Способ управления тепло-массообменным процессом Советский патент 1982 года по МПК B01D3/42 B01D53/14 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫМ Изобретение относится к способам автоматического управления процессами тепломассообмена, применяемым в неорганической химий, в частности в управлении ректификацией, абсорбцией, в коксохимической, химической, нефтехимической, пищевой промышленностях, а также может быть применено в автоматических системах управления, служащих для выбора оптимальных режимов работы сложных--технологических процессов с большим числом переменных, сильйо взаимосвязанных между собой. По основному авт. са. № 654263 известен способ управления тепломассообмённым процессом, в котором при регулировании угла, образованного даже при совместном транспорте газа первой и концевой ступеней сепарации, может выпадать до 200 кг конденсата из ,1000 м газа. Однако выпадение углеводородных конденсатов в газопроводах создает ряд серьезных проблем в работе нефтяной промыщленности. Известно, что газ нефтяных месторождений с целью его утилизации и выработки ценного сырья для нефтехимии подают на переработку на районные газоперерабатыПРОЦЕССОМвающие заводы (ГПЗ). Если центральный пункт сбора (ЦПС) и ГПЗ расположены на разных площадках, то газ часто приходится транспортировать на весьма значительные расстояния. Однако нефтяной газ содержит большое количество тяжелых углеводородов, которые при транспортировке в результате охлаждения до температуры, равной температуре грунта, выделяются в газопроводе. Особенно большое количество жидкой фазы выделяется из газов концевых и горячих (после нагрева нефти) ступеней сепарации нефти. Выпадение жидких углеводородов в газопроводе приводит к потере большого количества ценного углеводородного сырья, снижает производительность трубопроводов, приводит к усложнению его обслуживания при выводе жидкой фазы в конденсатосборники. Особой проблемой является при этом утилизация конденсата из сборниковг В связи с затрудненностью доступа к конденсатосборникам конденсат в большинстве случаев сжигают или продувают в атмосферу, что приводит к недопустимым потерям продуктов и загрязнению окружающей средь. Несмотря на большие потери углеводородов, снижение бензинового потенциала

нефти и производительности газопроводов такие установки применяют в нефтяной промышленности весьма широко.

Известна установка подготовки нефти и газа, которая содержит сепараторы первой, второй, промежуточных и горячей .(концевой) ступеней сепарапии нефти, отстойники (печь), электродегйдраторы, а также компрессоры для сжатия газов второй, промежуточных и концевой ступеней сепарации нефти, воздушный холодильник, трехфазный разделитель и трубопроводы холодной и горячей Нефти.

Известная установка позволяет решать вопросы подготовки газов концевых и горячих ступеней сепарации нефти с резким сокрашением потерь углеводородов. В этой установке охлаждение газа осушествляется в воздушных холодильниках без применения искусственного холода. Это значительно упрощает сооружения, снижает капитальные затраты и эксплуатационные расходы на подготовку газа к транспорту до ГПЗ.

Недостатком установок с применением только воздушных охлаждений является отсутствие стабильности их работы по температуре охлаждения в весенне-летний период года. В это время температура воздуха достаточно велика (20-35°С), а температура грунта, особенно весной, низкая (О-5°С). Это приводит к тому, что в указанный период года, когда воздушным охлаждением можно добиться температуры газа не ниже 40°С, в газопроводах выделяется при транспорте значительное количество конденсата.

Цель изобретения - интенсификация процесса за счет поддержания оптимальной толшины пленки жидкости на поверхности пластин насадки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления массообменным процессам, регулирование угла, образованного плоскостью насадки и плоскостью, проходящей через ось продольной щели и ось горизонтальной трубки оросителя, осуществляют с коррекцией по скорости несущего газа.

При этом осуществляют управление технологическим процессом несущего газа по отклонениям концентрации и скорости несущего газа от их заданных величин.

С целью сокращения потерь углеводородов при транспорте, сокращения количества газа, сжигаемого в печах для нагрева нефти при ее подготовке, установка содержит сепараторы первой, промежуточных и концевых ступеней, отстойники, электродегидраторы, печи, компрессоры для сжатия газов концевых фаз. Так, например, уменьшение скорости газа, при прочих равных условиях, приводит к увеличению времени контакта жидкость - газ, а значит.и к более полному извлечению бензольных углеводородов. Но на пути уменьшения скорости существует предел последней, при котором, начиная с

Некоторой высоты рабочей части аппарата, состав газа остается неизменным, что означает отсутствие процесса массообмена. Именно эта минимальная для данной кой центрации бензольных углеводородов скорость газа и должна приниматься за нижнюю границу интервала изменения скорости газа.

Аналогично, при фиксированной скорости существует два предельных значения концентраций: нижний GI, при котором состав газа по длине рабочей части аппарата остается неизменным, так как содержание бензольных углеводородов ниже «порога чувствительности механизма диффузионного массообмена; и верхний Cj, за пределами которого отбор бензольных углеводородов невыполняется.

На чертеже представлена схема реализации способа улравления тепломассообменным процессом.

Ороситель состоит из ряда горизонтальных трубок 1 с продольной щелью 2, которые прилегают вплотную с обеих сторон пластины насадки 3 в верхней части так, что плоскость, проходящая через ось продольной щели и ось горизонтальной трубки, образует с плоскостью насадки острый угол ot . С помощью датчиков 4-7 измеряются основные параметры входных и выходных потоков: количество входящего в аппарат каменноугольного масла и коксового газа, процентное содержание во входящем и выходящем газе бензольных углеводородов и скорость газа.

Способ осуществляется следующим образом.

Сигналы, пропорциональные измеряемым расходам поглотительного масла, несущего газа, его концентрации и скорости, поступают на вторичные приборы 8-11 для регистрации. Регулирование расхода поглотительного масла осуществляется изменением расхода масла при помощи исполнительного механизма 12 до тех пор, пока не исчезнет сигнал рассогласования между заданными значением соотнош ния поглотительного масла и газа его тек/щим значением.

Сигнал, пропорциональный изменению расхода поглотительного масла, с регулятора 8 поступает на блок 13, где он умножается на постоянный коэффициент К и поступает на исполнительный механизм 14.

Сигнал, пропорциональный изменению скорости газа, с вторичного прибора 11 поступает на блок 15 памяти, где производится вычисление величины корректировки угла поворота оросителя как функции скорости газового потока и данная величина также поступает на блок 13, где формируется управляющий сигнал коррекции.

Сигнал, пропорциональный изменению концентрации газа, поступает со вторичного прибора 10 на пороговый элемент 16, где установлен интервал оптимальных значений концентрации несущего газа. Сигнал, пропорциональный скорости газа, поступает на пороговый элемент 17, где установлен интервал допустимых значений скорости несущего газа. С пороговых элементов 16 и 17 сигналы (0,1) поступают на элемент ИЛИ 18, выход которого связан с вычислительным устройством 19. Присутствие на входе элемента ИЛИ 18 хотя бы одного сигнала, равного 1, приводит к тому, что на выходе последнего появится сигнал, включающий в работу вычислительное устройство 19. Вычислительное устройство 19 может представлять собой набор элементов памяти, в которых записаны мажоритарные уравнения, устанавливающие соответствие, например, процентного содержания бензольных углеводородов в коксовом газе Yi ---jYji от состава, помола и качества угольных щихт, а также от теплового режима процесса коксования Xj.iСигнал, характеризующий изменение состава, помола и качества угольной шихты, поступает на блок 20 управления, где он оценивается, корректируется и трансформированный поступает на исполнительный орган 21, а затем на технологический процесс 22. Управление изменением толщины пленки жидкости на поверхности насадки и увеличение смоченной поверхности в зависимости от изменения случайным образом вязкости и плотности оросительного масла осуществляется следующим образом. Сигнал, пропорциональный изменению толщины пленки, с датчиков 23 поступает на командный электрический прибор (КЭП) 24, который предназначен для подключения очередного датчика и измерительной схемы. После КЭП сигнал поступает на мост 25 емкостей, где производится непосредственное измерение емкости. Сигнал рассогласования моста, пропорциональный измеренной емкости, поступает на усилитель 26 мощности и на самопищущий прибор 27 ,. Одновременно данный сигнал поступает на блок 28, где вычисляется среднее значение толщины пленки в контролируемой области, и на блок 29, где вычисляется щирина смоченной поверхности в контролируемой области; после чего данные сигналы поступают на блок -30, где вычисляется отнощение щирины смоченной поверхности к средней толщине пленки. На блоке 31 производится сравнение полученного результата с заданными значе.ниями. Если в результате сравнения сигнала с блока 30 с некоторыми заданными значениями на блоке 31 появляется сигнал, показывающий, что данное значение .меньще заданного значения, на исполнительный механизм 14 поступает сигнал с блока 32, и ороситель 1 поворачивается вокруг своей оси так, что угол, образованный плоскостью насадки и плоскостью, проходящей через ось продольной щели и ось горизо 1тальной трубки оросителя, соответственно изменяется. Учет скорости газа при коррекции угла, образованного плоскостью насадки и плоскостью, проходящей через ось продольной щели и ось горизонтальной трубки оросителя, гарантирует оптимальные условия формирования и дальнейщего существования пленки жидкости на поверхности насадки. Выбор оптимальных значений параметров технологического процесса получения несущего газа по отклонению концентрации и скорости этого газа от заданных допустимых интервалов их значений способствует повыщению эффективности и экономичности процесса. Предлагаемый способ управления обеспечит экономический эффект порядка 30 тыс. руб. с одного тепломассообменного аппарата в год. Формула изобретения 1.Способ управления тепломассообменным процессом по авт. св. № 654263. отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет поддержания оптимальной толщины пленки жидкости на поверхности пластин насадки, регулирование угла, образованного плоскостью насадки и плоскостью, проходящей через ось продольной щели и ось горизонтальной трубки оросителя, осуществляют с коррекцией по скорости несущего газа. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют управление технологическим процессом получения несущего газа по отклонениям концентрации и скорости несущего газа от их заданных допустимых значений.