Способ автоматического регулирования процесса разделения воздуха в криогенном комплексе и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК F25J3/04 

Изобретение относится к холодильной техних ; v, может быть использовано при управлении аоздухоразделительными установками Б криогенных комплексах.

Целью данного изобретения является повышение точности регулирования и экономичности.

На фиг, 1 изображена схема предложенного устройства; на фиг. 2 - изменение.концентрации кислорода во времени для известного технического решения (график 1) и для предлагаемого технического решения (график 2) в промежуточном сечении верхней ректификационной колонны, на фиг. 3 - графики 3 и 4 изменения концентраций кислорода во времени в промежуточном сечении нижней ректификационной колонны соответственно для прототипа и предлагаемого технического решения.

Устройство содержит нижнюю ректификационную колонну (НРК) 1, верхнюю ректификационную колонну (ВРК) 2, соединенные между собой через конденсатор-испаритель 3, сборник 4 жидкого азота, переохладитель 5, блок теплообменников, детандерные агрегаты 7, 8,9, исполнитель- ныеорганы 10,11,12,13,14, регуляторы 15, 16, основные регуляторы 17, 18, корректирующие регуляторы 19, 20, датчики 21, 22 уровня криогенной жидкости, датчики 23,24,25,26 концентрации кислорода.

Исполнительный орган (вентиль) 10 установлен в криогенной магистрали дроссельного потока воздуха, соединенной с НРК 1, Через переохладитель 6 проходят криогенные трубопроводы, которые соединяют: куб азотной флегмы НРК 1 через исполнительный орган 11 (регулирующий клапан) с первым вводом в ВРК 2, сборник 4 жидкого азота через исполнительный орган 12 со вторым вводом потока орошения в ВРК 2, сборник 6 жидкого азота через исполнительный орган-13 с устройством выдачи жидкого азота в криогенное хранилище. При этом к исполнительному органу 11 подключен через регулятор 15 датчик 2 уровня азотной флегмы, установленный в кубе НРК 1. В криогенной магистрали жидкого кислорода на выходе из конденсатора- испарителя установлен исполнительный орган 14, к которому через регулятор 16 подключен датчик 22 уровня жидкого кислорода, установленный в конденсаторе-испарителе. К исполнительному органу 12 подключен через основной регулятор 17 датчик 25 концентрации кислорода, установленный на промежуточной тарелке ВРК 2, к основному регулятору 17 через корректирующий регулятор 20 подключен датчик 26 концентрации кислорода, установленный на выходе конденсатора-испарителя 3. Сборник 4 азота соединен криогенным трубопроводом с потребителем продукционного жидкого азота через исполнительный

орган 13, к которому подключен основной регулятор 18с датчиком 23 концентрации кислорода на промежуточной тарелке НРК 1, а к основному регулятору 18 через корректирующий регулятор 19 подключен датчик

0 24 концентрации кислорода, установленный на выходе из верхней части НРК 1.

Процесс разделения воздуха и его регулирование осуществляется следующим образом.

5 В НРК 1 нодают охлажденные в блоке 6 поток воздуха, предварительно расширенный в агрегате 7, и дроссельный поток воздуха через вентиль 10.

В результате предварительного разде0 ления в НРК 1 образуется кубовая жидкость (азотная флегма) в нижней части колонны и чистый азот в верхней части. Азотная флегма из нижней части отводится, охлаждается в переохладителе 5 и подается в среднюю

5 часть ВРК 2.

При этом расход азотной флегмы регулируют, меняя положение исполнительного органа 11 в соответствии с командным сигналом регулятора 15, на который поступает

0 информация в виде электрического сигнала отдатчика 21 уровня азотной флегмы. Чистый газообразный азот конденсируется в конденсаторе-испарителе 3 и сливается в сборник 4 жидкого азота, в который посту5

лает также жидкий азот из циркуляционного

холодильного цикла, Из сборника 4 выходят два потока, один поток подается в ВРК 2, и второй поток жидкого азота - выдают потребителю в систему криогенного хранилища. 0 Указанные потоки охлаждаются в переохладителе 5. Из нижней части ВРК 2 через конденсатор-испаритель 4 отводится продукционный жидкий кислород, на дальнейшее переохлаждение. Расход жидкого

5

кислорода регулируют исполнительным органом 14 по командному сигналу регулятора 16 в соответствии с сигналом от датчика 22 уровня жидкого кислорода. Из верхней части ВРК 2 отводят поток чистого газообраз0 ного азота, который вместе с потоком азота, расширенным в турбодетандерах 8 и 9, поступает в переохладитель б затем в блок 6 теплообменников.

В установившем режиме работы уста5 новки на ее выходах получают продукты разделения воздуха с определенной величиной концентрации: жидкий и газообразный азот, жидкий кислород и др. Под действием внешних возмущений режим работы установки нарушается, что приводит к значительным отклонениям концентрации выходных криогенных продуктов. Для восстановления требуемых величин концентрации в предложенном способе стабилизируют технологические параметры концентрации кислорода, основным регулятором 17 изменяют положение исполнительного органа 12 в соответствии с величиной рассогласования текущего и заданного значения концентрации кислорода на промежуточной контрольной тарелке верхней колонны, и изменяют расход потока азотной флегмы в ВРК 2, восстанавливая заданное значение.

Дополнительно измеряют текущее значение концентрации на выходе конденсатора-испарителя 3 и при отклонении текущего значения от заданного в соответствии с сигналом рассогласования корректирующим регулятором 20 изменяют задание основному регулятору 17 и концентрация кислорода принимает требуемое значение.

Одновременно регулируют расход потока азотной флегмы потребителю, воздействуя регулятором 18 на исполнительный орган 13 в соответствии с сигналом рассогласования между текущим и заданным значениями концентрации кислорода на промежуточной контрольной тарелке в НРК 1. Дополнительно измеряют текущее значение концентрации кислорода на выходе из верхней части НРК 1 и корректируют это значение с заданным, изменяя корректирующим регулятором 1.9 задание основному регулятору 18, чтобы концентрация кислорода восстановила требуемое значение.

Кроме того, в устройство вводится каскадная схема автоматического регулирования, содержащая основные регуляторы 17, 18. корректирующие регуляторы 19, 20 и датчики 23,24, 25, 26 концентрации кислорода, которая необходима для управления параметрами, концентрация кислорода на промежуточных тарелках ВРК 2 и НРК 1, концентрация кислорода на выходе конденсатора-испарителя 3 и на выходе из верхней части НРК 1. Так информация о составе продукта поступает от датчика 25 концентрации кислорода на промежуточной тарелке ВРК 2 на вход основного регулятора 17, в нем формируется командный сигнал, поступающий на вход исполнительного органа 12, который меняет свое положение в соответствии с командным сигналом и регулирует расход потока орошения жидкого азота в ВРК 2. При этом текущее значение выравнивается с заданным значением концентрации. Одновременно срабатывает цепь коррекции, при этом задание, которому соответствует определенный электрический сигнал основного регулятора 17, изменяется электрическим сигналом, поступающим на его вход через корректирующий регулятор 20 в соответствии с информацией, поступившей от датчика 26 концентрации

кислорода на выходе из конденсатора-испарителя 3.

На нижней ректификационной колонне 1 аналогично работает схема, в которой на основной регулятор 18 поступают электри0 ческие сигналы отдатчика 23, а через корректирующий регулятор 19 от датчика 24. Основной регулятор 18 формирует командный сигнал на исполнительный орган 13. Формула изобретения

51. Способ регулирования процесса разделения воздуха в криогенном комплексе путем измерения концентрации кислорода технологических потоков в промежуточных сечениях верхней и нижней ректификацион0 ных колонн, изменения расходов потоков орошения и азота из стержня жидкого азота, о т л и ч а ю щ,и и с я тем, что, с целью повышения точности регулирования и экономичности, дополнительно измеряют теку5 щее значение концентрации кислорода на выходе из верхней части нижней колонны, и по нему корректируют заданное значение концентрации кислорода в промежуточном сечении нижней колонны, а также измеряют

0 текущее значение концентрации кислорода на выходе из конденсатора-испарителя, и по нему корректируют заданное значение концентрации кислорода потока в промежуточном сечении верхней колонны, при этом

5 расход потока азота из сборника регулируют по изменению концентрации кислорода в промежуточном сечении нижней колонны, а расход потока орошения в верхнюю колонну регулируют по изменению концентрации

0 кислорода в промежуточном сечении верхней колонны.

2. Устройство для автоматического регулирования процесса разделения воздуха в криогенном комплексе, содержащее верхнюю и нижнюю ректификационные колон5 ны,соединенные с конденсатором-испарителем, первый и второй исполнительные органы, установленные в линиях, соединяющих сборник жидкого азота соответственно с вводом по0 тока орошения в верхнюю колонну и с потребителем азота, первый и второй основные регуляторы, датчики концентрации кислорода, которые установлены на промежуточных тарелках верхней и нижней

5 колонн, от л ичающеес ятем, что, с целью повышения точности регулирования, установка дополнительно содержит первый и второй корректирующие регуляторы, допол- нительные датчики концентрации кислорода, один из которых установлен на выходе из конденсатора-испарителя и подключен посредством первого корректирующего регулятора к первому основному регулятору, а другой установлен на выходе из верхней части нижней колонны и подключен посредством второго корректирующего регулятора

к второму основному регулятору, при этом датчики концентрации кислорода, установленные на промежуточных тарелках верхней и нижней колонн, соединены посредством первого и второго основного регуляторов соответственно с первым и вторым исполнительными ооганами.

Использование: изобретение относится к криогенной технике. Сущность изобретения: в установку вводят каскадную схему управления, с помощью которой осуществляют автоматическое регулирование процесса путем управляющего воздействия на расходы потоков азотной флегмы одновременно в верхнюю ректификационную колонну и потребителю в соответствии с основным и корректирующим сигналом. При этом дополнительную информацию и концентрации кислорода в чистом газообразном азоте на выходе из верхней части нижней колонны 1 и информацию о концентрации продукционного кислорода на выходе из конденсатора испарителя 3, используют для формирования корректирующих сигналов, что позволяет повысить точность регулирования процесса разделения воздуха. 2 с.п. ф-лы. 3 ил.

Ш BOO 12ОО 16П0 2000

. Г