Устройство автоматической аварийной защиты потенциально опасных химико-технологических процессов Советский патент 1990 года по МПК B01J19/00 G05D27/00 

Изобретение относится к области управления химико-технологическими процессами, в частности к устройствам автоматической аварийной защиты жидкофазных, экзотермических, потенциально опасных процессов, проводимых во взрывоопасных условиях, и может быть использовано в химической, химико-фармацевтической, витаминной и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение надежности защиты устройства за счет сокращения числа ложных срабатываний.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства автоматической аварийной защиты потенциально опасных химико- технологических процессов; на фиг.2 .варианты изменения опасного параметра во времени; на фиг.З - временные диаграммы, показывающие моменты срабатывания отдельных элементов устройства во времени.

Устройство содержит датчик 1, кон ролирующйй опасный параметр, характеризующий развитие аварийной ситуации процесса, протекающего в реакторе 2, вторичный прибор 3 (вторичный измерительный преобразователь), ре- гуляторы первого контура 4 с задат- чиком 5 и второго контура 6 с задат- чиком 7, блока 8 и 9 логики, блок 10 опорного сигнала, включающий интегрирующий блок 11, реле 12 и 13 сравнения с задатчиками 14 и 15, элемент 16, реализующий функцию ЗАПРЕТ, блок 17 задержки, блок 18 коррекции, включающий элемент 19, реапи зующий функцию ЗАПРЕТ, логический элемент 2И 20, элемент ПАМЯТЬ 21, исполнительные механизмы 22-25, датчик 26, дублирующий основной датчик

0

5

n 5

0 .,

0

5

Устройство работает следующим образом.

Посредством датчика 1 и вторичного прибора 3 контролируют опасный- параметр процесса, протекающий в реакторе 2. Сигнал с вторичного прибора поступает на позиционные регуляторы первого 4 и второго 6 контуров и сравнивается со значением двух уставок II т формируемых задат- чиками 5 и 7.

Изменение параметра, представленного кривой Т (фиг.2), характеризует действительно аварийный режим. После достижения параметром первой уставки (1уСТ) системы защиты в момент времени С, , через интервал времени дС срабатывания системы защиты и после нанесения защитного воздействия, скорость изменения параметра уменьшается (кривая Т/ ). После достижения параметром второй уставки (llycr), если не принять защитных воздействий, контролируемый параметр превышает критическое значение (Крит, зн.) , что приводит к аварии. При достижении параметром второй уставки системы защиты и принятия защитных воздействий в момент времени С2, через интервал времени срабатывания системы защиты , скорость изменения контролируемого параметра снижается (кривая I1 ), и параметр не достигает Крит.зн., авария не наступает.

При росте сигнала, вызванном необоснованным срабатыванием датчика, т.е„ ложным срабатыванием типа короткого замыкания (кривая II), сигнал от датчика растет от I чстдо TIvoT. намного быстрее, чем при развитии аварийной ситуации, характерной для рассматриваемого об-ьр - защиты.

При более низкой скорости измене- ния параметра (кривая III), после защитных мероприятий первой ступени, параметр хотя и достигает второй уставки, но аварии не наступает. Чем меньше-скорость изменения параметра, тем больгае интервал Т времени между прохождением им значений от первой до второй уставок. Это время используется в качестве критерия для выявления действительных аварийных режимов. В нашем случае защитные воздействия второй ступени необходимо п-рименять при Т2 Т Т3. Если скорость изменения параметра больше максимально возможной для объекта защиты в 2 раза, т0е„ чкогда Т меньше 0,5 Тмчкс или1 когда Т больше Т приме- нение защитных воздействий типа сброса реакционной массы нецелесообразно, так как они ведут к напрасному останову процесса.

Снабжение устройства защиты дополнительными элементами позволяет сформировать в устройстве опорный сигнал, сравнивая изменение которого с изменением контролируемого параметра (времени нарастания параметра от 1усгдо 1Туст), можно выделить три диапазона: диапазон действительно опасных предаварийных режимов, диапазон изменения контролируемого параметра с малой скоростью, не приводящей к аварии, и диапазон ложных срабатываний системы защиты.

Формирование опорного сигнала начинается при достижении контролируемым параметром первой уставки системы защиты, . при срабатывании позиционного регулятора 4 первого конч- тура (фиг.З). Скорость роста опорного сигнала выбирается фиксированной по диапазону возможных и приводящих к аварийным режимам скоростям роста контролируемого параметра.

В случае превышения параметра значения уставки первого уровня позиционный регулятор 4 первого контура вырабатывает сигнал, который поступает на второй вход блока опорного сигнала и на интегрирующий блок 11, включая его, а также на блок 8 логики. На последний (типа элемента И), кроме сигналов рассматриваемой схемы, подается также сигнал дублирующего датчика 26 того же или иного параметра, что повышает надежность устройства. В связи с идентичт0

5

тичностью дублирующего устройства схема обработки сигнала второго датчика не приведена3 Выходной сигнал с блока 8 подают на исполнительные механизмы 22-25 для нанесения защитных воздействий, замедляющих нарастание опасного параметра: останавливается мешалка, прекращается подача исходного реагента, а в рубашку реактора подается хладагент. Если после нанесения защитных воздействий первого контура, параметр, продолжая расти, достигает значения уставки второго уровня, то позиционный регулятор второго контура вырабатывает сигнал, который поступает на блок 17 задержки, выполненный в виде линии задержки, и блок 18 коррекции.

0

0

5

0

5

0

5

Защитное воздействие на второй ступени развития производят, сравнивая нарастание контролируемого параметра с изменением опорного сигнала. Циклограмма работы устройства при 5 действительных аварийных ситуациях, когда время нарастания контролируемого параметра от первой до второй уставки устройства защиты Т находится в интервале от Т1 до Т (фиг.За),

После срабатывания регулятора 4 первого контура сигнал поступает на вход интегрирующего блока I I, реализующего функцию интегрирующего звена. При достижении сигналом Ри первой опорной уставки, задаваемой задатчи- ком 14 на реле 12 сравнения, формируется сигнал Р fl, который подается на элемент 16. При достижении -контролируемым сигналом второй уставки системы защиты срабатывает позиционный регулятор 6, и выходной сигнал Р поступает на блок 18 коррекции и блок 17 задержки. Так как значение первой опорной уставки устанавливается исходя из максимальной скорости роста контролируемого параметра с коэффициентом запаса, равным 2, т.е. Т 0,5 TMQKC, то для действительно аваPIраньше, чем запрещаюрийного режима сигнала Р1г приходит на элемент I6

щий сигнал Р17 , тем более сдвинутый на время задержки Сигнал Р поступает на второй вход блока 18 коррекции на элемент 2И 20„ Так как сигнал Р сформировался ранее Pfj , который определяется второй опорной установкой, устанавливаемой экспериментально, для аварийных процессов, когда контролируемый процесс, хотя и превытает первую и вторую уставки системы защиты, но не достигает критического значения контролируемого параметра и без нанесения защитного воздействия второй ступени защиты, то сигнал P проходит элемент 19, затем элемент 20 и запоминается на элементе 21 , после чего формируется командный сигнал Рэ и защитное воздействие типа сброса реакционной массы. После срабатывания элементов 19-21 сигнал с блока задержки Р запрещает прохождение сигнала с элемента 12 через элемент 16 на элемент 2Q, Однако сфор мированный сигнал удерживается эле- .ментом ПАМЯТЬ 21. Аварийный сигнал в дальнейшем снимается вручную.

Если сигнал с регулятора 6 приходит раньше, чем опорный сигнал дости- гает первой опорной уставки (ложное срабатывание)(фиг.Зб), то сформировавшийся сигнал Р после прохождения блока 17 запрещает прохождение сигнала Р.на элемент 2И 20, и фор- мирование защитного воздействия второй ступени не происходит.

Если контролируемый параметр достигает второй уставки устройства защиты, но сигнал с регулятора 6 при- ходит позже, чем опорный сигнал достигает второй опорной уставки (фиг.Зв и сформированный сигнал поступает на управляющий вход элемента ЗАПРЕТ 19 раньше сигнала Р6 , что свидетель- ствует о небольшой скорости роста контролируемого параметра, при которой нет необходимости проводить второе защитное воздействие типа сброса реакционной массы, на выходе блока 18 коррекции и элемента 9 сигнала нет,

Широкая распространенность потенциально опасных процессов в химической, химико-фармацевтической, вита- минной, нефтехимической и других отраслях промышленности и возможность увеличить эффективность проведения таких процессов за счет исключения ложных срабатываний при отказах датчиков технологических параметров типа короткое замыкание предопределяет широкое применение таких устройств при синтезе систем защиты процессов нитрования, сульфирования, хлорирования, алкилирования и др.

Применение устройства автоматической защиты позволяет повысить надежность защиты за счет сокращения пож

0 5 о

5

0

5

ных срабатываний всей схемы защиты в 2-3 раза, исключением таких ложных срабатываний от самого ненадежного датчика технологического параметра.

Формула изобретения

1,Устройство автоматической аварийной защиты потенциально опасных химико-технологических процессов,

в состав которого входят датчик контролируемого технологического параметра, выход которого через вторичный измерительный преобразователь соединен с первыми входами первого и второго регуляторов, вторые входы которых соединены с выходами задатчиков, выход первого регулятора соединен через первый блок логики с первым и вторым клапанами, установленными на линиях подачи технологических компонент в реактор, а также второй блок логики, исполнительный механизм сброса реакционной массы, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности защиты за счет сокращения числа ложных срабатываний, в его состав дополнительно введены блок опорного сигнала, блок коррекции и блок задержки, вход которого соединен с выходом второго регулятора и с первым входом блока коррек ции, выход блока задержки соединен с управляющим входом блока опорного сигнала, второй управляющий вход которого соединен с выходом первого регулятора, первый и второй выходы блока опорного сигнала соединены с вторым и третьим входами блока коррек- ции, выход которого через второй блок логики соединен с управляющим входом исполнительного механизма сброса реакционной массы,

2.Устройство поп,1,отлича- ю щ е е с я тем, что в его состав введены первый и второй задатчики и блоки сравнения, интегратор и элемент запрета,.при этом выход первого за- датчика соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом интегратора и первым входом второго блока сравнения, а выход соединен с первым выходом блока опорного сигнала, второй вход второго блока сравнения соединен с выходом второго задатчика, выход второго элемента сравнения соединен с первым входом элемента запрета, второй вход которого соединен с управляющим входом блока опорного сигнала, второй выход которого соединен с выходом элемента запрета, а вход интегратора соединен с вторым управляющим входом блока опорного сигнала.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что в его состав введены, элемент запрета, логический элемент 2И и элемент памяти, вход сброса которого соединен с входом

сброса блока коррекции, первый и второй входы элемента запрета соединены соответственно с первым и вторым входами блока коррекции, выход элемента запрета соединен с первым входом логического элемента 2И, второй вход которого соединен с третьим входом блока коррекции, а выход соединен с вторым входом элемента памяти, выход которого соединен с выходом блока коррекции, первый вход которого соединен с вторым входом элемента запрета.

Изобретение относится к управлению химико-технологическими процессами, в частности к устройствам автоматической аварийной защиты жидкофазных, экзотермических, потенциально опасных процессов, проводимых во взрывоопасных условиях, и может быть использовано в химической, химико-фармацевтической, витаминной и других отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение надежности защиты за счет сокращения числа "ложных" срабатываний. Устройство автоматической аварийной защиты состоит из датчика 1 контроля опасного параметра, реактора 2, вторичного прибора 3 (вторичного измерительного преобразователя), регулятора 4, задатчика 5, (вторичного измерительного преобразователя), регулятора 6, задатчика 7, блоков 8 и 9 логики, блока 10 опорного сигнала, состоящего из интегратора 11, реле 12 и 13 сравнения с задатчиками 14 и 15, элемента 16 запрета, блока 17 задержки, из блока 18 коррекции, состоящего из элемента 19 запрета, логического элемента 20 "2И", элемента 21 памяти. В устройство также входят исполнительные механизмы 22 - 25 и датчик 26. 3 ил.

Фиг.1

I I

hi VkiA

О О и Р 16 9

Г hi rr

t

p

H

/7 p a p

№9Г20 Г2 Г9-j

L

Ј