Система автоматического регулирования состава азотоводородной смеси в производстве аммиака Советский патент 1987 года по МПК C01C1/04 G05D27/00 

связанные с сумматором 14, подключенным к входам порогового элемента 17, соединенного с входом элемента 19 совпадения, и блока умножения 18, соединенного с одним из входов блока 24 умножения Выход элемента 19 через компенсатор 22 связан с К 26 подачи азота в стадию дозировки 7 и через другой вход блока 2Д умноже

1

Изобретение относится к автоматическому управлению химико-технологическими процессами и может быть использовано в промьшшенности по производству минеральных удобрений при автоматизации установок синтеза аммиака, работающих на азотоводородной смеси, получаемой в установках низкотемпературного разделения коксового газа.

Цель изобретения - увеличение производительности установки синтеза аммиака за счет повьшения качества реглирования состава азотоводородной смеси о

На чертеже приведена функциональная схема системы,

Регулируемьй процесс осуществляется в несколько стадий, реализуемых на технологических линиях переработки коксового газа с получением амми- акао

Очищенный от примесей коксовый газ подают на стадию 1, где в резуль тате низкотемпературного охлаждения и конденсации из газа удаляют ряд фракций (воду, этилен, метан)„ Затем на стадии 2 происходит отмывка жидким азотом от углекислого газа (СО), После этого получают смесь, содержа- жащую примерно 85% Н и 15% Nj, Затем на стадии 3 дозировки в смесь добавляют требуемое для синтеза аммиака количество азота. Полученная свежая азотоводородная смесь охлаж- дает противотоком прямой поток исходного коксового газа и после компри- мирования до высокого давления подается на стадию синтеза в цикл синтеза аммиака о В колонне 4 синтеза образуется аммиак с Стадии 1-3 осу

48298

кия - с сумматором 11„ Другие входы элемента 19 соединены с выходами взаимосвязанных пороговых элементов . 13 и 16. При этом вход элемента 13 подключен к измерителю 12, а входы элемента 16 - к измерителям 20 и 21 расхода свежей смеси на выходах соответственно второй установки разделения и второй установки синтеза 1 ил.

0

15

0

5

ц 5

0

ществляются в первой установке разделения коксового газа Колонна 4 синтеза входит в состав первой установки синтеза.. Параллельно к технологической линии со стадиями 1-3 и колонной 4 синтеза подключена вторая технологическая линия со стадиями 5-7 охлаждения коксового газа, отмывки от СО и дозировки соответственно и второй колонной 8 синтеза.

Стадии 5-7 осуществляются во второй установке разделения, а вторая колонна 8 входит в состав второй установки синтеза. Параллельное включение колонн синтеза объясняется необходимостью обеспечения работоспособности всех колонн при уменьще- нии производительности какой-либо из установок разделения коксового газа или при выходе из строя какого-либо компрессора подачи азотоводородной смеси о

Система регулирования содержит датчик 9 концентрации водорода в циркуляционном газе, регулятор 10 концентрации водорода в циркуляционном газе, первый сумматор П, измеритель 12 расхода свежей смеси на выходе первой установки разделения, первый пороговый элемент 13, второй сумматор 14, измеритель 15 расхода свежей смеси на входе первой установки синтеза, второй пороговый элемент 16, третий пороговый элемент 17, первый блок 18 умножения, элемент 19 совпадения, измеритель 20 расхода свежей смеси на выходе второй установки разделения, измеритель . 1 расхода свежей смеси на входе второй установки синтеза, компенсатор 22, измеритель 23 положения вентиля подачи дозировочного азота на второй установке разделения, второй блок 24 умножения, вентили 25 и 26 подачи дозировочного азота на первую и вторую установки разделения.

Датчик 9 предназначен для формирования величины А - концентрации водорода в циркуляционном газе„

Первый сумматор 11 предназначен для формирования результирующего управления, равного сумме управлений, подаваемых на входы сумматора, и для выдачи результирующего управления на регулирующий орган

Измеритель 12 расхода свежей смеси на выходе первой установки разделения предназначен для формирования величины Q, расхода свежей азотово- дородной смеси, подаваемой с первой установки разделения коксового газа

Первый пороговый элемент 13 предназначен для сравнения величин, подаваемых на его входы. Если величина, подаваемая на второй вход этого элемента, превышает величину, подаваемую на первый вход этого элемента, более чем на величину константы 4 на выходе первого порогового элемента 13 появляется соответствующий сигнал.

Второй сумматор 14 предназначен для формирования разности между величиной, подаваемой на его второй вход, и величиной, подаваемой на первый вход этого сумматора.

Измеритель 15 расхода свежей смеси на входе первой установки синтеза предназначен для формирования величины Fy расхода свежей азотоводородной смеси, подаваемой на вход первой установки синтеза аммиака„

Второй пороговый элемент 16 предназначен для сравнения величин, подаваемых на его входы. Если величина, подаваемая на первый вход этого элемента, больше величины, подаваемой на его второй вход, более чем на величину константы 2. выходе порогового элемента 16 появляется соответствующий сигнал

Третий пороговый элемент 17 предназначен для сравнения величины.

подаваемой на его вход, с положитель - величине W - положению дозировочноной константой 4 о Если входная вели. - - .)

чина этого элемента больше константы 4 , на выходе порогового элемента 17 появляется соответствующий сигнгш,

го вентиля 26 подачи азота на второй установке разделения о В частном случае измеритель 23 может быть реализован с использованием датчика давле-

Первьй блок 18 умножения предназначен для умножения входной величиныj

на величину D -, где - - настро

ечная константа (./ 3 0,4 - 0,7), а

R - также константа, равная эталонной разности расходов F и Q.,,.

Элемент 19 совпадения предназначен для выдачи сигнала о возможности компенсации возмущающего воздействия, который формируется с помощью элемента 19 при наличии сигналов на всех его трех входах, Если хотя бы

на одном входе элемента 19 нет соответствующего сигнала, отсутствует и сигнал на выходе элемента 19 совпадения.

Измеритель 20 расхода свежей смег

си на выходе второй установки разде- ления предназначен для формирования величины расхода свежей азотоводорад- ной смеси, подаваемой с второй установки разделения коксового газа,

Измеритель 21 расхода свежей смеси на входе второй установки синтеза предназначен для формирования величины F расхода свежей азотоводородной смеси, подаваемой на вход второй

установки синтеза о

Измерители 12, 15, 20 и 21 могут быть реализованы на базе промьшшен- ных расходомеров.

Компенсатор 22 предназначен для выработки управляющего сигнала, корректирующего подачу дозировочного азота на первой установке разделения и компенсирующего возмущающие воздействия, возникающие при изменени положения дозировочного вентиля подачи азота на второй установке разделения. Передаточная функция компенсатора 22 задается из условия инвариантности концентрации А к положению дозировочного вентиля подачи азота на второй установке разделения при эталонном значении разности FI - Q (т.е. при Г - (1 R).

частном случае компенсатор 22 может иметь структуру усилительного звена.

Измеритель 23 предназначен для формирования и передачи сигнала по

величине W - положению дозировочного вентиля 26 подачи азота на второй установке разделения о В частном случае измеритель 23 может быть реализован с использованием датчика давле- ,

ПИЯ, фиксирующего величину давления воздуха, перемешающего шток вентиля

Второй блок 24 умножения предназначен для уточнения величины управления, вырабатываемого компенсатором 22, умножением ее на величину, формируемую в первом блоке 18 умножения .

Вентиль 25 подаш дозировочного азота на первой установке разделения предназначен для изменения количества азота, подаваемого Б азотоводо- родную смесь, получаемую в первой установке разделения коксового газа Изменение положения этого вентиля приводит к изменению концентрапии водорода л смеси на выходе установ- юл разделения и в системе циркуляции

Система работает следующим образом,

При помощи датчика 9 формируется величина А концентрации водорода в циркуляционном газе первой установки синтеза, которая подается на вход регулятора 10 В камеру задания регулятора 10 подается задание по величине А, При помопда регулятора 10 формируется управление из условия устранения рассог ласования между заданием по А и значением А. Это управление подаетсн на вход первого сумматора 11. С помощью измерителя

12формируется величина Q. ргчсхода свежей смеси на выходе первой установки разделения, которая подается на вход первого порогового элемента

13и второго сумматора 14, При помощи измерителя 15 формируется величина F, ресхода свежей смеси на входе первой установки синтеза и подается на друго11 вход второго сумматора 14 С помощью последнего формируется разность между величинами расходов

F, иО.,

Выходная величина второго сумматора 14 (F О--) подается на вход третьего порогового элемента 17 и на вход первого блока 18 умножения, С помощью третьего порогового элемента 17 величин;) разности Р - О сравнивается с шхпо .лнтельно; константой и и при F, - Q./ Л выдается сигнал на nepii iJi вход элемента 19 совпадения, С помощью измерителя 20 формируется величина CL расхода све- жеи смеси на выходе второй установки разделения и подается на вход первого порогового элег-:ента 3 и вход впю

48298

рого порогового элемента 16, При помощи измерителя 21 формируется величина F- расхода свежей смеси на вхо де второй установки синтеза и подается на вход второго порогового элемента 16, При помощи первого порогового элемента 13 сравниваются величины Q и Q и при Q, Q / + Y вьща10 ется сигнал на второй вход элемента 19 совпадения, -д,-. константа. При помоиш второго порогового элемента 16 сравниваются величины Q. и 2, и при 0. F + 4 , где - кон15 станта, выдается сигнал на третий вход элемента 19 совпадения, С выхода элемента 19 подается сигнал на первый вход компенсатора 22, включая компенсатор 22 в случае поступ70 ления сигнала на все три входа элемента 19, Если хотя бы на одном входе элемента 19 отсутствует сигнал, компенсатор 22 выключается. При по- измерителя 23 формируется вели25 чина Wj положения дозировочного вентиля 26 подачи азота на второй уста- новке разделения и подается на второй вход компенсатора 22, При помощи первого блока 18 умножения формиру30 ется произведение разности Fy - 0 на константу D, Сформированная величина подается на второй вход второго блока 24 умножения, С помощью компенсатора 22 при наличии сигнала о вклю- чении от элемента 19 совпадения вырабатывается компенсирующее воздействие для возмущения по W Выходная величина компенсатора 22 подается на первый вход второго блока 24 умноже У НИН, где умножается на выходную величину первого блока 18 умножения. Выходная величина второго блока 24 умножения подается на вход первого сумматора 11, с помощью которого суммируется управление, вырабатываемое регулятором 10, с выходной величиной второго блока 24 умножения и выдается результирующее управление на вентиль 25 подачи дозировочного азота на первой уста- }говке разделения, С помощью вентиля 25 изменяют подачу азота и поддерживают тpeбye ryю величину концентрации в циркуляционном газе первой установки синтеза„

Описанный учет расходов Ц, Q , F

50

55

и - позволяет корректировать положение вентиля 25 с помощью компенсатора 22 и блока 24 умножения лишь

1

при действительном наличии возмущпю- воздействия. Для регулирования концентрации водорода в системе циркуляции второй установки синтеза может быть использована система регулирования, аналогичная предлагае- мой| либо система, приведенная в качестве прототипа о

Система может быть реализована как с использованием УВМ, так и на базе стандартных аналоговых средств автоматизации„

Данная система обеспечивает по сравнению с прототипом более высокое качество регулирования состава азото водородной смеси в производстве аммиака, поскольку позволяет компенсировать одно из наиболее мощных возмущений, поступающих на колонну синтеза. Компенсация рассматриваемого возмущения приводит к существенному повьшению стабильности технологического процесса и увеличению его производительности о

Формула изобретения

Система автоматического регулирования состава азотоводородной смеси в производстве аммиака, состоящая из двух параллельных технологических линий, каждая из которых включает в себя установки разделения коксового газа и синтеза аммиака, содержащая измерители расхода свежей смеси на входе первой и второй установок синтеза, датчик концентрации водорода в циркуляционном газе первой установки синтеза, соединенный с входом регулятора, и вентили подачи дозировочного азота на первую и вторую установки разделения, отличающаяся тем, что, с целью увели- .чения производительности установки синтеза аммиака за счет повьш1е ия качества регулирования состава азо- ,товодородной смеси, она дополнительРедактор М.Петрова

Составитель Т.Голенгаина Техред Л.Сердюкова

Заказ 5159/22 Тираж 455Подписное

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

48298о

но со;|,ержнт ;лва гy fмaтopa, измерители расхода свежей смеси на выходе первой и второй установок разделения.

три пороговых элемента, два блока

умножения, элемент совпадения, компен- сатп|1, измеритель положения вентиля гюдачи дозировочного азота на вторую установку разделения, при этом выход измерителя расхода свежей смеси на вь;ходе первой установки разделения параллельно подключен к пер вым входам первого порогового-элемента и второго сумматора, вторые входы которого связаны г. выходами измерителей расхода свежей смеси соответственно iia выходе второй установки разделения и входе первой установки синтеза, гйрвый и второй входы второго порогового элемента подключены к выходам измерителей расхода свежей смеси на выходе второй установки разделения и входе второй установки синтеза, выход второго сумматора параллельно

соединен с входами первого блока умножения и третьего порогового элемента, подключенного своим выходом к nepnoNfy входу элемента совпадения, BTcpofi и третий входы которого связаьь с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, вы- xcTi, элемент./) . совпадения соединен с первь м входом компйнсатора, второй вход которого связан с выходом измеригеля положения вентиля подачи дозировочного -азота на вторую установку разделения, выход компенсатора подключен к первому входу второго блока умноже1шя, соединенного своим

вторь м входом с выходом первого блока умножения, а выходом - с первым входом первого сумматора, выход регулятора связан с вторым входом первого сумматора, выход которого подключен к вентилю подачи дозировочного азота на первую установку разделения.

Корректор О.Кравцова

Изобретение относится к системе автоматического регулирования состава азотоводородной смеси в производстве аммиака, может быть использова- но в химической промьшшенности и позволяет увеличить производительность установки за счет повышения качества регулирования. Система содержит контур регулирования концентрации водорода в циркуляционном газе, датчик 9, регулятор 10, сумматор П и клапан (К) 25 подачи азота в стадию 3 охлаждения. На выходе первой установки разделения и входе первой установки синтеза расположены измерители 12,15 расхода свежей смеси. а (/) Нг жидк