Система автоматического регулирования давления в ректификационной колонне Советский патент 1982 года по МПК B01D3/42 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования режимов работы ректификационных колонн с конденсатором (дефлегматором) воздушного охлаждения и концевым конденсатором с водяным охлаждением и может найти применение при автоматизации процессов ректификации в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промыцленности.

Известна система автоматического регулирования давления в ректификационной колонне, содержащая датчик расхода охлаждающей воды в конденсатор, регулятор расхода и исполнительный механизм, установленный на трубопроводе подачи охлаждающей воды в конденсатор, датчик и регулятор Давления в ректификационной колонне, выход которого связан с входом регулятора расхода продукта (Ij.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система автоматического регулирования давления в ректификационной колонне с конденсатором воздушного охлаждения (КВО) и концевым конденсатором с водяным охлаждением, содержащая датчики регулятор давления, исполнительный механизм, установленный на

трубопроводе подачи охлаждакчцей воды в концевой конденсатор, датчик расхода охлсшщающей воды, блок дискретного управления, вход которого соединен с выходом датчика расхода, а выходы - с электродвигателями вентиляторов КВО f2.

Однако известная система не обеспечивает инвариантности (независи 0мости; давления в колонне по отношению к изменениям тепловой производительности КВО, возникающим при включении и отключении его вентиляторов, что приводит к большим по

15 амплитуде и длительным по времени колебаниям давления в колонне и, как следствие этого, к снижению качества выходящего из колонны продукта и ухудшению технико-экономи20ческих показателей процесса; не обеспечивает инвариантности давления в колонне по отношению к колебаниям температуры и влажности охлаждающего воздуха, влияющим на тепловую произ25водительность КВО и, следовательно, являющимся возмущением для системы регулирования давления в колонне. Регулятор давления, работающий по отклонению, ликвидирует вредное влия30ние этих возмущений, однако лишь

при наличии рассогласования между действительными и заданными значениями давления в колонне. Это также является причиной возникновения пе-т реходных процессов в системе, особенно ощутимых при резких изменениях погодных условий (осадки, резкое похолодание или потепление и др. .

Кроме того, система не решает задачи стабилизации расхода охлаждаю|Щей воды в концевой конденсатор, отклонение которого от згшанного значения является источником возмущений вызывающих дополнительные колебания , давления в ректификационной колонне.

Цель изобретения - улучшение качества продукта за счет увеличения динамической точности и быстродействия системы регулирования давления в ректификационной колонне.

Указанная цель достигается тем, . что в известную систему автоматического регулирования давления в ректификационной колонне с КВО и концевым конденсатором с водяным охлаждением, содержащую датчик и регулятор давления, исполнительный механизм, установленный на трубопроводе подачи охлаждающей воды в концевой конденсатор, датчик расхода охлаждающей воды, .блок дискретного управления,вход которого соединен с выходом датчиков расхода,а выходы - с электродвигателями вентиляторов КВО, введены репгулятор расхода охлаждающей воды в концевой конденсатор,подключенный к исполнительному механизму на трубопроводе подачи охлаждающей воды, датчики температуры и влажности охлаждающего воздуха, вычислительный блок один вход которого связан с блоком дискретного управления, а другие вхо ды - с выходами датчиков температуры и влажности охлаждающего воздуха и с выходом датчика расхода охлаждающе воды; динамический компенсатор,вход которого связан с выходом вычислительного блока, и сумматор, один вхо которого соединен с выходом регулятора давления, другой - с выходом динамического компенсатора, а выкоп сумматора подключен к входу регулятора расхода охлаждающей воды.

На чертеже дана принципиальная схема системы автоматического регули;рования давления в ректификационной колонне.

; Система включает объект регулиров4ния, состоящий из ректификационной колонны 1, конденсатора воздушного охлаждения , представляющего собой группу параллельно работающих аппаратов воздушного охлаждения АВО и концевого конденсатора 3 с водяным охлаждением, электродвигатели 4 вентиляторов КВО 2; датчик давления 5 в ректификационной колонн е, регуля.тор давления б; датчик расхода 7 ох-

лаждающей воды; регулятор расхода 8; исполнительный механизм 9; блок дискретного управления 10; вычислительный блок 11, динамический компесатор 12, сумматор 13, датчик температуры 14 и датчик влажн.ости 15 охлаждающего воздуха.

Вычислительный блок 11 и динамический компенсатор 12 образуют корртирующую цепь , предназначенную для обеспечения инвариантности давления в колонне 1 по отношению к изменениям тепловой производительности КВ 2, возникающим при включении и отклчении его вентиляторов, а также по огношению к колебаниям температуры и .влажности охлаждающего воздуха, с целью улучшения качества регулирования давления.

I Применение регулятора расхода 8 Iпозволяет компенсировать возмущения по расходу охлаждающей воды в концевой конденсатор 3 и тем самым сделать работу системы более стабильной

Система автоматического регулирования давления работает следующим образом.

Для сохранения заданной величины давления Р в ректификационной колонне 1 при колебаниях параметров окружающего воздуха, влияющих на тепловую производительность КВО 2, и постоянстве количества тепла, подводимого к конденсаторам 2 и 3 из колонны 1 с парами, необходимо обеспечить постоянство количества отбираемого тепла в конденсаторах 2 и 3. Это осуществляется с помощью вычислительного блока 11 на основе использования математических моделей конденсаторов 2 и 3, заложенных в вычислительный блок в виде зависимостей

(&B.f. ei) ,П w

QKK -QnKCGQe W

где (, бд Рд -количество тепла, отводимое с одного АВО при двух включенных вентиляторах, одном включенном вентиляторе и при неработающих вентиляторах соответственно;

QKJJ - количество тепла, отводимое в концевом конденсаторе 3 с водяным охлаждением;

Ogt|) - температура и влажность охлаждающего воздуха ,

QQU - расход охлаждающей воды в концевой конденсатор 3.

Зависимости (1-4) могут быть получены путем математического моделирования статических режимов конденсаторов ректификационных колонн и уточнены на действующих объектах. Информация о температуре и влажноети охлаждающего воздуха, а также ра ходе охлаждающей воды через концево конденсатор поступает в вычислитель ный блок с датчиков 14, 15 и 7; информация о количестве ЛВС, работающих с двумя и. одним включенными вен тиляторами, а также при отключенных вентиля горах, поступает с блока дискретного управления 10. Количество тепла, отводимое в ко денсаторе воздушного охлаждения 2, определяется по формуле кво-- QA гО kri, - (5; где HY, и.Ио,- количество ABQ, входя щих в КВО 2, работающих при данных условиях с двумя включенными вентиляторами, одним включенным вентилятором и при отключенных вентилятора Вычислительный блок 11 может быт реализован средствами цифровой или .аналоговой вычислительной техники.Р бота его осуществляется по следующе алгоритму: Расчет по моделям (1) - (3) текущих тепловых производительносте АВО. Расчет текущей тепловой проиэво|дительности КВО по формуле (5). Вычисление приращения тепловой производительности КЮ, имеющего ме то вследствие изменения температуры влажности охлаждающего воздуха, от момента, непосредственно следующего за очередным включением (или отключением вентилятора КВО, до текущего момента времени. .. ДQ№o-«Kbo(в,)( (6) где ()- количество тепла, отводимого в КЮ 2 в текущий момент времени при температуре &в и влажности (f охлаждающего воздуха ;0( ко личество тепла, отводимое в КВО 2 в момент, непосредственно следующий за подключением (или отключением 7 очередного вентилятора, при температуре 0-во и влажности vf охлаждающего воздуха. Расчет текущей тепловой производительности концевого конденсатора Q ПК по модели (4) . Вычисление нового значения тепловой производительности концевого конденсатора Q. из условия посто янства количества тепла, отбираемого в конденсаторах 2 и 3; Определение приращения расхода охлаждающей водылборчерез концевой конденсатор 3, обеспечивающего изменение его тепловой производительности на величину QK, -AQ,(g{j. Выдача сигнала на изменение расхода охлаждающей воды на величину ДСо.в через динамический компенсатор 12и сумматор 13 в камеру задания регулятора расхода 8. При медленно менякхцихся возмущениях, каковьпчи являются изменения температуры окружающей среды (охлаждающего воздуха), динамический компенсатор 12 будет выполнять функцию повторителя входного сигнала. Таким образом, вычислительный блок 11 совместно с регулятором расхода 8 отслеживают изменение тепловой производительности КВО 2 при колебаниях температуры и влажности охлаждакжего воздуха воздействием на тепловую производительность концевого конденсатора 3. Вследствие неточностей математических моделей (1-4) и погрешностей измерительной аппаратуры возможны незначительные отклонения давления в колонне 1 от нормы. Эти отклонения устраняются регулятором давления б, оказывающим дополнительные воздействия на исполнительный механизм 9 через сумматор 13и регулятор расхода 8. При значительных изменениягх температуры ери влажности V охлаждающего воздуха изменение дОкво.тепловой производительности КЮ 2 может быть настолько велико, что с помощью концевого конденсатора 3,ввиду его ограниченной мощности, величинудр р скомпенсировать не удасться. В этом случае, при достижении верхнего или нижнего предельных расходов охлаждающей воды через концевой конденсатор 3, блок дискретного управления 10 под действием сигнала от датчика расхода 7 начнет осуществлять подключение (или отключение) очередных вентиляторов КВО в соответствии с заданным алгоритмом. Вычислительный блок 11, воспринимая информацию от блока дискретного управления 10 о включении (или отключении) очередного йентилятора КВО 2, а также данные по температуре бе, и влажности (f охлаждающего воздуха в момент подключения (или отключения), работает по следующему алгоритму. Определение по уравнению (5) нового значения тепловой производительности. Вычисление величиНыд ибо зменения тепловой производительности КВО вследствие данного подключения(или отключения) вентилятора. Определение приращения расхода охлаждающей водыЛбодчерез концевой конденсатор 3, обеспечивающего изменение его тепловой производительности на величину V teoВыдача сигнала на изменение расхода охлаждающей воды на величину uGo,&. через динамический компенсатор 12 и сумматор 13 в камеру задания ре гулятора расхода 8.

Динамический компенсатор 12 формирует закон перемещения исполнительного механизма 9 на величину 6,Gorj. целью обеспечения инвариантности (независимости) в переходном режиме давления в колонне 1 по отношению к изменению тепловой производительности КВО 2, обусловленному изменением числа работающих вентиляторов.

Ввиду неточностей математических моделей (1-4) процесса, погрешностей измерительной аппаратуры и неоптимальности алгоритма динамического компенсатора 12 при подключении и отключении вентиляторов КВО возможны незначительные отклонения давления в колонне 1 от нормы. Эти отклонения устраняются регулятором давления б, оказывающим дополнительное воздействие на исполнительный механизм 9 через сумматор 13 и регулятор расхода 8.

Возмущения по изменению тепловой нагрузки QH на конденсаторы 2 и 3 подавляются регулятором давления б, воспринимающим информации от датчик .давления 5 об изменении давления в колонне 1 и воздействующим через сумматор 13 и регулятор расхода 8 на

исполнительный механизм 9. I

При больших изменениях тепловой нгрузки для компенсации возмущающего воздействия может оказаться необходимым изменение числа работающих вентиляторов КВО, которое будет производиться блоком дискретного управления 10 по приведенному выше алгоритму .

Таким образом, как при изменении параметров охлаждающего воздуха,так и изменении тепловой (паровой) нагрузки при достижении исполнительным механизмом 9 крайнего верхнего (нижнего) положения, блок дискретного управления 10 осуществляет подключение (отключение) вентиляторов КВО 2 с целью поддержания тепловой нагрузки на концевой конденсатор 3 в пределах, обеспечивающих эффективную работу системы регулирования по стабилизации давления в колонне 1. При 3|fOM во -избежание возникновения в системе переходного процесса по давлению после подключения (отключения) очередного вентилятора КВО 2 корректирующая цепь, состоящая из вычислительного блока 11 и динамического компенсатора 12, вырабатывает управляющее воздействие С целью уменьшения (увеличения) тепловой производительности концевого конденсатора 3 на величину, равную изменению тепловой производительности КВО 2 при включении (отключении)вентиляторов. Этим достигается инвариантность (независимость) давления в колонне 1 по отношению к изменениям тепловой производительности КВО 2, возникающим при подключении и отключении его вентиляторов.

Данная система автоматического регулирования давления в ректификационной колонне позволяет осуществить качественную и надежную стабилизацию давления в ректификационной колонне при колебаниях температуры и влажности окружающего воздуха и изменениях паровой нагрузки на колонну.

Экономический эффект от внедрения данного устройства составит 694,5 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Система автоматического регулирования давления в ректификационной колонне с конденсатором воздушного охлаждения и концевым конденсатором с водяным охлаждением, содержащая датчик и регулятор давления, исполнительный механизм, установленный н трубопроводе подачи охлаждающей воды в концевой конденсатор, датчик расхода охлаждающей воды, блок дискретного управления, вход которого соединен с выходом датчики, расхода , а выходы - с элекродвигателями вентиляторов конденсатора воздушного охлаждения, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества продукта путем увеличения динамической точности и быстродействия системы, в нее введены регулятор рахода охлаждающей воды в концевой коденсатор, подключенный к исполнителному механизму на трубопроводе подачи охлаждающей воды, датчики температуры и влажности охлаждающего воздуха, вычислительный блок, один вход которого связан с блоком дискретного управления, а другие вхо- . ды - с выходами датчиков температуры и влажности охлаждающего воздуха и с выходом датчика расхода охлаждающей воды, динамический компенсатор, вход которого связан с выходом вычислительного блока, и сумматор, один вход которого соединен с выходом регулятора давления, другой с выходом динамического компенсатора, а выход сумматора подключен к входу регулятора расхода охлаждающей воды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Прусенко B.C. Многоконтурные пневматические системы автоматического регулирования тепловых процессов. М.-Л., Госэнергоиэдат, 1963, с. 46.

2. Технический проект. Гаэофракционирующее производство (ЦГФУ) Тобольского нефтехимического комбината, отделение ГФ-1, ГФ-2, часть IV -техноло1ическая. Раздел Б-автоматизация технологических процессов, Новокуйбышевск, 1979.

c i