Устройство автоматической защиты процесса нитрования Советский патент 1991 года по МПК B01J19/00 C07B43/02 G05D27/00 

ел ел

Изобретение относится к защите потен- циально-опасных процессов нитрования, аварийный режим которых сопровождается резким изменением параметров газовой фазы, и может найти широкое применение в химической, нефтехимической, химико- фармацевтической промышленности. Целью предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности защиты процесса нитрования, Сущность изобретения состоит в применение неконтактной многофункциональной системы измерения, работающей в импульсном режиме и дающей информацию о технологических параметрах (температуре, объемном расходе и составе) отходящей газовой фазы. Для реализации одновременного контроля нескольких параметров газовой фазы в вытяжной системе реактора используются закономерности переноса тепловой метки потоком отходящей газовой фазы по контрольному участку, и фиксируя лишь время переноса и изменение температуры метки, удается с помощью одного первичного измерительного преобразователя практически реализовать многопараметрический контроль параметров газовой фазы для своевременного обнаружения аварийных режимов. Трехпараметрический контроль позволяет исключить ложные срабатывания и опасные отказы при выработке противо- аварийных управляющих воздействий, направленных в зависимости от степени аварийности процесса либо на отсечку подачи компонента, либо на аварийный сброс содержимого реактора, 7 ил. О

Изобретение относится к устройствам для управления потенциально опасными процессами химической технологии, касается, в частности, вопросов автоматической защиты процессов нитрования, осуществляемых в реакторах смешения полунепрерывного и непрерывного действия (РПНД, РНД) с целью предотвращения выхода процесса в область предаварийных и аварийных режимов, которое может найти широкое применение в химической, нефтехимической, лакокрасочной, химико- фармацевтической, витаминной, пищевой и

других отраслях промышленности при синтезе лекарственных препаратов, витаминов, красителей, противокоррозионных присадках к маслам и антидетонационных добавок к топливам.

Цель изобретения - расширение области применения и повышение надежности защиты процесса нитрования.

На фиг. 1 приведена динамика изменения параметров газовой фазы и температуры реакционной массы при импульсном возмущении по подаче нитрующего компонента; на фиг, 2 - функциональная схема

о

устройства автоматической защиты (АСЗ) процесса нитрования; на фиг. 3 - блок-схема устройства; на фиг. 4 - структурная схема логического мажоритарного двухканально- го автомата защиты (ЛАЗ); на фиг. 5 - блок- схема неуравновешенного моста с усилителем; на фиг. 6- временная диаграмма работы отдельных блоков и формирования дискретных управляющих импульсов; на фиг. 7 - график разделения информации в блоке обработки сигналов АСЗ процесса нитрования,

Устройство (АСЗ) пэоцесса нитрования (фиг,2) содержит реактор 1 с рубашкой 2 и змеевиком 3, в которые подается хладагент параллельным потоком, мешалку 4, двигатель 5 привода мешалки, избирательный клапан б выгрузки или аварийного сброса, патрубок 7 и 8 подачи исходных компонентов, входной и выходной патрубки 9 и 10 хладагента, вытяжную систему реактора 11 выхода газообразных продуктов реакции, переток реакционной массы 12 первичный измерительный преобразователь (ПИП), 13 и вторичный измерительный преобразователь (ВИП) с регулятором 14 температуры реакционной массы, регулирующие клапаны 15 и 16 одного принципа действия на входных линиях змеевика и рубашки, ПИП 17 параметров газовой фазы, ВИП 18 с блоком задания (БЗ) определения значений аварийных сигналов, ЛАЗ 19 выработки противоавзрийных управляющих воздействий, направленных либо на временный останов процесса - отсечку подачи дозируемых компонентов с помощью клапанов 20 и 21, либо на полное прекращение процесса - аварийный сброс содержимого реактора с помощью клапана 6.

Устройство информационного обеспечения и выработки противоаварийных управляющих воздействий АСЗ процесса состоит (фиг.3) из нагревателя 22, ПИП температуры газовой фазы в виде измерительного 23 и компенсационного 24 термопреобразователей сопротивления, включенных дифференциально в плечи неуравновешенного мост;) постоянного.тока, объединенного с усилителем в один блок 25, порогового устройства 26, нуль-органа 27, коммутатора (переключателя) 28 с временной задержкой, построенного на базе элементов системы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), блока 29 управления (БУ), генератора 30 тепловых импульсос,, частотомера-хронометра 31, блока 32 обработки сигнала, ВИП с БУ: расхода газового потока 33, состава газовой фазы 34 и ее температуры 35, Каждый ВИП снабжен БЗ на два предельных значения, меньшее

из которых GI - расход, Ci - состав и TI - температура) связано с отсечкой подачи компонентов при достижении текущего значения (как минимум двумя из них) заданного, Большее из заданных значений уставок (G2, С2, Т2) связано с аварийным сбросом реакционной массы, осуществляемым по такому же мажоритарному принципу. При этом 36-41 - импульсные линии дискретных

0 аварийных сигналов ЛАЗ 19; 42 и 43 - импульсные линии противоаварийных управляющих воздействий,

ЛАЗ 19, собранный на базе интегральных помехозащищенных низковольтных

5 микромодулей серии транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), устроен следующим образом (фиг.4).

Для фильтрации входных сигналов, повышающей помехозащищенность ЛАЗ, ис0 пользуются последовательно соединенные RiCi-фильтры и повторители 44,

Основными элементами ЛАЗ являются микромодули, реализующие логическую функцию умножения И 45-50, а также микро5 модули,, реализующие логическую функцию сложения ИЛИ 51 и 52. В выходных управляющих цепях останова и прекращения процесса установлены согласующие электронные усилители 53 и 54 мощности, а

0 в выходных цепях отсечки компонентов и сброса реакционной массы дополнительно введены последовательно соединенные электропневматические дискретные преобразователи 55 и 56 и пневматические усили5 тели 57 и 58 мощности.

Устройство АСЗ процесса нитрования работает следующим образом.

При включении ПИП в измерительную схему неуравновешенного моста постоян0 с усилителем У (фиг.5) через контакт К1 коммутатора 28 (фиг.З) задействован постоянный резистор Rt и с помощью термопреобразователя 23 сопротивления проводится измерение температуры Тг газо5 вой фазы в вытяжной системе реактора (поз. 6.1 на фиг. 6). Временная задержка на срабатывание коммутатора выбирается достаточной (например, гср 2 с) для более точного измерения температуры газового

0 потока с учетом инерционности самого термопреобразователя. До срабатывания коммутатора каналов к выходу неуравновешенного моста постоянного тока с усилителем 25 подключен вход ВИП с БЗ 35

5 через контакт К 2 коммутатора 28 измере-- ния температуры и вход блока 32 обработки сигнала.

При очередном срабатывании коммутатора каналов (переключение из состояния I в состояние II) в измерительную схему через контакт коммутатора 28 подключается компенсационный термопреобразователь 24 сопротивления, и синхронно выход блока 25 через контакт К 2 коммутатора 28 подключается параллельно к входу порогового устройства 26 первым входом нуль-органа 27 и блока 32 обработки сигнала (поз, 6.2) длительностью ri - re.

По команде с блока 29 управления в виде импульса на поз. 6.3 длительностью 1 - Г2 генератор 30 тепловых импульсов формирует в контролируемом газовом потоке тепловую метку длительностью т - тз (поз. 6.4) с одновременным включением частотомера-хронометра 31 для отсчета времени переноса тепловой метки по контрольному участку (поз. 6,5), длительность переноса которой ( ri - Г4) содержит информацию об объемном расходе газового потока.

С целью повышения быстродействия измерительной схемы измерительный 23 и компенсационный 24 термопреобразователи сопротивления включены в смежные плечи неуравновешенного моста постоянного тока (фиг. 5), где R2 и Нз - резисторы мостовой схемы измерения.

В результате такого подключения срезается размытый задний фронт тепловой метки, перенесенной потоком в зону конт- роля. При прохождении переднего фронта тепловой метки в зоне установки измерительного термопреобразователя 23 сопротивления выходной сигнал блока 25 возрастает (Uc f(G,c) на поз. 6.1), срабаты- вает пороговое устройство 26 (поз. 6.6), по сигналу с которого частотомер-хронометр 31 прекращает отсчет времени переноса тепловой метки по контрольному участку (тз на поз. 6,5) и в работу включается нуль-орган 27 (поз. 6.7). При прохождении меткой зоны установки компенсационного термопреобразователя 24 сопротивления задний фронт метки срезается и выходной сигнал блока 25 (Uc на поз. 6.1) уменьшает- ся, а пороговое устройство 26 в момент времени Т5 возвращается в исходное состояние. В блоке 32 обработки сигнала определяется интегральная температура метки, которая, наряду с временем переноса мет- ки по контрольному участку, используется для расчета состава и расхода газовой фазы (фиг. 7).

На оси абсцисс тм определяют время прихода метки в зону контроля.

На оси ординат обозначены: Gr - показания ВИП 33 по измерению расхода газа, Мдел - показания ВИП 34 по контролю состава газовой фазы. При этом I - тарировочные характеристики блока 32 по изменении состава газа при регламентном 1 предана рийном 2 и аварийном 3 режимах; II зэвн симость изменения времени прихода метки в зону контроля от объемного расхода газа. тр, гп, га - время прихода метки в зону контроля в регламентном, предаварийном и аварийном режимах; Gp, Gn, Ga - расход газа в регламентном, предаварийном и аварийном режимах соответственно; Np, Nn, Na - показания ВИП 31 по изменению состава газовой фазы соответственно в ре гламентном, предаварийном и аварийном режимах.

Точки 4 и 5 (фиг,7) определяют соответственно показания ВИП 33 и 34 согласно составу (4) и расходу (5) газовой фазы в регламентном режиме. Точки 6 и 7 (фиг.7) определяют соответственно показания ВИП 33 и 34 согласно составу (6) и расходу (7) газовой фазы в предаварийном режиме

Точки 8 и 9 (фиг. 7) определяют соответственно показания ВИП 33 и 34 согласно составу (8) и расходу (9) газовой фазы в аварийном режиме.

При уменьшении выходного сигнала блока 25 до нуля срабатывает нуль-орган 27 (временная отметка re на поз 6 7), по команде которого коммутатор 28 переводит схему неуравновешенного моста из состояния II в состояние - в режим измерения температуры отходящей газовой фазы, и начинается очередной цикл измерения параметров газовой фазы Измеренные значения сигналов поступают на ВИП 33-35. При достижении текущим значением параметров заданных значений уставок вырабатываются дискретные аварийные сигналы по каналам 36-41, поступающие в ЛАЗ 19 (фиг. 4), При подаче сигналов с меньших значений БЗ через фильтрующие ячейки логические элементы И 45-47 совместно с логическим элементом ИЛИ 51 вырабатывают противоаварийное управляющее воздействие на отсечку подачи дозируемых компонентов при наличии аварийных сигналов хотя бы по двум информационным каналам из трех: Тг, Gr, С. Выходной сигнал с элемента ИЛИ 51 последовательно поступает на вход электронного усилителя 53 мощности и через электропневматический дискретный преобразователь 55 и пневматический усилитель 57 мощности по информационному каналу 42 подается на клапаны 20 и 21 (фиг.2) отсечки подачи исходных компонентов.

Логические элементы И 48-50 совместно с логическим элементом ИЛИ 52 вырабатывают противоаварийное управляющее

воздействие, направленное на сброс реакционной массы, при достижении текущими значениями параметров больших значений 53 при наличии аварийных сигналов хотя бы по двум информационным каналам из трех: Т г, Gr, С, Далее выходной сигнал с элемента ИЛИ 52 последовательно через электронный усилитель 54 мощности, электропневматический.дискретный преобразователь 56 и пневматический усилитель 58 мощности по информационному каналу 43 подается на клапан 6 аварийного сброса реакционной массы (фиг 2).

Таким образом, в ЛАЗ 19 анализируется информация о значении температуры, расхода и состава газовой фазы с использованием мажоритарного принципа по выработке противоаварийных управляющих воздействий, исключающего режимы ложных срабатываний и эпасных отказов АСЗ, позволяя существенным образом повысить надежность защиты процессов нитрования.

Формула изобретения Устройство автомагической защиты процесса нитрования в реакторе, содержащем отсечные клапаны подачи компонентов и клапан аварийного сброса, трубопровод газового потока, нагреватель, генератор тепловых импульсов, измерительный и компенсационные преобразователи сопротивления, неуравновешенный мост с усилителем, блок управления тепловыми метками, частотомер-хронометр, блок преобразования сигнала, измеритель расхода газового потока, причем выход с блока управления через генератор тепловых импульсов соединен с нагревателем, а выходы с измерительного и компенсационного преобразователей сопротивления через соответственно первый и второй входы неуравновешенного моста с усилителем

связаны с первым входом блока преобразования сигнала, первый выход которого соединен с измерителем расхода газового потока, отличающееся тем, что, с целью

расширения области применения и повышения надежности, оно дополнительно снабжено нуль-органом, коммутатором, пороговым устройством, измерителями состава и температуры газового потока,

логическим мажоритарным двухканальным автоматом защиты, причем измерители расхода, состава и температуры снабжены блоками задания на нижнее и верхнее их значения, первый выход с неуравновешенного моста с усилителем связан с пороговым устройством и нуль-органом, второй выход соединен с измерителем температуры газового потока, первый выход с порогового устройства направлен к второму входу

нуль-органа, а второй выход связан с коммутатором, первый выход которого соединен параллельно с блоком управления тепловыми импульсами и с первым входом частотомера-хронометра, а второй

выход связан с третьим входом неуравновешенного моста с усилителем, первый выход с порогового устройства соединен с вторым входом нуль-органа, а второй выход соединен с вторым входом

частотомера-хронометра, выход которого связан с вторым входом блока преобразования сигнала, второй выход которого направлен к измерителю состава, первый и второй дискретные выходы измерителей

расхода, состава и температуры газового потока соединены соответственно с первым-шестым входами логического мажоритарного двухканального автомата защиты, первый выход которого связан параллельно с приводами отсечных клапанов подачи компонентов, а второй выход соединен с управляющим выходом привода клапана аварийного сброса.

95

90 85- 8015 L 151273

К П 17 23

Газо8ыи поток из реактора

цгj,4J

К лоз. 20,27 К поз. 6 Фиг.З

h

О.ММЯа

ОММЛа

Общая кбл. к 5л. 35 26,27,32

Фиг. 5

«V

л-с - Де/ . Ю

/51

О

Фае. 7