Устройство для регулирования температурного режима в колонне синтеза метанола Советский патент 1982 года по МПК C07C31/04 G05D27/00 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования технологических процессов, в частности процесса синтеза метанола, и может быть использовано в химической промышленности.

Известно устройство для автоматического регулирования температурного режима в колонне синтеза метанола, содержащее основной и вспомогатель ный (дополнительный автономный) регулятор , входы которых подключены к сумматору, первый вход которого связан с датчиком температуры горячей точки колонны, а также дифференциатор , вход которого соединен с датчиком уровня воды в сосуде высокого давления 1.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для регулирования температурного режима в колонне синтеза метанола, содержгидее основной и вспомогательный регуляторы, входы которых параллельно подключены к выходу первого сумматора, первый вход которого связан с датчиком температуры горячей точки колонны, дифференциатор, первый вход которого соединен с датчиком уровня воды в сосуде высокого

Давления, выход основного регулятора параллельно подключен к клапану пидачи воды в систему охлаждения и к Второму входу вспомогательного регулятора, выход которого через второй, третий и четвёртый сумматоры параллельно соединен с соответствую1цими клапанами подачи воды в змеевики охлаждения 21.

10

Во всех известных устройствах основной регулятор (различной конструкции ) осуществляет стабилизацию температурного режима в колонне синтеза . метанола, воздействуя на общий ис15полнительный ьюханизм, который изменяет расход охлаждающей воды из сосуда высокого давления через змеевики системы охлахэдения. Имеется также дополнительный вспомогательный регулятор

20 ( различной конструкции), воздействуняций каким-либо образом (в зависимости от конструкции) на остальные исполнительные механизмы cиcтe u охлаждения.

25

Кроме того, в устройствах выходной сигнал основного регулятора дополни1ельно корректируют по скорости изменения уровня в сосуде высокого давлен«я. Для этого в схемах устройств ре30гулирования установлен дифференциатор, связанный с датчиком уровня воды в сосуде высокого давления. Однако известные устройства имеют следующие недостатки: незначительные по величине высокочастотные помехи н выходе датчика уровня воды в сосуде высокого давления усиливаются дифференциатором, а затем, поступая на входы регуляторов, усиливаются допол нительно и регуляторами, что затрудняет работу элементов системы регулирования.; система регулирования пло хо отрабатывает изменения заданного значения температурного режима в.след ствие больших значений сигналов стабилизации по дополнительному каналу коррекции (по уровню воды); при различных отказах (неполадках) в схеме измере-ния уровня воды, например ненормальная работа датчика уровня, устройство регулирования температуры по сути дела выходит из строя, если, конечно, вовремя не отключить канал коррекции по уровню воды, что возмож но только при запланированных работа с датчиком уровня. В остальных случаях отключение канала коррекции .(вручную) происходит тогда, когда по вине канала коррекции произошли большие отклонения температурного ре лсима от заданного. Это снижает надежность всей системы управления Все эти недостатки приводят к снижению качества регулирования температур что в свою очередь уменьшает производительность колонны синтеза метанола. Цель изобретения - повышение производительности колонны за счет повы шения качества регулирования темпера турного режима. Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит нелинейное звено и блок переключения, при этом выход дифференциатора параллельно подключен ко входам нелинейного звена и блока перёключения, выход которого связан со вторым входом дифференциатора, а зыход нелинейного звена соединен со вторым входом первого сумматора. На чертеже показана структурная схема устройства для регулирования температурного режима в колонне синтеза метанола. Устройство состоит из объекта регулирования, где свежий синтез-газ через смеситель 1 подают в колонну 2 синтеза метанола, зона реакции которой состоит из четырех катализаторных корзин (КК-1 - КК-4) разделен ных змеевиками 3-5 системы охлаждения. Система охлаждения со.стоит из котла-утилизатора б, сосуда 7 высоко го давления и циркуляционного насоса -8. Прореагировавший газ из колонны синтеза проходит затем через конденсатор 9, сепаратор 10 и резервуар 11 готового продукта - метанола. Оставшаяся часть газа всасывается турбоциркуляционным (дожимающим) компрессором 12 и через смеситель 1 рециркулируется в колонну синтеза. Для предотвращения значительного накопления в системе инертных примесей часть циркуляционного газа отводится в виде продувочных газов. Устройство регулирования содержит датчик 13 температуры горячей точки колонны, первый сумматор 14, вспомогательный и основной регуляторы 15 и 16, датчик 17 уровня воды в сосуде высокого давления, дифференциатор 18, нелинейное звено 19,. блок 20 переключения, клапан 21 подачи во.ды в систему охлаждения, клапаны 22-24 подачи воды в змеевики охлаждения, второй, третий, и четвертый сумматоры 25-27 каналов коррекции расхода водда. Сигнал от датчика 13 температуры поступает на сумматор 14, куда поступает также через нелинейное звено 19 сигнал с дифференциатора 18, связанного с датчиком 17 уровня воды в сосуде высокого давления. Переключающий вход дифференциатора 18 соединен с блоком 20 переключения,вход которого связан с выходом этого же дифференциатора. Выход сумматора 14 подключен к основному регулятору 16, воздействующему на общий клапан 21 в системе охлаждения. Выход основного регулятора поступает также на контрольную точку вспомогательного регулятора 15, вход которого соединен с выходом сумматора 14. Выходной сигнал регулятора 15 поступает на один из входов каждого из сумматоров 25-27, другие входы которых подключены к каналам коррекции расхода воды через змеевики охлаждения. Выходные сигналы сумматора поступают на клапаны 22-24. Нелинейное звено 19 имеет характеристику типа настраиваемой зоны нечувствительности. Устройство работает следующим образом. При постоянном (стабилизированном) температурном режиме колонны синтеза наблюдаются высокочастотные колебания уровня воды в сосуде высокого давления, а следовательно, и колебания на выходе дифференциатора 18. Эти колебания (помехи) происходят с не большой амплитудой и генерируются, повидимому, -датчиком уровня, а также самим дифференциатором, который, кроме того, и усиливает колебания (почти незаметные) с датчика уровня. Минимальная величина зоны нечувствительности нелинейного звена 19 выбирается таким образом, чтобы в этом редиме выходной сигнал звена был равен нулю.

Уровень воды в сосуде высокого давления быстрее реагирует на изменения температурногоiрежима, чем сигнал с термопары (датчик 13), измеряющей температуру в колонне синтеза. Это объясняется малой инерционностью змеевиков системы охлаждения. В этом случае сигнал с выхода дифференциатора 18 превы1иает величину зоны нечувствительности звена 19, на выходе которого появляется сигнал коррекции по уровню воды, который поступает через сумматор 14 на входы регуляторов 16 и 15.

При больших по величине сигналах с выхода дифференциатора 18 (больше заданных) на выходе блока 20 переключения параметров появляется управляющий сигнсш, который устанавливает в дифференциаторе очень маленькое значение постоянной времени дифференцирования. В результате выходной сигнал дифференциатора уменьшается и быстро входит в заданные пределы. На выходе блока 20 появляется нулевой управляющий сигнал, который устанавливает в дифференциаторе прежнее (заданное) значение постоянной времени. В дальнейшем этот процесс повторяется, если выход дифференциатора вновь выйдет за заданные пределы изменения

Дифференциатор 18 с ограничением выходного сигнала (блок 20) построен на базе пневматического устройства прямого предварения, э котором в качестве ограничиваемого параметра принят сигнал разности входного и выходного давления (сигнал производной). Такая схема обеспечивает повышенную точность работы устройства при наличии ограничений выходного сигнала.

Таким образом, нелинейное звено 19 с настраиваемой зоной нечувствительности позволяет.отстроиться от высокочастотных помех, возникакяцих по каким-либо причинам в канале коррекции по уровню воды. А блок 20 позволяет ограничить сигнал коррекции (по абсолютной величине) на уровне, не превышающем значение « - настройка блока 20 переключения параметров дифференциатора. Теперь при больших изг нениях уровня воды в сосуде высокого давления, точнее при резких изменениях выходного сигнала с датчика уровня, сигнал коррекции находится в пределах от - сЛ до + Л При внезапных отказах схемы измерения уровня воды сигнал коррекции также не выходит за эти пределы. Система регулирования быстрее отрабатывает изменения заданного значения температурного режима вследствие ограничения

сигналов стабилизации по дополнительному каналу коррекции по уровню воды. Применение предлагаемого устройства регулирования с коррекцией по уровню воды позволяет повысить качество регулирования температурного режима, увеличить надежность системы управления, что в конечном счете повышает производительность колонны синтеза метанола.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температурного режима в колонне синте-, за метанола, содержащее основной и вспомогательный регуляторы, входы которых- параллельно подключены к выходу первого сумматора, первый вход

которого связан с датчиком температуры горячей точки колонны, дифференциатор, первый вход которого соединен с датчиком уровня воды в сосуде высокого давления, выход основного регулятора параллельно подключен к клапану подачи воды в систему охлаждения и к второму входу вспомогательного регулятора, выход которого через второй, третий и четвертый сумматоры

параллельно соединен с соответствующими клапанами подачи воды в змеевики охлаждения, отличающееся тем, что, с целью повьошения производительности колонны за счет повышения качества регулирования температурного режима, оно дополнительно содержит нелинейное звено и блок переключения, при этом выход дифференциатора параллельно подключен к входам нелинейного звена и блока переключения, выход

которого связан с вторым входом дифференциатора, а выход нелинейного звена соединен с вторым входом первого сумматора.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 532598, кл. С 07 С 31/06, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2896820/23-26,

кл. С 07 С 31/05, 1980.

fJpoffyS0vHMe га ЗА/