углеводородов Советский патент 1987 года по МПК C07B33/00 G05D27/00 

1 1

Изобретение относится к автоматизации пусковых процессов химической технологии и может быть использовано в химической промьппленности при автоматизации пусковых процессов разогрева жидкофазного реактора с углеводородным слоем - потенциально взрывоопасного объекта управления.

Целью изобретения является интенсификация и повьшение безопасности процесса пуска.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа управ ления.

Схема содержит реактор 1 жидкофазного окисления углеводородов, многозонные датчики 2 температуры, размещенные в зонах реактора, вычислительные блоки 3 и 4, регулятор 5 ско рости разогрева реактора, регулирующий орган 6 подачи пара на разогрев реактора, сумматор 7, регулятор 8 разности средней и минимальной температур, конденсатор 9, датчики 10 и 11 температуры газожидкостного потока до и после конденсатора, датчик 12 расхода охлаждающего агента,регулятор 13 расхода хладагента в конден сатор,сумматор 14, регулятор 15 перепада температур газожидкостного потока, генератор 16 периодических колебаний, исполнительный механизм 17с регулирующим органом на линии подачи воздуха в реактор, вычислительньй блок 18, регулятор 19 разности максимальной и средней температур, логические блоки 20 и 21, регулирующий орган 22 подачи пара в теплообменники 23 зон реак тора и регулирующий орган 24 подачи охлаждающего агента в конденсатор.

Способ осуществляется следующим образом.

Греющий пар подают в теплообменники 23 зон реактора. Регулирующим 1 органом 6, изменяя расход пара, ста- бштизируют скорость разогрева реакто ра. Для этого датчиками 2 измеряют температуры в зонах углеводородного

слоя. Сигналы TV- (i l,2,...,n; j 1,2,...,m) от многозонных датчиков 2 подают на вход вычислительного блока 3, в котором определяют среднюю температуру Т,, по формуле:

1 Л m

(1)

1 г гл

Р n m - ;,j

5

28341 . 2

где п - количество многозоннь х тер- модатчиков, установленных в реакторе;

m - количество измерений,осуществляемых в зоне реактора многозонным термодатчиком. Величина Т. характеризует в целом состояние процесса разогрева 10 реактора в данный момент времени. По этой величине в вычислительном блоке 4 определяют скорость разогрева, например, по формуле конечных разностей 15 т ( Ic.P.lJtLl.bp.i ii-J.) , (2)

г - -J

где Т(,р { с j ) и Тер ( c j-, ) - средняя

температура в моменты времени

и сj., , соответственно, j 1,2,.,.

Сигнал Т с выхода блока 4 направляют на вход регулятора 5, на который подают также и задание . по скорости разогрева реактора. В регуляторе сигналы сравнивают, вычисляют их разность

20

25

iT

р Р

(3)

30

и по зтой величине формируют выходной сигнал N,который подают на регулирующий орган 6 подачи пара на разогрев реактора, тем самым стабилизируя скорость разогрева реактора на заданном значении .ъ

Пульсирующую подачу воздуха в реактор осуществляют с помощью регулирующего органа 17. Для этого на вьг- ходе генератора 16 формируют периодический сигнал и, например, вида

W

35

40

и и + и.

S in шч;

где сэ - частота колебаний;

Uj, - постоянная составляющая;

и, - амплитуда колебаний;

- время.

Сигнал и направляют на исполнитель ньй механизм 17 регулирующего органа, который управляет пульсационной подачей воздуха с постоянной составляющей GQ и амплитудным значением G.

В условиях воздействия возмущений

на процесс разогрева изменение гидродинамики газожидкостного слоя реактора, колебания параметров греющего пара и перемешивающего воздуха, нес- тационарности характеристик теплообменников и воздухораспределительного устройства реактора) для сохранения требуемой интенсивности процес31328341

са разогрева необходимо корректировать параметры пульсирующей подачи воздуха. В предлагаемом способе такая корректировка выполняется по отклонению величин, характеризующих гидродинамический и тепловой режим слоя углеводородов от их заданных значений. В качестве корректирующих

Т и T(5j( с выхода датчиков 10 и 11 направляют на вход сумматора 14, в котором вычисляют перепад температур газожидкостного потока в конденсато-

15 ре: ,;

лт

ох

Т - Т г ох

(8)

параметров приняты постоянная состав- IQ актора и после конденсатора. Сигналы ляющая и и амплитуда пульсаций U, а корректирующих - минимальная Т и средняя Tgp температуры, характеризующие тепловой режим разогрева реактора, и перепад температуры газожидкостного потока на конденсаторе, характеризующий гидродинамическую обстановку в слое углеводородов.

В вычислительном блоке 3 одновременно с средней температурой определяют также и минимальную в реакторе по формуле

20

Затем сигнал ЛТ с выхода сумматора 14 подают на вход регулятора 15, на второй вход которого подают задание по перепаду температур на конденсаторе. В регуляторе 15 корректируют постоянную составляющую пульсирующей подачи воздуха по формуле

Тмин мин Т-,

(5)

I.J гie С 1,п1, je Ll.mJ где п - количество зон в реакторе; m - количество точек, в которых производится измерение температуры в i-и зоне. С выхода блока 3 сигналы Т. и направляют на сумматор 7, на выходе которого формируют сигнал разность средней и минимальной температур:

ДТ

мин

т т

.

Сигнал T/v,t, направляют на вход регулятора 8, куда подают также задание ,jj , Значение величины TMHH характеризует температурную неоднородность слоя, а и Т, определяет допустимый уровень неоднород-: ности температурного поля слоя углеводородов. По результатам сравнения величин дТ с U Т,,( корректируют амплитуду пульсирующей подачи воздуха, например, по формуле

Jраивается опытным путем).

40 Стабилизацию расхода охлаждаемого агента в конденсатор осуществляют . следующим образом.

Датчиком 12 измеряют расход охлаж- 45 дающего агента. Сигнал с выхода датчика 12 подают на вход регулятора 13, которьм с помощью регулирующего органа 24 стабилизирует расход охлаяг- , . , . , , , дающего агента на заданном значении.

U.(j) .,)-Kj4T,()-uT,.««H,50

Регулирование температуры в зонах

(7) реактора вьшолняется так, чтобы обесгде Л T;,j,n ( ) - входной сигнал регу-. печить интенсивное протекание процес- ; лятора в момент вре- са разогрева углеводородной массы и

вместе с тем не допустить в зонах возникновения областей локального перегрева углеводородного сырья. Последнее опасно возникновением аварийных ситуаций, связанных с неуправляеU.( ) и

J

- выходной сигнал регулятора в моменты времени и i-i

55

(,2,...);

К параметр регулятора настраивается опытным путем ,

Постоянную составляющую пульсаций подачи воздуха корректируют в регуляторе 15 следующим образом. Датчиками 10 и 11 изменяют температуру га- зожидкостного потока на выходе из реТ и T(5j( с выхода датчиков 10 и 11 направляют на вход сумматора 14, в котором вычисляют перепад температур газожидкостного потока в конденсато-

актора и после конденсатора. Сигналы

ре: ,;

лт

ох

Т - Т г ох

(8)

актора и после конденсатора. Сигналы

- IQ актора и после конденсатора. Сигналы

20

Затем сигнал ЛТ с выхода сумматора 14 подают на вход регулятора 15, на второй вход которого подают задание по перепаду температур на конденсаторе. В регуляторе 15 корректируют постоянную составляющую пульсирующей подачи воздуха по формуле

25 u()Uo( Dj.,) (-Lj)- лт,,о,

где ид( с;)и U((,) - выходные сигналы регулятора в моменты 30времени с;

;

ДТд- ()- входной сигнал регулятора в момент времени

35 .г

К - параметр регу- о /

лятора (,наст-

Jраивается опытным путем).

40 Стабилизацию расхода охлаждаемого агента в конденсатор осуществляют . следующим образом.

5132

мым процессом разложения гидропере- киси ИПБ.

Реализация этой части способа выполняется с помощью однотипных контуров управления. На чертеже 1 приведен один из таких контуров - для верхней зоны реактора. Рассмотрим ра боту этого контура управления.

Сигналы Т (j 1,2,.,.,m) от мно гозонного термодатчика 2 в верхней зоне реактора подают на вход вычис - лительного блока 18, В этом блоке определяют максимальную температуру (макс Ч верхней (в общем случае i-йэ i 1,2,.,.,п) зоны реактора по формуле

TI.MCXKC ,

J6 I ,m

Сигнал Т, подают на вход регулято ра 19. На второй вход регулятора 19 подают с выхода блока 3 сигнал Т р средней температуры в реакторе. На выходе регулятора 19 формируют сиг- нал Z,(), например; по формуле

7-,( г)г,(г-,)-к,{т.„,-т,р) (11

где Z, ( о; ) и Z,( oj-i ) - выходной сиг

нал регулято ра в моменты

времени . /

H-Oj. I

к - параметр ре- с/

гулятооа 1 ус

танавливает

ся опытным путем).

В ходе разогрева всегда выпол няется условие Т- Т ,

Одновременно с выхода блока 18 сигнал Т макс вход логического блока 20, на второй вход которого подают граничное задание .fj.oKc температуры в реакторе. В блоке 20 сравнивают значение текущей максимальной температуры реактора с граничным заданием Тгрддд.и по результатам сравнения формируют сигнал L по следующей формуле:

L; --0. если Т; Т,р,,,„

1, если Т; i 1,2,...,п

л. т , макс гр, MQ1SC

Сигнал L подают на вход логического блока 21, на второй вход которого подают сигнал Z, ( ) с выхода ре-

16

гулятора 19. По значению сигналов L, и Z, в блоке 21 формируют сигнал Y на изменение подачи пара в теплообменник верхней в общем случае .2, . , , Sг.J зоны реактора, по следую1ч,ей формуле:

Г Z ; если 1 0;

Y- 1 О, если L; 1 .

:i3)

- О 5

)

20

25

)

-

30

35

0

55

Таки;ч образом,, в случае, когда текущая максимальная температура в зоне реактора меньр;е граничного задания,, расход пара в теплообменник зоны изменяют обратно пропорционально отклонению максимальной температуры зоны реактора от средней температуры в реакторе по формзше (П) , При достижении максимальной температуры зоны реактора граничного задания 3 блоке 20 формируют сигнал L, равный 1, в соответствии с которым в блоке 21 сигнал Z обнуляется к пода - ча пара в I-ю зону прекращается„

Используемый в данном способе ем управления процессом разогрева каждой зоны реактора исключает никновение аварийных ситуаций к, тем самыМ; обеспечивает повышение безопасности управления пуска потенциаль™ но опасного процесса жидкофазного окисления углеводородов,

Рассмотрим работу системы управления на конкретных примерах,

При локальном перегреве слоя у что возможно при образовании застойных областей, вступает в действие та часть схемы управления которая исключает возможность возникновения аварийной ситуации а В. результате батывается по формуле (3j сигнал Y5равный О..И подача пара в зону реактора с локальным перегревом углеводородов прекращается.

При отклонении минимальной температуры от средней (в случае йТ,.5 - змии возможно5 например, при возникновении замкнутых циркуляционных потоков Б нагреваемом слое, регулятор 8 в соответствии с (6) увели - чивает амплитудную со.ставляюилузо U пульсируюш,ей подачи воздуха пропорционально отклонению ,,, от Tj (.j . Такое воздействие схемы управления вызывает разрушение циркуляционных потоков в слое углеводородов и приводит к выравниванию темпе - ратурного поля в реакторе. Если рас-

- и

пределеник температур по объему слоя углеводородов превосходит заданный уровень однородности , д Т , то регулятор 8 .вырабатывает сигнал на уменьшение амплитудной составляющей и,, что обеспечивает экономию энергоресурсов на перемешивание углеводородного сырья в реакторе.

В случае, когда интенсивность пе/ ремешивания ухудшается, например, при изменении параметров (давление, расход) воздушного потока, забивки воздухораспределительного устройства, слой углеводородов садится. При этом унос жидкости воздушным . потоком из реактора уменьшается и соответственно увеличивается значение перепада температур лТо газо- жидкостного потока на конденсаторе. В такой ситуации регулятор 15 по отклонению перепада температур йТ„ от заданного значения ЬТ, согласно (8) увеличивает значение постоянной составляющей U, пульсирующей подачи воздуха, что приводит к увеличению интенсивности перемещивания. В обратном случае, при вскипании слоя унос жидкости увеличивается, перепад температур на конденсаторе 9 уменьшается, и регулятор 15 вырабатывает сигнал на уменьшение постоянной составляющей пульсирующей подачи воздуха.

Нарушения скорости разогрева реактора, которые возможны в результате коррекции параметров пульсирующей подачи воздуха, компенсируют контуром стабилизации скорости разогрева реактора.

Формула изобретения

Способ управления пуском установки жидкофазного окисления углеводородов, содержащей многозонный реактор

Редактор Н.Гунько

Составитель Г.Огаджанов

Техред М.Ходанич Корректор М.Шароши

:Эаказ 3450/27 Тираж 371Подписное

ВНИШШ 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

8341 8

С теплообменниками в зонах и конденсатор на выходе реактора, путем регулирования подачи воздуха в реактор, пара по зонам реактора и общего рас- 5 хода пара в реактор, стабилизации подачи хладагента в конденсатор и измерения температуры в зонах реактора, отличающийся тем, что, с целью интенсификации и повьш1е-

O ния безопасности процесса пуска, подачу воздуха осуществляют в пульсирующем режиме, дополнительно измеряют перепад температуры газожидкостного потока на конденсаторе, кор5 постоянную составляющую пульсаций подачи воздуха обратно пропорционально измеренному перепаду температур, по измеренным значениям температуры в зонах реактора определяют среднюю и минимальную температуры в реакторе и максимальную температуру в каждой зоне реактора, вычисляют разность между средней и минимальной температурами в реакторе, корректируют амплитуду пульсаций подачи воздуха пропорционально этой вычисленной разности, по средней температуре в реакторе вычисля- . ют среднюю скорость разогрева реакто-

0 ра, регулируют общий расход пара пропорционально вьиисленной средней скорости разогрева реактора, вычисляют разность между максимальной температурой в каждой зоне реактора и

Ь Средней температурой в реакторе, регулируют подачу пара в каждую зону реактора обратно пропорционально этой вычисленной разности, сравнивают максимальную температуру в каждой зоне реактора ее граничньм значением и при достижении максимальной температуры в зоне реактора своего граничного значения прекращают подачу пара в соответствующую зону реактора.

0

5

0

5

Изобретение относится к автоматизации процесса пуска установки жидкофазного окисления углеводородов, может быть использовано в химической промьшшенности и позволяет интенсифицировать процесс и повысить безопасность его пуска. Устройство, реализующее способ управления процессом пуска установки содержит контур регулирования расхода хладагента в конден сатор 9, датчик (д) 12, регулятор (р) 13 и исполнительный механизм (им) 24, контур регулирования скорости разогрева реактора 1 по температуре в его зонах (Д 2 температуры, вычислительные блоки 3,4 Р 5 скорости, ИМ 6 на линии подачи на разогрев реактора), контур регулирования разности средней и минимальной температуры в реакторе- с учетом перепада температур газожидкостного потока (вход и выход конденсатора) воздействием на пульсирующую подачу воздуха в нижнюю часть реактора 1 (Д 2, вы- числительньй блок 3, сумматор 7, Р 8 разности средней и минимальной температуры, генератор )6, связанньм через Р 15 перепада температур и сумматор 14 с Д 10 и II температур). I ил. (Л лГ