Способ регулирования температуры выходного продукта трубчатой печи Советский патент 1987 года по МПК C01C1/04 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизацин технологических процессов, а именно процесса получения водорода в трубчатой печи, и может быть ис- по льзовано в химической, нефтехимической {тромьшшенности и промышленности по производству минеральных удобрений при автоматизации производства аммиака и метанола.

Целью изобретения является снижение расхода природного газа за счет повьшения качества регулирования температуры выходного продукта.

На чертеже приведена схема реализации данного способа.

Схема содержит потоки 1 и 2 природного газа и пара, объединенные коллектором 3, трубчатую печь- 4, потоки 5 и 6 выходного продукта и топлива, датчики 7-13 соответственно расходов природного газа и пара, температуры поступающего продукта, расхода и состава топлива, температур выходного продукта и дымовых газов, регуляторы 14, 15 и 16 соответственно расходов природного газа, пара и топлива, за датчик 17 температуры и вычислительное устройство 18.

Способ осуществляется следующим образом.

Природный газ и пар смешиваются и образуют поток поступающего продукта которьй подается в трубчатую печь 4, где происходит реакция конверсии природного газа с паром на катализаторе с образованием потока 5 выходного продукта, который поступает на дальнейшую переработку, топливный газ подается в трубчатую печь 4 для сжигания и образования тепла, необходимого для конверсии природного газа. Сигналы с датчиков 7-13 расхода природного газа и пара, температуры поступающего продукта, расхода топлива и состава топлива, температуры выходного продукта и дымовых газов поступают в вычислительное устройство 18. Расходы природного газа, пара и топлива регулируются регуляторами 14, 15 и 16 соответственно. Заданное значение температуры выходного продукта с задатчика 17 температуры вводится в вычислительное устройство 18, которое по соответствующим зависимостям рассчитывает необходимое количество топлива и в виде задания через устройства связи с объектом выдает на регулятор 16 расхода топлива.

Управляющее воздействие на изменение расхода топлива в функции величины и интеграла сигнала ошибки рассчитывается по выражению

Q к,(лт -лт - )+ , (1)

где К„

к„

коэффициенты настройки пропорциональной и интегральной составляющих; ЛТ ,дТ - сигналы ошибки (разность между заданной температурой, снимаемой с задатчика 17 и текущей температурой выходного продукта, снимаемой с датчика 12 , с) соответственно в данньй момент времени t и в пре- дьщущий момент времени

25

t - 4t,

(2)

30

t

i.

где At - цикл работы вычислительного устройства по решению данной задачи; знак суммы, в данном случав при дискретном регулировании, заменяет интеграл (tg - время включения задачи),

Коэффициенты К и К, зависят от 35 коэффициента усиления объекта по каналу расход топлива - температура выходного продук та. Объект регулирования является нелинейным относительно нагрузки на трубчатую печь по рас- ходу природного газа, и коэффициент усиления описывается уравнением

К а„ - a/VTn

пг

(3)

где а., и а,

Qnrкоэффициенты для агрегата аммиака ДМ-600, соответственно равные 0,158 и 12;

расход природного газа., снимаемый с датчика 7,

нм

/ч.

Расчет коэффициентов К и К выполняется следующим образом.

По величине расхода природного газа . рассчитывают К по уравнению (3); рассчитывают коэффициент усиления регулятора по выражению

Кр 1/К

(4)

рассчитывают коэффициент настройки интегральной составляющей по вьфа- жению

.K

об

где

Т -- о5

постоянная времени объекта регулирования, определяемая по динамической характеристике, (для агрегата аммиака АМ-600 ТрБ 900 с); рассчитьшают коэффициент настройки пропррциональной составлянлцей по выражению

п р

К

Кроме того, коэффициент настройки интегральной составляющей корректируют .в зависимости от направления изменения температуры выходного продукта относительно ее заданного значения. Если изменение температуры выходного продукта происходит в направлении от заданного ее значения, то это режим расхождения температур. Если изменение температуры выходного продукта происходит в направлении к заданному ее значению, то это режим схождения температур.

Определение режимов (расхождения или схождения) выполняют следующим образом.

Определяют знак сигнала ошибки ЛТ , производную сигнала ошибки по выражению

(6

pi

(7)

ll-I- I-l. it

определяют знак производной сигнала ошибки Р . Если знаки сигналов ошибки и ее производной совпадают, то это - режим расхождения по выражению

и К| корректируют

к.

. н

к + з/лт7.

т.е. с целью более быстрого достижения заданного значения температуры интегральную составляющую увеличивают. Если знаки сигналов ошибки и ее производной не совпадают, то это - режим схождения выражению

и К., корректируют по

К.

KH

/uTi/

т.е. с целью недопускания нерегулн- рования интегральную составляющую уменьшают.

Чтобы избежать деления на О в уравнении (9), выполняют проверку абсолютного значения ЛТ на допустимую величину по рыражению

10

/4Т / г

(10)

где

заданная точность регулирования (для агрегата аммиака АМ-600 1).

15 Если 1, то интегральную составляющую обнуляют.

Управляющее воздействие (по ком- пенсации возмущающих воздействий) .в функции величины расхода и темпера- 20 туры поступающего продукта, температуры дымовых газов, расхода топлива и его теплотворной способности, соотношения пар/природный газ в поступающем продукте рассчитывают следую- 25 щим образом.

Рассчитывают теплотворную способность топлива в тыс.ккал/нм по вы- ражению

0 0,0863 Z - 0,0252 Z,, +

30

+ 0,1518 Zj + 0,2166 Z,

(11)

где Z

1

35

40

45

5 I U, U. I f-t

соответственно содержание мета- на, азота, этана и суммы высших углеводородов в топливе (природном газе), снимаемое с датчика 11, об.%.

При отсутствии автоматического анализа топлива его состав вводится в вычислительное устройство по лабораторному анализу периодически , так как состав топлива изменяется с большим периодом и малой амплитудой. Рассчитывают количество тепла, необходимое для компенсации возмущений по выражению .

-

50

uY

где b

1 4

4

Z )

b,.

iX.

(12)

55

коэффициенты для агрегата аммиака АМ-600, соответственно равные - 0,0064, 0,71, 0.,27- 0,462, 0,0073;

лх,

изменение количества поступающего продукта,

Л X.

изменение температуры поступающего воздуха;

Xj - изменение температуры дымовых газов; ах, - изменение соотношения пар/природный газ в поступающем продукте;

Рассчитывают управляющее воздействие на расход топлива для компенсации возмущений по выражению

ЛР .

(13)

Формула изобретения

Изменение количества поступающего, продукта определяют по выражению

х, (QV - Q;)-(Q

1-1

пг

Q п ).

где

QV. Qn я

;Л Qn

;-1

соответственно расходы природного газа и пара в данный момент времени t и предьздущий момент времени tj, , снимаемые с датчиков 7 и 8, .

Изменение температуры поступающего продукта определяют по выражению

35

Лх

-

где х„ - температура поступающего

продукта, снимаемая с датчика 9, °С,

Изменение температуры дымовых газов определяют по выражению

i X i X ,

1-1

где Xj - температура дымовых газов,

снимаемая с датчика 13, С. Изменение соотношения пар/природный газ в поступающем продукте определяют по выражению

дх,

.2ii.

Q;

пг

iL Q;-

пг

Общее управляющее воздействие на расход топлива рассчитьгоают по выражению

Способ регулирования температуры 20 выходного продукта трубчатой печи путем регулирования подачи природного газа и пара в печь, регулирования

(14)подачи топлива в печн в зависимости от расходов и температуры природного

25 газа и пара, температуры дымовых газов и состава топлива, отличающийся тем, что, с целью сни- жения расхода топлива за счет повышения качества регулирования темпера30 туры выходного продукта, вычисляют разность между заданным и измеренным значениями температуры выходного продукта в текущем и предыдущем моменте времени, знак, разности температур в текущем моменте времени и производную этой разности температур и ее определяют пропорциональную сос(15)тавляющую управляющего сигнала в зависимости от вычисленной разности

40 температур в текущем и предыдущем моментах времени и расхода природного

газа, определяют интегральную составляющую управляющего сигнала в зависимости от вычисленной разности

45 температур в текущий момент времени, расхода природного газа, знака разности температур в текущем моменте времени и производной этой разности температур, сравнивают абсолютное

5Q з.начение разности температур в текущем моменте времени с заданным значением разности температур, и при абсолютном значении разности температур (|у) в текущем моменте времени, большем

55 заданного значения разности, подачу топлива в печь корректируют прямо пропорционально пропорциональной и интегральной составляющих управляющего сигнала, а при абсолютном зна(16)

др aQ -i- 4Qj.

(18)

Рассчитанное в вычислительном устройстве 18 управляющее воздействие

на изменение расхода топлива выдается в виде приращения на изменение задания регулятору 16 расхода топлива, который устанавливает необходимьш

расход топлива.

Использование изобретения-обеспечивает поддержание выходного продукта с точностью от заданной, что позволяет снизить расход топлива на

8 нм /т.аммиака.

Формула изобретения

713336378

чении разности температур в текущем в печь корректируют прямо пропорци- моменте времени, меньшем заданного онально пропорциональной составляю- значения разности, подачу топлива щей управляющего сигнала.

Изобретение относится к автоматизации процесса получения водорода в трубчатой печи, может быть использовано в химической и нефтехимической промьшшенности и позволяет . снизить расход топлива за счет повышения качества регулирования. Способ реализуется устройством, содержащим контур стабилизации расхода природного газа: датчик (Д) 7 расхода, регулятор (Р) 14, исполнительный механизм (ИМ) подачи газа в печь 4; контур стабилизации расхода пара в линию подачи природного газа: Д 8 расхода, Р 15 и ИМ и контур регулирования расхода топлива в печь: П 10, Р 16 и ИМ. По сигналам Д 7, 8, 10, а также Д 10 температуры входящего продукта, Д 12 температуры выходного продукта и Д 13 температуры дымовых газов вычислительный блок 18 по соот- ветствукицим зависимостям рассчитьшает количество топлива в виде задания для Р 16. 1 ил. с ( (Л Н-€Н со со СО О5 со