книги из ГПНТБ / Миниович, М. А. Производство аммиачной селитры

используются почти на каждой стадии получения аммиачной се­ литры.

Термометры расширения. Ртутные стеклянные термометры при­ меняются для замера температур от •—36 до 300 °С. В некоторых термометрах пространство над ртутью заполнено азотом под дав­ лением. С помощью таких термометров можно измерять темпера­ туру до 550 °С. Спиртовые термометры применять в производстве селитры не разрешается.

Ртутные контактные термометры служат для передачи на рас­ стояние сигнала о достижении заданной температуры.

Рис. 51. Схема манометрического газонаполненного термометра:

с двумя контактами из никелевых проволочек. Один контакт впаян вблизи небольшой емкости с ртутью, другой—передвижной кон­ такт устанавливают на определенном делении шкалы, соответст­ вующем заданной температуре. Контакты соединены с электриче­

Манометрические термометры. Действие манометрических тер­ мометров основано на зависимости давления тазов (реже — жид­ костей или паров), заполняющих прибор, от температуры. Если газ или жидкость нагревать в закрытой трубке (сосуде), то давление внутри нее повышается тем больше, чем выше температура нагре­ вания. Значение давления фиксируется на отградуированной шка­ ле прибора.

170

На рис. 51 изображена схема манометрического термометра. Датчиком является термопатрон 1, представляющий собой пусто­ телую металлическую трубку, заполненную азотом или гелием. При нагревании давление газа в термопатроне возрастает и по тонкой трубке (капилляру) передается манометрической пружи­ не 3 самопишущего прибора. Капилляр, соединяющий термопатрон с вторичным прибором, защищен от механических и других по­ вреждений стальной оплеткой.

Термометры сопротивления. Измерение температур с помощью термометров сопротивления основано на свойстве проводников из­ менять электрическое сопротивление в зависимости от температу­ ры. Зная эту зависимость, по величине электрического сопротив­ ления проводника можно определять его температуру и, следова­ тельно, температуру среды, в которую он помещен. Электрическое сопротивление почти всех металлических проводников возрастает с повышением и уменьшается с понижением температуры.

Измерительная установка для определения температуры с по­ мощью термометра сопротивления состоит из собственно термо­ метра сопротивления (чувствительный элемент), прибора для из­ мерения сопротивления проводника (логометр, уравновешенный или неуравновешенный мост) и источника постоянного тока. Соб­ ственно термометр сопротивления представляет собой платиновую или медную проволоку, спирально намотанную на каркас и заклю­ ченную в защитную арматуру. Аналогично термопаре такой термо­ метр устанавливают в контролируемой среде. Термометр с по­ мощью проводов подключают к прибору для измерения сопротив­ ления. Прибор имеет отградуированную шкалу.

На рис. 52 показан чувствительный элемент термометра сопро­ тивления. Он изготовляется из платиновой проволоки, намотанной на слюдяную пластинку 2. Концы проволоки имеют серебряные вы­ воды 6. Пластинка с элементом сопротивления изолирована слюдя­ ными накладками 1, скрепленными обмоткой 3 из серебряной лен­ ты. Весь пакет помещен в чехол из коррознонностойкой стали. Сво­ бодное сечение трубки с обеих сторон пакета заполнено алюминие­ выми вкладышами. Выводы 6 изолированы друг от друга и от ар­ матуры фарфоровыми трубочками или бусами 5. Чехол с элемен­ том помещен в арматуру, состоящую из трубы с заваренным дном,

171

штуцерной гайки и алюминиевой головки, в которой укреплены контактные зажимы для присоединения проводов.

Термопары. Если составить замкнутую цепь из двух разнород­ ных проводников -н нагреть один ее спай, то возникает электриче­ ский ток. Такая цепь, состоящая из двух разнородных проводников (термоэлектродов), образует термоэлемент (термопару).

Спай, помещенный в измеряемую среду, называют рабочим (го­ рячим) спаем термопары, а второй спай — свободным (холодным).

При нагреве рабочего спая на свободных концах проводников возникает термоэлектродвижущая сила (т. э. д. с ) . Величина по­ следней пропорциональна разности температур между рабочим опаем « свободными концами термопары.

Экспериментально устанавливают зависимость между темпера­ турой и т. э. д. с. (градуировка термопары). Тогда определение не­ известной температуры сводится к измерению т. э. д. с , значение которой определяют с помощью автоматических потенциометров типа ЭПД и др.

В производствах аммиачной селитры применяются хромелькопелевая (ХК) и реже — платииородий-платиновая (ПП-1) тер­

Измерение давления и разрежения

Для измерения давления применяются манометры, для измере­ ния разрежения — вакуумметры и мановакуумметры.

В производстве аммиачной селитры манометры служат для из­ мерения избыточного давления в паропроводах, линиях аммиака и азотной кислоты и т. д. Вакуумметры используются для измере­ ния разрежения в выпарных установках, в вакуум-испарителях и др. Мановакуумметры предназначены для измерения избыточно­ го давления до 0,5 ат и вакуума.

По принципу действия приборы для измерения давления разде­ ляются на жидкостные, пружинные и поршневые. Часто применяют­ ся манометры с мембраной, измеряющие давление агрессивных сред (например, азотной кислоты) и вязких жидкостей (например, концентрированных растворов аммиачной селитры).

172

Манометры с пластинчатой мембраной. Работа их основана на прогибе пластинки иод давлением. Стальная мембрана, прогибаю­ щаяся вследствие разности давлений с обеих сторон, зажата меж­ ду двумя фланцами, из которых верхний является частью корпуса прибора, а нижний соединяется с контролируемым пространством. Верхняя часть пластинки сообщается с атмосферой. При повыше­ нии давления среды середина пластинки выгибается и передви­ гает вверх стержень, связанный с зубчатым сектором. Сектор пово­ рачивает шестеренку, на оси которой укреплена стрелка, выне­ сенная на шкалу прибора.

Для измерения давления агрессивных или вязких жидкостей применяются приборы с мембраной из нержавеющей стали.

Пружинный манометр представляет собой стальную коробку, внутри которой помещена загнутая трубка (пружина) из латуни или коррозионностойкой стали. Один конец трубки закрыт, дру­ гой— впаян в штуцер, соединенный с контролируемой средой. За­ крытый конец трубки может перемещаться. Под давлением газа, жидкости или пара, входящих внутрь трубки, она стремится разо­ гнуться. При этом рычаг, шарнирно закрепленный на конце трубки, поворачивает зубчатый сектор, соединенный с шестеренкой, на оси которой закреплена стрелка. Стрелка показывает на шкале прибо­ ра величину давления в кгс/см2 .

с дифманометрами и расходомеры постоянного перепада. Дроссель­ ные приборы измеряют расход газов и жидкостей в данный мо­ мент. Измерение осуществляется при дросселировании (сужении) потока с определением расхода по разности давления до и после сужения (т. е. по перепаду давлений).

Действие дроссельных приборов заключается в том, что при протекании жидкости или газа-через сужение трубопровода ско­ рость потока значительно возрастает. На увеличение скорости по­ тока затрачивается часть давления, поэтому после сужения давле­ ние будет несколько ниже, чем до него.

Между перепадом давления и расходом существует квадратич­ ная зависимость: при увеличении расхода в два раза перепад дав­ ления увеличивается в четыре раза и т. д.

Простейшим из приборов для дросселирования струи является диафрагма. Измерения в данном случае производят с помощью U-образного манометра, который фиксирует не абсолютные значе­ ния, а разность давлений до и после дросселирования.

173

Диафрагмы. Применяются нормальные диафрагмы двух типов: камерные п бескамерные.

На рис. 53 'представлена камерная диафрагма, состоящая из диска — диафрагмы 4, кольцевой камеры 3, соединяющейся с по­ током давлением Р\ (до диска), и кольцевой камеры 1, сообщаю­ щейся с потоком давлением (после диска). С внутренним прост­ ранством трубопровода каналы 5 я 6 соединены через кольцевые щели диафрагмы. К кольцевым каналам присоединяются трубки 7 и 8 дифманометра. Диск обычно выполняется из коррозиониостойкой стали.

Бескамерная диафрагма (рис. 54) применяется для измерения давления в трубопроводах диаметром более 400 мм. Она представ-

ляет 'собой диск с отверстием, выполненный так же, как диск ка­ мерной диафрагмы. Для измерения перепада давления до и после диафратмы в трубопроводе высверлены отверстия.

и поплавковые дифманометры. Трубные дифманометры подразде­ ляются на два типа: двухтрубные и однотрубные.

Двухтрубный дифманометр (рис. 55) работает по принципу U-образного манометра. Стеклянные трубки 1 и 4 укреплены в ниж­ ней 5 и верхней 3 колодках. В колодке 3 трубки через специальные выводы и штуцера сообщаются с обеими камерами диафрагмы. На

ном 6. По шкале отечитывается перепад давления и по расчетным формулам определяется расход измеряемого вещества.

В производстве аммиачной селитры количество и расход аммиа­ ка, пара и растворов измеряют при помощи дроссельных приборов

174

(диафрагм); величину перепада h, создаваемого при прохождении газа или жидкости, часто определяют поплавковыми дифферен­ циал ьны м11 м анометр а ми.

На рис. 56 изображен механический поплавковый дифманометр типа ДП. Он состоит из двух жестко связанных между собой ча­ стей: дифманометра и присоединенного к нему круглого корпуса.

кой 12 и закрепленных на кронштейне Л Дифманометр до опреде­ ленного уровня залит ртутью. Сменный сосуд 10 выполняется раз­ ных размеров в зависимости от измеряемого перепада давлений.

175

На 'поверхности ртути плавает поплавок 11, в нижней части снабженный предохранителем 2 с направляющим стержнем. Пред­ охранитель, закрывающий отверстие в трубке 12, предотвращает выброс ртути при резком изменении перепада давлений в дисрманометре. Перепад давлений уравновешивается столбом ртути, вы­ сота которого равна разности высот ртути в обоих сосудах. Верти­

соединяющим между собой трубки от обоих сосудов. Постепенно эти приборы заменяются на приборы других типов.

Более совершенным типом расходомеров постоянного перепада являются ротаметры. Действие их основано на перемещении чувст­

Высота подъема поплавка функционально связана с величиной расхода вещества. Таким образом, величина перемещения поплав­ ка служит мерой расхода измеряемого вещества.

176

На рис. 57 изображен ротаметр пневматический металлический (РПМ), часто применяемый в производстве аммиачной селитры для измерения и регулирования расхода растворов, конденсатов соковых паров и т. д. Показания ротаметра преобразуются в пнев­ матический сигнал, который передается на вторичный прибор. К по­ следнему воздух поступает через дроссель.

Одновременно РПМ является показывающим прибором, по ко­ торому следят за изменением расхода.

Ротаметр состоит из двух основных частей: ротаметрической и пневматической. Ротаметрическая часть прибора состоит из кор­ пуса 1, прямоточной трубы с фланцами 4, поплавка 2, жестко свя­ занного со сдвоенными магнитами, мерительного конуса 3 и на­ правляющих 15.

Входящий в РПМ магнитонневматический преобразователь включает сервопривод и пневмореле.

Первый представляет собой кожух 14, в который через дрос­ сель 17 поступает сжатый воздух. Внутренняя полость сервоприво­ да изолирована от внешней среды сильфоном 13, к нижнему кон­ цу которого прикреплена трубка И, сообщающаяся с полостью. На противоположном конце трубки расположено пневмореле. На вхо­ де воздуха в прибор и на выходе из него пневмосигнала установле­ ны манометры 12.

Вертикальное прямолинейное перемещение трубки 11 преобра­ зуется во вращательное перемещение стрелки 6 с помощью кана­ тика 10.

Пневмореле состоит из кронштейна 16, расположенного на труб­ ке сильфона, к которому на пружине крепится заслонка 5 с магни­ том 7. Перемещение поплавка со сдвоенным магнитом 2, вызван­ ное напором измеряемой жидкости, воздействует я а магнит 7 и связанную с ним заслонку 5, перемещение которой регулирует выход воздуха из сервопривода через сопло 9; в зависимости от по­ ложения заслонки относительно сопла в сервоприводе создается давление, изменяющее давление на сильфон и соответственно — положение пневмореле.

Так как реакция сильфона пропорциональна его сжатию (пере­ мещению свободного конца), то давление внутри сервопривода пропорционально перемещению сдвоенных магнитов, а следова­ тельно и расходу контролируемой среды — потока, проходящего через ротаметр.

Давление внутри сервопривода является выходным пневматиче­ ским сигналом, поступающим на вторичный прибор.

Щелевой расходомер типа РМ. Этот прибор предназначен для измерения расхода жидкости, в частности разбавленной азотной кислоты. Действие расходомера РМ основано на зависимости меж­ ду мгновенным весовым расходом жидкости и гидростатическим давлением жидкости перед профилированной сливной щелью. На­ личие последней обеспечивает прямолинейную зависимость между гидростатическим давлением и расходом жидкости.

Гидростатическое давление измеряется с помощью пьезометри­ ческой трубки, через которую непрерывно продувается сжатый воз­ дух давлением 2—5 ат. Давление, возникающее в пьезометрической трубке вследствие противодавления столба жидкости движению продуваемого воздуха, пропорционально произведению удельного веса жидкости на высоту столба жидкости до уровня сливной щели.

ВЭП, шкала которого проградуирована в единицах расхода жид­ кости. Вторичный прибор ВЭП представляет собой стандартный потенциометр типа ЭПД с измененной электрической схемой.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ

Техническое развитие и нормальная эксплуатация производств аммиачной селитры, как и многих других производств, существен­ но зависят от уровня их автоматизации.

Известно, что автоматизация технологического процесса яв­ ляется одним из важнейших мероприятий, способствующих значи­ тельному повышению производительности труда, сокращению по­ терь сырья и улучшению качества готовой продукции.

Разработка систем автоматизации и их эксплуатация невоз­ можны без учета особенностей данного технологического процесса.

178

водства аммиачной селитры, сочетает знания технологии и аппара­ туры со знанием основ автоматики.

Каждый процесс производства характеризуется большим чис­ лом параметров, основными из которых чаще всего являются тем­ пература, давление (или разрежение), концентрация и среда ре­ агирующих веществ. Чем больше параметров, оказывающих суще­ ственное влияние на ход процесса, тем большее значение приобре­ тает автоматическое регулирование его.

Под регулированием понимают внешнее воздействие на процесс, аппарат или машину с целью постоянного поддержания заданных параметров их работы. Регулирование такого рода называется ста­

элементов регулятора в соответствии с данным отклонением. Ис­ полнительный механизм воздействует на регулирующий орган, из­ меняя его положение в зависимости от отклонения регулируемого параметра.