Система регулирования расхода и давления пара Советский патент 1979 года по МПК G05D16/00 

I

Изобретение относится к системе регулирования количества пара и его давления в соединительном трубопроводе между паропроводниками высокого и среднего давления, служащем в качестве обводного трупровода в сети паропроводов со встроенной паровой турбиной. Системы управления подобного типа находят применение, в частности, в химической промышленности.

Систе.мы управления для регулирования количества и давления пара служат в качестве предохранительного устройства при внезапном выходе из строя потребителейпара, таких как паровые турбины и химические процессы, в интегрированных крупных химических установках.

В таких крупных химических установках, как, например, установка аммиака и этилена I, с одной стороны, при высоких те лпературах получается в виде отхода тепло процесса, а, с другой стороны, в качестве вспомогательного материала для определенных химических реакций используется пар с определенным уровнем давления. Кроме того, в этих установках используется энергия для приводов компрессоров, насосов или

генераторов. На основании этих условий и требований нет смысла использовать тепло процесса для получения пара высокого давления, редуцировать пар высокого давления в паровых турбинах противодавле 1ия до уровня давления пара, используемого в процессе, при этом получать энергию для приводов компрессоров, насосов или генераторов, а затем подводить пар, используемый для процессов, от сети пара среднего давления в качестве вспомогательного материала к отдельным стадиям процесса.

Подобные установки, в общел; называются интегрированными. Как правило, они имеют паровую турбину высокого давления, понижающую давление пара до давления в паропроводе среднего давления. Продукт, выделяющийся в химических реакциях благодаря подаче в качестве вспомогательного вещества пара, не только по количеству, но особенно по своим аналитическим показателям зависит от количества под чшого пара, т.е. от сохранения количественного соотношения пара и сырья. Так как множестпо се годняшных процессов протекают при повышенном давлении, например 20-80 ати, и ход nVouecca часто зависитot давления, т.е. с понижением давления паДает степень прев ращёния; то для экономического хода процесса необходимо поддержание постоянного уровня давления. Кроме того, используемый для процесса пар в имеющих огневой обогрев, заполненных катализатором трубах крекинг-установок для получения синтез-газа предназначен для поддержания постоянства температуры, так как при пре кращении подачи пара и наличии теплоты излучения температура наружной стенки трубы для крекинга повышается недопустимо сильно и катализатор повреждается из-за перегрева. Как известно, паровые турбины имеют быстродействующее запорное устройство для того, чтобы при повреждении немедленно отключиться от дальнейшей подачи пара. ПрерьГвание подачи пара в турбину благодаря быстродействующему запору неизбежно ведет к прерыванию подачи пара к паропроводу среднего давления. Так как потребитель на этом паропроводе не отключается немедленно, то давление пара останавливает ли.бо последующие паровые трубины, либо стадии процесса, а это ведет к прекращению работы всей установки, останавливаемой контрольным прибором для регулирования соотношения пара, используемого в процессе. Наиболее близким техническим решением к предложенному является система регулирования расхода и давления пара, содержащая паропровод высокого давления, соединенный через расходомер, запорный клапан и турбину, а также через обводной трубопровод и регулирующий клапан с паропроводом среднего давления, мультипликатор, регулятор давления и блок аварийной остановки турбины 2. Данная система удовлетворяет требованиям в чисто паротурбинной установке с турбинами высокого, среднего и низкого давления в отношении требуемого времени переключения и сохранения количества и давлени5 пара. Кратковременно уменьшившийся паровой поток в турбинах среднего или низкого давления может привести только к понижению производительности, но ни к каким боль шим повреждениям материала машин. Однако требования, предъявляемые к системе управления для процесса в крупной химической установке с интегрированной паровой системой, известная система не может удовлетворить. Так, например, пар из сети среднего давления подобной установки ис Шльзуётся для последующих паровых турбин и в том числе В процессе для крекинга углеводородов в обогреваемых пламенем трубчатых реакторах. Сеть пара среднего давления не аммиачной установке на 1000 т/год имеет, например, включая перегреватель, объем около 10 м, а тем самым при удельном объеме пара 0,1 содержит около 100 кг пара. Так как в подобной установке потребители, подключенные к сети среднего давления, расходуют примерно 150 т/ч или 42 кг/с пара, то в течение примерно одной секунды при прерывании подачи давление пара падает почти до 50% своего заданного значения. Сильное падение давления и недостача пара ведут к быстрой остановке всей установки и к перегревав имеющих наружный огневой обогрев труб крекинг-установки. Целью изобретения является повышение надежности системы. Это достигается тем, что система содержит сервопривод, мембранный пневмопривод и переключающие клапаны, причем регулирующий клапан связан с сервоприводом, соединенным с регулятором давления и с одним из переключающих клапанов, связанным с регуляторо.м давления и мультипликатором, и через мембранный пневмопривод с другим переключающим клапаном, а привода обоих переключающих клапанов соединены с блоком аварийной остановки турбины. На фиг. 1 представлена упрощенная рабочая схема системы регулирования расхода и давления пара с одной паровой турбиной и регулирующим клапаном в положении готовности; на фиг. 2 - та же систе- ма с регулирующей автоматикой запуска. Система содержит паропровод высокого давления 1, пар из которого проходит через турбину высокого давления 2 в паропровод среднего давления 3 для того, чтобы отсюда подаваться другим потребителям и использоваться в качестве пара, применяемого в процессе. В трубопроводе 4 к турбине высокого давления находятся расходомер 5 и запорный клапан 6. Параллельно турбине имеется обводной трубопровод 7 с регулирующим клапаном 8. Через этот трубопровод в случае необходимости производится байпасирование и редуцирование заданного количества пара от паропровода высокого давления 1 к паропроводу среднего давления 3. Это заданное количество пара по величине равно количеству пара, проходящего через трубопровод 4 и турбину 2. В положении готовности регулирующий клапан 8 закрыт силой, действующей на мембранный пневмопривод 9. Она больше силы, действующей на сервопривод 10, и поэтому через неподвижный с одной стороны установочный рычаг 11 шпиндель клаПЗна 8 удерживается на своем седле. Система содержит также блок 12 аварийной остановки турбины, связанный трубопроводом 13 с переключающим клапаном 14, переключ-ающий клапан 15, подключенный к трубопроводу 16 подачи вспомогательной энергии, мультипликатор 17, регулятор давления 18.

Исполнительный импульс, действуюш,ий от приводной системь турбины через трубопровод 13, таким образом перемендает поршень в перекл1Очаюш,ем клапане 15, что на привод 9 регулирующего клапана 8 действует давление вспомогательной энергии из трубопровода 16. Сила, действующая на сервопривод 10, получает свое фактическое значение от расходомера 5 при помощи соответствующего преобразования и трубопровода через редуцирующее реле 19, мультипликатор 17 и переключающий клапан 14.

В состоянии готовности поршень в переключающем клапане 14 за счет исполнительного импульса, полученного от блока 12 аварийной остановки турбины через трубопровод 13 перемещается таким образом, что к сервоприводу 10 подводится управляющий импульс от расходомера 5 через трубопровод 20. Величина этого управляющего импульса вызывает пропорциональное предварительное напряжение на пружине в сервоприводе 10.

К паропроводу среднего давления 3 подключен преобразователь давления 21. В состоянии готовности сильфонная система регулятора давления 18 скомггенсирована по усилиям за счет того, что установленное через трубопровод 22 заданное значение равно фактическому значению, поступившему через трубопровод 23 от преобразователя давления 21. Благодаря этому в противолежащей сильфонной системе принудительно получается компенсация усилий такого рода, что в трубопроводе 24 имеется импульс управления, равный импульсу в трубопроводе 25.

Если вышеописанное положение готовности отключается б.1агодаря приведению в действие блока 12 аварийной остановки турбины при повреждении на турбине и клапан 6 вдруг закрывается, то происходит еледующий процесс переключения. Переключающие клапаны 14 и 15 таким образом управляются от блока аварийной остановки турбины, что их установочные порщни переходят в противоположное положение.

В переключающем клапане 15 управляющее давление вспомогательной энергии к приводу 9 блокируется, выход для среды, действующей на привод 9, свободен, таким образом, привод 9 освобождается и имеющееся в установочной пружине сервопривода 10 пропорциональное предварительное напряжение открывает регулирующий клапан 8 таким образом, что может проходить заданное количество пара.

Одновременно в переключающем клапане 14 путь управления от расходомера 5 закрывается, а значение импульса управления регулятора давления 18 в трубопроводе 24, которое соответствует сигналу пред-варительной установки количества, подключается к сервоприводу 10 регулирующего клапана 8, как это было уже описано выше в положении готовности. Теперь регулятор давления на паропроводе среднего давления 3 работает как обычный регулятор, в то время как мультипликатор 17 в этом состоянии, отсоединен. Регулирующий клапан при присоединении к обоим переключающим клапанам, расходомеру и регулятору давления обеспечивает мгновенную регулировку.

При применении системы регулирования по фиг. 1 для запуска интегрированной установки требуется enie один параллельный обводному трубопроводу 7 трубопровод между паропроводом вьюокого давления 1 и паропроводом среднего давления 3 для того, чтобы иметь возможность подвести пар от паропровода высокого давления в паропровод среднего давления при помощи клапана в этом трубопроводе. Однако можно отказаться от этого трубопровода с клапаном. Тогда установочный рычаг 11 сервопривода 10 следует заменить свободным с обеих сторон установочным рычагом 26 (фиг. 2), который присоединен к сервоприводу 27 своей освободивщейся стороной. В период запуска пар от паропровода высокого давления 1 идет как через турбину высокого давления 2, так и через обводной трубопровод 7 в паропровод среднего давления 3. Количество пара, проходяцдего через регулирующий клапан 8 на обводном трубопроводе 7, уменьшается, например, вручную через регулятор давления 18 и сервопривод 27 в такой мере, в какой повышается количество пара, проходящего через турбину высокого давления. Сервопривод 27 связан с переключающим клапаном 28, который, в свою очередь, через трубопровод. 29 связан с дополнительным переключающим клапаном 30. Этот переключающий клапан, также как и переключающий клапан 14, присоединен к мультипликатору 17. Путем соответствующей установки порщней в переключающих клапанах в период запуска управляющий импульс от мультипликатора 17 через переключающий клапан 30 подводится к сервоприводу 10 и воспринимается там как предварительное напряжение пружины. Управляющий импульс от регулятора давления 18 одинаков в трубопроводах 24 и 25, через трубопровод 29 и сервопривод 27 действует на установочный рычаг 26 и пропорционально открывает клапан. Регулятор давления может работать от руки и на автоматике. Если в период запуска выходит из строя паровая турбина, то освобождается привод 9, накопленное в пружине сервопривода 10 предварительное напряжение снова открывает клапан, чтобы факти ческое количество пара турбины могло проходить дополнительно через регулирующий клапан 8. Flpii помощи запорных клапанов (на фигурах не показаны) на трубопроводах 31 и 32 к сервоприводу 10 поршень в случяе повреждения блокируется. Если в период запуска нет помех и после начала процесса запуска заданное количество пара проходит в сеть среднего давления только через турбину, т. е. регулирующий клапан 8 закрыт, то сервопривод 27 арретируется в своем концевом положении при помощи переключающего клапана 28, а сервопривод 10 через переключающие клапаны 30 и 14 подключен к мультипликатору 17 и регулятору давления 18. Теперь система находится в положении готовности, как это описано для фиг. 1, и в случае повреждений работает такимже образом. Если в интегрированной установке между паропроводами высокого и среднего давления запроектировано несколько потребителей пара высокого давления, то систему ретулирования выполняют согласно изобретению таким образом, что в случае повреждения она остается исключительно стабильной и требует минимальных затрат на обводные трубопроводы и регулирующие клапаны.

8 Формула изобретения Система регулирования расхода и давления пара, содержащая паропровод высокого давления, соединенный через расходомер, запорный клапан и турбину, а также через обводной трубопровод и регулирующий клапан с паропроводом среднего дав- , ления, мультипликатор, регулятор давления и блок аварийной остановки турбины, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности системы, она содержит сервопривод, мембранный пневмопривод и переключающие клапаны, причем регулирующий клапан связан с сервоприводом, соединенным с регулятором давления и с одним из переключающих клапанов, связанным с регулятором давления и мультипликатором, и через мембранный пневмопривод с другим переключающим клапаном, а привода обоих переключающих клапанов соединены с блоком аварийной остановки турбины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Скобло .А.. И. и др. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промыщленности. М., 1962, с. 618. 2.Патент Австрии № 1927509, кл. G 05 D 16/00, 1970.