Способ управления процессом синтеза аммиака Советский патент 1989 года по МПК C01C1/04 G05D27/00 

Изобретение относится к области управления химическими процессами |И может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и в химической промышленности в производстве аммиака.

Цель изобретения - увеличение производительности процесса за счет повышения точности регулирования состава циркуляционной смеси.

На чертеже приведена система, реализующая предлагаемый способ.

Система управления и технологическая схема содержат конвертор 1 первой ступени, конвертор 2 второй ступени, колонну 3 синтеза, измеритель 4 расхода природного газа, вентиль 5 подачи газа, первый регулятор 6, первый задатчик 7, измеритель 8 подачи возг цуха, второй регупятор 9, вентиль 10 подачи воздуха, измеритель 11 температуры газа после конвертора второй ступени, первый, второй, третий, чет- вертьй, пятый и шестой пороговые элементы 12-17, первый и второй элементу J8 и 19 совпадения, делитель 20, первый и второй ограничители 21 и 22, третий регулятор 23, второй задатчик 24, функциональный блок 25 и измеритель 26 соотношения между водородом и азотом.

Способ осуществляют следующим образом.

сл to

сл

а

Измеритель 4 предназначен для измерения подачи природного газа. Пер- вый регулятор 6 предназначен для поддержания задаваемого расхода газа и может иметь ПИД-структуру. Первый задатч1Ж 7 предназначен для запоминания задания ЗГ по расходу газа и газа, вводимого в регулятор 6. Измеритель 8 предназначен для формирова- ния величины F расхода воздуха. Второй регулятор 9 предназначен для поддержания требуемого расхода воздуха и может иметь ПИД-структуру.

Вентиль 10 предназначен для изме- нения подачи воздуха. Измеритель 11 предназначен для определения температуры t газа после конвертора второй ступени и может быть реализован на базе датчика с термопарой.

Первый и второй пороговые элементы 12 и 13 предназначены для осуществле- ния проверок и , где В р - первое и второе заданные значени По расходу воздуха. При выполнении этих условий поступают сигналы на два входа элемента 18 совпадения. Третий пороговый элемент 14 предназначен для осуществления проверки , где В - второе граничное значение по температуре после конвертора второй ступени. При выполнении этого условия поступает сигнал на третий вход элемента 18.

Четвертый, пятый и шестой пороговые элементы 15-17 предназначены для осуществления проверок , соответственно, где Н и В - ограничения по допустимому расходу воздуха (, ), В - первое граничное значение по температуре после конвертора второй ступени (В 7 В).

При выполнении условия элемент 15 выдает сигнал L на первые входы ограничителей 21 и 22. При выполнении условий, проверяемых элементами. 16 и 17, поступают сигналы на входы второго элемента 19 совпадения.

Первый элемент 18 совпадения преД назначен для выработки выходного сигнала ф при поступлении сигналов на все его три входа.

Второй элемент 19 совпадения предназначен для выработки выходного сигнала G при поступлении сигналов на все его два входа.

Делитель 20 предназначен для определения задания 3 F регулятору 9

1520

ы - ия 25 аJQ , Q

дс .

52715 4

делением величины задания газа 3F на величину /i. При этом изменение величины ft приводит к изменению

ЗГ

5 подачи воздуха, так как

50

55

Л

Первый ограничитель 21 предназначен для коррекции задания регулятора 9 в зависимости от сигналов L и G. Если на вход ограничителя 21 поступает сигнал на уменьшение расхода воздуха (), а сигнала L нет, то принимается , если поступает сигнал на увеличение расхода воздухам (), а сигнала G нет, то принимается . В остальных случаях сигнал по заданию регулятору 9 не меняется.

Второй ограничитель 22 предназначен для корректировки управления по и. Если 4 В О и нет сигнала G, то принимается . Если и нет сигнала L, то принимается , В остальных случаях управление по Ji не меняется.

Третий регулятор 23 предназначен для формирования управления по величине ft из условия регулирования соотношения между водородом и азотом относительно задания вводимого в этот регулятор. Параметры регулятора могут изменяться в соответствии с изменением задания по расходу газа, например, по линейной зависимости. Второй задатчик 24 предназначен для хранения заданного значения р, и уточнения ft по величине соответствующего управления.

Функциональный блок предназначен для определения скорректированного значения величины йр, умножением 4/3 на коэффициент К и последующего изменения д/1 на величину компенсации

При этом (К-Р)а/3 , где , при наличии сигнала f, Р 1,

в остальных случаях (К - заданный коэффициент, Р - параметр компенсации),

Изменения величины /)уз соответствуют изменениям задания расхода возЗГдуха, так как 33F - -- Зр

|

Поскольку скорректированное изменение расхода воздуха равно

ЗГ

.-й1Ь, то скорректированное изменение расхода составит . Таким образом, определение скорректирован515271

ного значения величины л/1 адекватно умножению требуемого изменения расхода воздуха на заданный коэффициент К. Одним из вариантов реализации блока 25 может быть параллельное включе- 5 ние двух цепочек в первой из которых находится реальное дифференцирующее звено, выход которого подключен к

ограничителю сигнала, а во второй цепочке - усилительное звено.

Работу блока 25 можно несколько улучшить, если ограничивать величину изменения расхода воздуха на цикле управления по заданным максимальным и минимальным изменениям расхода. Например: -Н в|-Вд, , К -- при

наличии сигнала ф, в остальных слу- чаях 1 ; )

при этом при , при ,

где Н и В - заданные допустимые изменения,

Измеритель 26 предназначен для определения величины соотношения между водородом и азотом в цикле синтеза и может быть реализован на базе промышленного хроматографа (газоанализатора.

При помощи измерителя 26 формируют текущее значение соотношения между водородом и азотом, которое подают на вход третьего регулятора 23. При помощи измерителя 11 формируют величину температуры после конвертора второй ступени, которую подают на входы третьего и шестого пороговых элементов 14 и 17. При помощи измерителя 8 определяют величину F расхода воздуха, которую подают на вход второго регулятора,9, на входы первого, второго четвертого и пятого пороговых элементов 12, 13, 15 и 16, С помощью измерителя 4, первого регулятора 6 и вентиля 5 подачи газа поддерживают подачу газа, равно заданию, вводимому с первого задатчи ка 7, При помощи первого, второго и третьего пороговых элементов 12-14 и первого элемента 18 совпадения вырабатывают сигнал ф и подают на второй вход функционального блока 25. При помощи пятого и шестого пороговых элементов 16 и 17 второго элемента 19 совпадения вырабатывают сигнал G и подают на вторые входы ограничителей 21 и 22. При помощи четвертого

5

0

5

0

5

0

5

0

45

0

5

56«

порогового элемента 15 вырабатывают сигнал L и подают на первые входы ограничителей 21 и 22. С помощью третьего регулятора 23 формируют управление по величине р-отношению заданий по расходам газа и воздуха. Изменения величины ц соответствуют изменениям расхода воздуха из условия регулирования состава смеси. С помощью второго ограничителя 22 управление по /ь кор-- ректируют в зависимости от сигналов L и G. С помоп;ью функционального блока 25 вначале выдают скорректированное -значение управления по /j, соответствующее скорректированному изменению расхода воздуха (K43F), затем изменяют в соответствии с характеристикой функционального блока uf на величину компенсации т, что вызывает соответствующее изменение расхода воздуха /-(K-P)-/33F/.

При наличии в составе функционального блока ограничителя величина управления в ряде случаев после выдачи скорректированного управления может на протяжении некоторого времени быть неизменной. С помощью второго задатчика 24 запоминают уточненное значение величины л, При помощи делителя 20 определяют задание регулл- тору 9, которое ограничивают при помощи первого ограничителя 21 и выдают в камеру задания регулятора 9. С помощью регулятора 9 и вентиля 10 . поддерживают расход воздуха, равный заданию 3F.

Возможны различные варианты реализации способа. В частности, возможен такой вариант, когда регулятор непосредственно изменяет расход воздуха, который также корректируется и из условия компенсации расхода газа. Тогда блоки 22, 24 и 20 аннулируются.

Блок 23 подключают к блоку 25, блок 25 подключают к блоку 21. Вводят компенсатор и сумматор. Вход компенсатора подключают к выходу блока 7, а выход - к первому входу сумматора, на второй вход сумматора подают сигнал с выхода блока 21, а выход сумматора подключают к камере задания регулятора . 9.

Итак, величину выдаваемого увеличения или уменьшения расхода воздуха корректируют, исходя из условия повышения качества регулирования и таким образом, что это не приводит к пред10

/15271Ь6

аварийным ре жимам. В случае же невозможности такой коррекции на объект выд ается обычное управление.

Предлагаемый способ обеспечивает по сравнению с известным более высокое качество управления процессом синтеза аммиака, поскольку позволяет увеличить точность регулирования состава смеси и предупредить возникновения ряда предаварийных режимов. Это приводит к повышению стабильности процесса и увеличению его производительности. Формула изобретения

Способ управления процессом синтеза аммиака, включающий регулирование подачи воздуха в конвертор метана второй ступени в соотношении с заданным расходом природного газа в кон-, вертор метана первой ступени,с коррекцией по составу циркуляционной смеси на входе колонны синтеза,измерение и сравнение текущего значения температуры

15

8

-ЧЬЮ увеличения производительности процесса за счет повышения точности регулирования состава циркуляционной смеси, дополнительно сравнивают текущее значение температуры конвертированного Газа на выходе конвертора метана второй ступени с вторым граничным значением, при текущем значении расхода воздуха больше первого и меньше второго заданного значения и текущем значении температуры конвертированного газа ниже второго граничного значения изменяют подачу воздуха, через заданный промежуток времени изменяют подачу воздуха в противоположном направлении, сравнивают текущее значение расхода воздуха с верхним и нижним граничными значениями, определяют направление изменения текущего значения расхода воздуха, при текущем значении расхода воздуха меньше нижнего граничного значения и уменьшении рас- конвертированного газа на выходе кон- 35 „ода воздуха и при текущем значении

расхода воздуха больше верхнего гравертора метана второй ступени с первым граничным значением, сравнение текущего значения расхода воздуха с двумя заданными значениями, отличающийся тем, что, с ценичного значения и увеличении расхода воздуха стабилизируют расход воздуха на текущем значении.

0

71Ь6

5

8

-ЧЬЮ увеличения производительности процесса за счет повышения точности регулирования состава циркуляционной смеси, дополнительно сравнивают текущее значение температуры конвертированного Газа на выходе конвертора метана второй ступени с вторым граничным значением, при текущем значении расхода воздуха больше первого и меньше второго заданного значения и текущем значении температуры конвертированного газа ниже второго граничного значения изменяют подачу воздуха, через заданный промежуток времени изменяют подачу воздуха в противоположном направлении, сравнивают текущее значение расхода воздуха с верхним и нижним граничными значениями, определяют направление изменения текущего значения расхода воздуха, при текущем значении расхода воздуха меньше нижнего граничного значения и увеличении расхода воздуха стабилизируют расход воздуха на текущем значении.

Изобретение касается управления химическими процессами, может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и в химической промышленности в производстве аммиака и позволяет увеличить производительность процесса за счет повышения точности регулирования состава циркуляционной смеси. Способ управления основан на регулировании состава циркуляционной смеси на входе колонны синтеза аммиака изменением подачи воздуха в конвертор метана второй ступени с учетом ограничений, накладываемых на максимальное значение температуры конвертированного газа на выходе конвертора метана второй ступени и на максимальное и минимальное значения воздуха. 1 ил.