Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
конспект з АТП.doc
Скачиваний:
88
Добавлен:
25.11.2019
Размер:
6.21 Mб
Скачать

6.1.3 Каскадне регулювання.

Використання одноконтурного регулювання не завжди забезпечує необхідну якість перехідного процесу, особливо коли мають місце сильні збурення за основними матеріальними потоками або теплообмінник має досить великий час чистого запізнення. У таких випадках використовують двоконтурні АСР. Такі системи значно поліпшують якість регулювання, якщо допоміжною регульованою величиною є параметр, зі зміною якого відбудеться сильне збурення процесу теплообміну. Якщо сильним збуренням є витрата теплоносія, то її використовують як допоміжну координату.

Рис. 6.4 Схеми каскадного регулювання температурою за допоміжною координатою за витратою: а - теплоносія; б – тиску.

Каскадна АСР за допоміжною координатою за тиском на вході в апарат або в міжтрубному просторі дає досить ефективний результат навіть тоді, коли сильним збуренням є витрата продукту Fп або його температура, оскільки тиск у міжтрубному просторі є значно меншим інерційним параметром, ніж кінцева температура продукту. Перш ніж те чи інше збурення вплине на вихідну координату, воно сприйметься по внутрішньому контуру і відповідно зміниться його регулятор R1. Залишковий вплив цього збурення буде компенсовано коректуючим контуром із регулятором R2.

Якщо теплообмінник має велике запізнення, а сильним збурюючим параметром є витрата Fп або температура Тп продукту, то доцільно використати АСР з імпульсом за похідною з його проміжної точки. За наявності відповідного збурення почне змінюватися температура в точці а, диференціатор D подасть на вхід регулятора R випереджаючий імпульс і регулятор включиться в роботу скоріше, ніж вихідна координата відхилиться від заданого значення.

Рис. 6.5 Схема регулювання температурою з додатковим імпульсом за похідною.

6.1.4 Комбіноване регулювання.

Комбіноване регулювання використовують тоді, коли сильним збуренням є витрата або температура продукту, а запізнення по каналу Fn або Тп→ перевищує запізнення по каналу регулювання. Вибираючи динамічний компенсатор, потрібно виходити з таких міркувань. Якщо частота зміни збурення достатньо велика, то динамічним компенсатором слід обрати диференціальну ланку. Якщо частота зміни мала, то компенсатором може бути інша динамічна ланка - аперіодична, інтегро-диференціальна або немінімально-фазова. Функціональну схему комбінованої АСР показано на рис. У разі зміни витрати продукту компенсатор К подасть на вхід регулятора К сигнал, який дасть змогу йому включитися в роботу дещо скоріше, ніж збурення досягне вихідної координати.

Рис. 6.6 Функціональна схема комбінованого регулювання температурою

6.2 Автоматизація печей і топок

У хімічній, нафтохімічній і нафтопереробній промисловості широко використовують трубчасті печі (риформінги), в яких продукт безперервно проходить по змійовику, нагрівається завдяки теплоті, що виділяється при спалюванні палива. Трубчаста піч є складним об'єктом керування.

Стабілізацію температури продукту на виході необхідно забезпечити при істотній зміні температури та його витрат на вході в змійовик.

Розглянемо роботу і принципи автоматизації трубчастої печі конверсії метану. Перед трубчастою піччю газова суміш, яка складається з природного газу й азотоводневої суміші, змішується з водяною парою до співвідношення (пара - газова суміш) 3,1 ...3.4. що відповідає співвідношенню пара - природний газ 3,6...4,0. Тиск газової суміші підтримується автоматично за допомогою регулятора кількості обертів турбіни компресора природного газу. Витрати газової суміші та пари стабілізуються системами регулювання, а співвідношення між ними контролюється.

Після змішування з парою парогазова суміш надходить до підігрівника, розміщеного в конвекційній камері трубчастої печі, і підігрівається завдяки теплоті димових газів до температури, що не перевищує 525 °С. Нагріта парогазова суміш розподіляється по реакційних трубах, розміщених у трубчастій печі. В останніх на нікелевих каталізаторах при температурі 810...830 °С відбувається процес конверсії природного газу.

Теплота, необхідна для процесу конверсії, створюється за рахунок спалювання паливного газу в пальниках печі. Вміст метану в газі після трубчастої печі становить 9-11% і контролюється газоаналізатором. Температура на виході реакційних труб підтримується шляхом зміни витрати паливного газу. Процес горіння в печі виконується за вмістом у димових газах кисню, який має не перевищувати 3,5%. Вміст кисню в димових газах регулюється зміною витрати повітря. Розрідження в пічному просторі регулюється автоматично шляхом зміни кількості обертів турбіни димососу.

Автоматичному контролю підлягають такі технологічні параметри:

      • співвідношення потоків пара - газова суміш;

      • витрати газової суміші в трубчасту .піч;

      • температура газової суміші після трубчастої печі;

      • тиск паливного газу, який надходить на пальники;

      • витрати метано-азотоводневої суміші та пари;

      • залишковий вміст метану в газовій суміші після трубчастої печі;

  • температура стінок паропідігрівника;

      • температура димових газів, які викидаються в атмосферу;

      • концентрація кисню в димових газах;

  • розрідження в печі.

Сигналізації підлягає вихід за допустимі межі таких параметрів:

      • зменшення співвідношення пари та газової суміші;

      • зниження витрати пари та газової суміші перед трубчастою піччю;

      • підвищення температури газової суміші на виході з печі;

      • зменшення тиску паливного газу, який надходить на пальники:

      • підвищення температури стінок труб підігрівника;

      • підвищення вмісту кисню в димових газах;

      • падіння розрідження перед димососом.

Автоматичне блокування виконується перекриттям подавання паливного газу в ніч у таких випадках:

  • падінні витрати газової суміші в трубчасту піч;

  • максимальній температурі газу після трубчастої печі;

  • падінні витрати пари перед трубчастого піччю;

  • зупиненні димососів.

Функціональну схему автоматизації трубчастої печі показано на рис. 6.7.

Показником ефективності технологічного процесу є мінімум концентрації метану в газі на виході з трубчастої печі, а мета регулювання - підтримувати цей мінімум на заданому рівні. Мета регулювання досягається завдяки стабілізації таких параметрів, як температура газової суміші на виході з печі, співвідношення азотоводневої суміші та пари, а також концентрації кисню.

Для стабілізації температури газової суміші після трубчастої печі використовують каскадну АСР, внутрішнім контуром якої є система співвідношення витрат паливного газу Fпг і повітря Fп.

У риформінгах речовини не лише нагріваються, а й зазнають хімічного перетворення. Останнє може відбуватися як із поглинанням, так і з виділенням теплоти. Ця теплота визначається багатьма факторами - співвідношенням потоків, якістю каталізатора тощо.

Рис. 6.7 Функціональна схема автоматизації трубчастої печі конверсії метану.

Важливим для печі є захист від відкладання вуглецю на стінках теплообмінника. Щоб запобігти цьому, процес спалювання палива в печі необхідно виконувати в оптимальному режимі: підтримувати на заданому рівні співвідношення витрат паливо - повітря і концентрацію кисню в димових газах.

У багатьох випадках печі використовують лише для нагрівання або сушіння тієї чи іншої речовини. Такі печі мають, як правило, перевальну стінку і теплообмінник нагрівається нагрітим у печі газом. Залежно від потужності печі повітря на спалювання палива може подаватися за рахунок ежекції (втягування повітря з приміщення внаслідок розрідження в печі) або примусово, наприклад вентилятором.

Якщо особливих вимог до процесу нагрівання продукту не висувається, то печі малої потужності можуть бути автоматизовані за допомогою одноконтурних АСР (рис. 6.8). У таких печах стабілізують, як правило, лише два параметри: температуру Т нагрітого продукту на виході теплообмінника зміною витрати палива та розрідження Р завдяки впливу на положення заслінки 5.

Рис. 6.8 Схема одноконтурного регулювання піччю: 1 - піч; 2 - перевальна стінка: 3 - теплообмінник; 4 - регулюючий клапан; 5 - регулююча заслінка.

Для регулювання розрідженням в печі, як правило, використовують Ш-регулятор, а для температури Т доцільно застосовувати ШД-регулятор, оскільки по каналу Т —> Рт спостерігається досить велике запізнення.

До найбільших збурень, які впливають на системи регулювання, належать витрати палива Рт продукту Ьп, а також його температура Тп.

У разі сильного збурення з боку витрати палива доцільно використовувати каскадне регулювання температури із внутрішнім контуром стабілізації витрати палива (рис. 6.9).

Рис. 6.9 Схема каскадної АСР температурою з допоміжною координвтого за витратою палива.

Якщо особливі вимоги висуваються до якості регулювання температури продукту після теплообмінника, а в піч надходять великі збурення з боку подавання як палива, так і продукту, то використовують каскадну систему регулювання з допоміжною координатою за температурою нагрітих газів над перевальною стінкою (рис. 6.10).

Рис. 6.10 Схема каскадної АСР температурою з допоміжною координатою за температурою над перевальною стінкою.

До печей великої потужності висуваються вимоги щодо якості регулювання температури нагріваного продукту, оскільки в них, як правило, повітря надходить у піч примусово. Автоматизуються такі об'єкти за допомогою складних багатоконтурних систем регулювання.

Щоб поліпшити якість регулювання та оптимізувати режим горіння в топці, використовують багатоконтурні АСР (рис. 6.11).

Рис. 6.11 Схема каскадного регулювання парокотельною установкою.

Процес горіння регулюють за допомогою каскадної АСР за вмістом кисню в димових газах за допомогою регулятора R5. Внутрішнім контуром є АСР співвідношення потоків витрат газу та повітря, причому веденою є витрата газу Fг, а ведучою - витрата повітря Fпв. Тиск пари стабілізується також каскадною АСР, внутрішнім контуром якої є АСР витратою газу з регулятором R4. Контур із регулятором R2 є коректуючим.

Автоматичному контролю підлягають витрати пари Fп, газу Fг, повітря Fг, та води Fе; вологість пари, її тиск, тиск газу на пальнику; температура води, яка надходить у котел з економайзера, у печі та димових газів на виході в атмосферу; рівень води в котлі та розрідження в топці.

Обов'язковій сигналізації підлягають перевищення тиску пари в котлі, зменшення витрати палива, зменшення розрідження в топці, збільшення та зменшення допустимих меж рівня води в котлі, а також збільшення вмісту кисню в димових газах.

Блокування перекриттям подавання газу відбувається при втраті полум'я, зменшенні розрідження в топці, істотному зменшенні або збільшенні рівня води в котлі. Якщо значно збільшується тиск пари, то її частина стравлюється в атмосферу.