Система для управления процессом приготовления трехкомпонентных газовых смесей Советский патент 1993 года по МПК G05D11/00 

I Изобретение относится к устройствам управления или регулирования соотношения компонентов газообразных сред в металлур- мческой, химической, нефтехимической и других сходных производствах, где возникает необходимость поддержания соотношения расходов газов с одновременным регулированием и стабилизацией давления, тепло- т юрной способности, и плотности газовой с иеси перед сжиганием.

Целью изобретения является повыше- н е точности регулирования теплоты сгора- Н1Я и плотности газообразных смесей за счет регулирования соотношения между р исходами исходных компонентов путем учета теплоты сгорания исходных газов и их плотностей.

На чертеже изображена блок-схема системы для управления процессом приготовления трехкомпонентных газовых смесей с учетом технологических параметров исходных газов и заданных параметрах смеси и включает в себя трубопроводы 1,2,3 исходных газов и трубопровод смеси 4, присоединенные к смесителю 5, контур регулирования давления смеси, включающий последовательно включенные датчик давления смеси 6, установленный на трубопроводе 4 смеси, регулятор давления смеси 7 с задатчиком 8 и регулирующий клапан 9 на трубопроводе 1 подачи первого компонента, контур регулирования расхода второго компонента, включающий последовательно включенные датчик 10 расхода второго компонента, первый регулятор расхода 11 и регулирующий, клапан 12

сл

С

со

CJ XI

ND О 4

на трубопроводе 2, контур регулирования расхода третьего компонента включающий последовательно соединенные датчик 13 расхода третьего компонента, второй регулятор 14 расхода и регулирующий клапан 15 на трубопроводе 3, задэтчик 16 соотношения расходов первого и второго компонентов, включающий эадатчики 17 - 20 плотности первого, второго, третьего компонентов и газовой смеси, соответственно пятый, шестой, седьмой и восьмой сумматоры 21 - 24, четвертый блок умножения 25 и второй блок деления 26, причем сумматоры 23 и 24 выходами присоединены соответственно ко второму и первому входу второго блока деления 26, входы сумматора 23 присоединены к задатчику 18 плотности второго газа и задатчику 20 плотности смеси, входы сумматора 24 присоединены непосредственно к выходу сумматора 21, входы которого подключены к задатчикам 17 и 20 плотности первого газа и смеси, и через четвертый блок умножения 25 - к выходу сумматора 22, входы которого присоединены к задатчикам 19 и 20 плотности третьего газа и смеси.

Выход задатчика 16 соотношения расходов первого и второго компонентов присоединен непосредственно к выходу второго блока 26 деления и связан с первым входом первого блока 27 умножения и вторым входом второго блока 38 умножения. Выход первого блока 27 умножения присоединен ко второму входу первого регулятора 11 расхода второго компонента, а его второй вход - к выходу датчика 28 расхода первого компонента.

Третий блок 29 умножения, через второй вход которого датчик 28 расхода первого компонента связан со вторым входом второго регулятора 14 расхода третьего компонента, своим первым входом присоединен к выходу первого блока 39 деления и входу задатчика 16 соотношения расходов первого и второго компонентов, связанным со вторым входом его четвертого блока 25 умножения.

К первому и второму входу первого блока 39 деления соответственно присоединены выходы третьего 36 и четвертого 37 сумматоров, входы сумматора 36 присоединены к задатчику 32 теплоты сгорания третьего газа и задатчику 33 теплоты сгорания смеси, а входы сумматора 37 - непосредственно к выходу сумматора 34, выходы которого присоединены к задатчикам 30 и 31 теплоты сгорания первого газа и смеси и, через блок 38 умножения, к выходу второго сумматора 35, входы которого присоединены к задатчикам 31 и 33 теплоты сгорания второго газа и смеси.

Устройство работает следующим образом.

Задатчиком 8 давления устанавливается необходимое давление смешанного газа в трубопроводе 4 смеси, которое стабилизируется контуром регулирования давления за счет воздействия на расход газа, подводимого к смесителю 5 по трубопроводу 1.

Расход первого газа, подаваемого в смеситель 5 измеряется датчиком расхода 28 и в виде сигнала задания поступает на второй вход первого регулятора 11 расхода

через блок 27 умножения, изменяющий сигнал с датчика 28 расхода первого компонента в К1 раз. Этот сигнал является задающим воздействием для регулятора расхода второго компонента.

На первый вход регулятора 11 поступает сигнал обратной связи с датчика 10 расхода второго компонента. Сигнал управления регулятором 11, пропорциональный необходимому (заданному) расхоДу второго газа, поступает на регулирующий клапан 12 на трубопроводе 2-го компонента. Этим достигается поддержание расхода второго газа с учетом изменяющегося расхода первого газа и соотношения между ниF2

ми К-| , определяемого задатчиком 16

с учетом плотности исходных газов, заданной плотности смеси, и их теплоты сгорания.

Сигнал, пропорциональный расходу первого компонента, измеряемый датчиком 28 расхода поступает также на второй вход третьего блока 29 умножения, на первый вход которого поступает сигнал от первого

блока 39 деления, пропорциональный коэффициенту соотношения расходов между первым и третьим компонентами.

45

с рз F2 FTгде FI и Рз - расходы первого и третьего компонентов.

Сигнал с блока 29 умножения поступает на второй вход второго регулятора 14 как

задающее воздействие. Сигнал обратной связи поступает на регулятор 14 с датчика 13 расхода на его первый вход. Сформированный сигнал управления регулятора 14 воздействует на регулирующий клапан 15,

чем достигается регулирование и стабилизация расхода третьего компонента с учетом изменяющегося значения как расхода первого компонента так и заданных соотношений Ki и «2 между расходами компонентов в газовой смеси определяемых с учетом теплоты сгорания и плотности исходных газов и смеси.

В системе управления теплота сгорания смешиваемых газов измеряется путем отбора проб или с помощью стационарных прецизионных приборов, устанавливаемых в лабораториях газовых служб предприятий.

Измеренные значения теплоты сгорания смешиваемых газов периодически подаются по каналам связи оперативному персоналу газосмесительной станции для изменения уставок задатчиков 30,31.33. С |помощью задатчика 32 устанавливается начение теплоты сгорания смеси.

Коэффициент соотношения между рас- эдами первого и третьего газов вычисляет- на основании выражения

„ (qc qi ) + Ki(qc -Q2)

К2 qa-qc

Ki- коэффициент соотношения

е qi, q2, qa, q4 - теплота сгорания исход- ых газов и смеси. F2 FT асходов первого и второго газов.

Это выражение получено исходя из зана сохранения тепловой энергии смешиемых газов и смеси. На основании этого

кона тепловая энергия Qc выделяемая

эй сгорании объема Fc смешанного газа

авна сумме тепловой энергии объемов исяных газов Ft, Fa, Fa, с исходной теплотой

орания qi, q2, qa, входящих в смесь, т.е.

Qc Qi+Q2+Q3, Fcqc Fiqi+F2q2+F3q3. Т.к. Fi+F2+F3 Fc (пренебрегаем сжати- л газов), что нельзя сказать о теплоте сго- ания.т.е.qi+q2+q3 qc,то

i+F2+F3)qc Fiqi+F2q2+F3q3 или Fiqc+F2qc+F3qc Fiqi+F2q2+F3q3, F i(qc-q i)+F2(qc-q2)F3(q3-qc). Отсюда расход третьего газа

F Fi(qc -qi) + F2(qc - q2 )

q3 - qc

Откуда коэффициент соотношения межтретьим и первым газом равен

Рз FI

n(qc-qi)+(qc-q2) qa -qc

(qc -qi ) + Ki (qc -q2 )

qs -qc

Для вычисления коэффициента соотнония «2 в первом и втором сумматорах 34

35 определяются разности между теплой сгорания смеси и соответственно первым и вторым газами, а в сумматоре 36 - разность между теплотой сгорания третьего газа и смеси. Вычисленное значение разности сумматором 35 умножается во втором 5 блоке 38 умножения, на величину коэффициента соотношения Kt, вычисленную в за- датчике 16, поступает с сигналом сумматора 34 на вход четвертого сумматора 37. Блоком 39 деления полученное значение делится на

0 сигнал разности, полученный в третьем сумматоре 36.

Таким образом коэффициент соотношения «2 между расходами первого и третьего компонентов может изменяться в зависимо5 сти от заданных значений теплоты сгорания исходных газов и заданного значения теплоты сгорания смеси, а также в зависимости от величины коэффициента соотношения Ki между расходами первого и второго газов, вычис0 ляемого в задатчике 16 соотношения. Т.е. сигнал, пропорциональный заданию на стабилизацию расхода третьего газа, определяется из выражения F3afl3 f(Fi, Ki, Кг)

5 В процессе работы, при изменении теплоты сгорания одного из газов, например, первого, и неизменных значениях теплоты сгорания двух других газов и смеси, оператор задатчиком 30 устанавливает новое зна0 чение теплоты сгорания, что приводит к изменению выходного сигнала первого сумматора 34, и к изменению выходного сигнала первого блока 39 деления. Это приведет к изменению величины коэффициентов К2 и

5 как следствие к изменению задания на входе второго регулятора 14 расхода третьего газа. При этом изменится и значение коэффициента Ki.

Аналогично работает система и при из0 менении теплоты сгорания второго или третьего газа (задатчики 31 и 33) при необходимости изменения теплоты сгорания смеси с помощью задатчика 32.

Задатчик 16 соотношения первого и

5 второго газов работает следующим образом.

Блок деления 26 является выходным элементом в задатчике 16 соотношения расходов первого и второго газов.

0Плотность смешиваемых газов измеряется путем отбора проб в экспресс-лабораториях или с помощью газовых плотномеров.

Измеренные значения плотности сме5 шиваемых газов периодически передаются по каналам связи оперативному персоналу газосмесительной станции для изменения уставок задатчиков 17,18,19. С помощью задатчика 20 устанавливается необходимое значение плотности смеси.

Соотношение KI между расходами первого и второго газа вычисляется задатчиком соотношения расходов на основании выражения.

К1 (pipc) + MP3-pc) PC -pi

К2

когде pi , рг , рз, рс - плотность исходных газов и смеси.

f3 (qc -qi ) + Ki (qc -q2 ) FIqa-Qc

эффициент соотношения расходов первого и третьего газов.

Это выражение получается исходя из закона сохранения массы смешиваемых газов и смеси.

Vc Vl+V2+V3 Fc/Эс Fl pi+ F2P2 +F3/Q3

Т.к. Fc Fi+F2+F3 (пренебрегая сжатием газов), что нельзя сказать о плотности, т.е.

/01+ Р2+ /03 PC ТО

(Fi+F2+F3) pi + F2 р2+ Рзрз

или

Fi( ре- pl)+F3( pc- p3)F2( /02- ,0с)

F,- Fi(pc -pl) + F3(pc -рз) 2P2 Ре

Соотношение между вторым и первым газом получим.

Рз -(рс-рО+ рс-рз)

р2-рь ;

(Рс (РС-РЗ) р2-рс

Сигнал, пропорциональный величине Ki в задатчике 16 соотношения расходов первого и второго газов формируется следующим образом.

В пятом сумматоре 21 определяется сигнал, пропорциональный разности между плотностью смеси и плотностью первого газа, в шестом сумматоре 22 определяется сигнал, пропорциональный разности между плотностью смеси 4 и плотностью третьего газа. Этот сигнал, измененный в четвертом блоке 25 умножения в К2, раз, поступает на первый вход восьмого сумматора 24, где складывается с сигналом, поступающим с выхода пятого сумматора 21. С выхода восьмого сумматора 24 сигнал поступает на второй блок деления 26, на второй вход которого поступает сигнал с седьмого сумматора 23, где определяется разность между плотностью смеси и плотностью второго газа.

Во втором блоке деления 26 вычисляется коэффициент Ki соотношения между расходами первого и второго газов.

Таким образом, сигналы, поступившие

со второго блока деления 26 и с датчика расхода 28 первого газа, на выходе первого блока умножения 27 позволяет получить сигнал, пропорциональный заданию на регулирование второго газа с учетом коэффи0 циента К2.

F3afl.(Fl, Ki, К2),

которое стабилизируется первым регулятором 11 расхода второго газа.

В процессе работы, при изменении

5 плотности одного из газов, например первого, и неизменных значениях плотности двух других газов и смеси оператор задатчиком 17 устанавливает новое значение плотности, что приводит к изменению выходного

0 сигнала на выходе пятого сумматора 21, и к изменению выходного сигнала второго блока 26 деления. Это приведет к изменению величины коэффициента KI и К2 и как следствие к изменению как задания на входе

5 первого регулятора 11 расхода второго компонента, так и задания на входе второго регулятора 14 расхода третьего компонента.

Аналогично-работает система и при из0 менении плотности второго или третьего газа (задатчика 18 и 19) или при изменении плотности смеси с помощью задатчика 20, Формула изобретения Система для управления процессом

5 приготовления трехкомпонентных газовых смесей, содержащая первый, второй и третий трубопроводы компонентов, смеситель и трубопровод смеси, снабженный датчиком давления смеси, подключенным к пер0 вому входу регулятора давления, второй вход которого соединен с задатчиком давления, а выход соединен с регулирующим клапаном на первом трубопроводе, оснащенном датчиком расхода первого ком5 понента, датчик расхода второго компонента через первый регулятор расхода соединен с регулирующим клапаном на втором трубопроводе, а датчик расхода третьего компонента соединен через второй

0 регулятор расхода с регулирующим клапаном на третьем трубопроводе, задатчик соотношения расходов первого и второго компонентов, первый, второй и третий блоки умножения, задатчики теплоты сгорания

5 первого, второго и третьего компонентов и смеси, первый- четвертый сумматоры, а также первый блок деления, причем выход задатчика соотношения расходов первого и второго компонентов подключен к первому входу первого блока умножения, второй

вход которого соединен с выходом датчика расхода первого компонента, а выход соединен с вторым входом первого регулятора расхода, задатчик теплоты сгорания первого компонента соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с задатчиком теплоты сгорания смеси и первыми входами второго и третьего сумматоров, второй вход второго сумматора соединен с задатчиком теплоты сгорания второго компонента, а выход второго сумматора соединен с первым входом второго блока умножения, второй вход которого соединен с выходом задэтчика соотношения расходов первого и второго компонентов, а выход соединен с первым входом четвертого сумматора, вторым входом соединенного с выходом первого сумматора, выход четвертого сумматора соединен с первым входом первого блока деления, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, вторым входом соединенного с задатчиком теплоты сгорания третьего компонента, выход первого блока деления соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика расхода первого компонента, а выход соединен с вторым входом второго регулятора расхода, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования теплоты сгорания и плотности газообразных смесей, задатчик соотношения расходов первого и второго компонентов включает в себя задатчики плотности первого, второго и третьего компонентов и смеси, пятый - восьмой сумматоры, четвертый блок умножения и второй блок деления, причем задатчик плотности первого компонента соединен с первым входом пятого сумматора, второй вход которого соединен с задатчиком плотности смеси и первыми входами шестого и седьмого сумматоров, второй вход шестого сумматора соединен с задатчиком плотности третьего компонента, а выход шестого сумматора

соединен с первым входом четвертого блока умножения, второй вход которого соединен с входом задатчика соотношения расходов, который присоединен к выходу первого блока деления, а выход четвертого блока умножения соединен с первым входом восьмого сумматора, вторым входом соединенного с выходом пятого сумматора, выход восьмого сумматора соединен с первым входом второго блока деления, второй вход которого

соединен с выходом седьмого сумматора, вторым входом соединенного с задатчиком плотности второго компонента, причем выход второго блока деления присоединен к выходу задатчика соотношения расходов

первого и второго компонентов.

OiO1$

rFE

Ш

1

iff

16

4

Ј)(Ј)(Ј)(Ј,

f tt Л7 J