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

По способ}' воздействия на регулирующий орган автоматиче­ ские регуляторы подразделяются на регуляторы прямого и непря­ мого действия. Регуляторы, в которых работа исполнительного ме­ ханизма производится за счет энергии, непосредственно получен­ ной от измерительно-координирующего устройства, называются регуляторами прямого действия. В таких регуляторах измеритель­ но-координирующее устройство и исполнительный механизм объединены в одно целое. Регуляторы, в которых работа исполни­ тельного механизма выполняется за счет энергии, полученной от постороннего источника, называются регуляторами непрямого дей­ ствия. Они состоят из измерительной части, исполнительного меха­ низма и командной линии связи. В регуляторах непрямого дейст­ вия для создания устойчивого регулирования применяется обрат­ ная связь — устройство, с помощью которого регулирующий орган пли исполнительный механизм воздействует на измерительно-коор­ динирующую часть регулятора.

На работу регулятора большое влияние оказывает равномер­

Чувствительный элемент — датчик передает возникающий в нем сигнал (импульс) отдельным элементам регулятора. Такой сигнал заключается в изменении напряжения электрического тока, сопро­ тивления металла прохождению тока и т. д. Часто датчики дают слабые сигналы, недостаточные для воздействия ка исполнитель­ ный механизм регулятора. В такие системы вводится усилитель, служащий для преобразования слабых сигналов в достаточно силь­ ные.

В производстве аммиачной селитры наиболее широкое распрост­ ранение получили пневматические регуляторы. Они надежны в эксплуатации в взрывопожаробезопасны. Рабочей средой являет­ ся тщательно очищенный воздух давлением 1,2 кгс/см2 .

Пневматические регуляторы успешно применяются для автома­ тического непрерывного измерения, записи, сигнализации, интегри­ рования (суммирования) и регулирования параметров, преобразо­ ванных в давление воздуха. Такие регуляторы состоят из отдель­ ных блоков и могут работать на любом режиме: статическом (устойчивом, с самовыравниванием), астатическом (неустойчивом) н т. п.

Обычно применяются универсальные пневматические регулято­ ры типа 04. В производстве аммиачной селитры их используют для регулирования давления, температуры, уровня, расхода и других параметров; различаются они лишь измерительными системами.

Из регуляторов простой конструкции кратко опишем регулято­ ры давления.

Регулятор давления относится к группе регуляторов прямого действия. Мембранный регулятор (рис. 60) состоит из трех основ­ ных частей: регулирующего двухнедельного клапана 6, плоской

180

мембраны 3 и уравновешивающего рычага 4 с контргрузами 5; мембрана является чувствительным элементом прибора.

Давление регулируемой среды подводится через импульснуютрубку 1 в верхнюю камеру 2. Клапан находится в равновесии, когда давление на мембрану и давление контргруза на шток кла­ пана уравновешены.

Применяются регуляторы давления двух типов. Регулятор «до

ление за клапаном. При повышении давления на мембрану клапан закрывается. Как в первом, так и втором случае при повышении давления на мембрану' клапан идет вниз.

Вместо уравновешивающего груза в регуляторах давления пря­ мого действия могут быть пружины, вместо плоской мембраны — волнистый диск.

Несмотря на громоздкость, регуляторы такого типа все еще на­ ходятся в эксплуатации на некоторых производствах. Преимущест­ вом их перед другими регуляторами давления является простота эксплуатации и ремонта.

18Г

Регулируемым объектом часто является коммуникация, по ко­ торой транспортируется раствор. Регулятор типа Р Д П устанавли­ вают, например, перед участком коммуникации, в котором требует­ ся регулировать давление азотной кислоты. Протекающий раствор создает на мембрану давление, пропорциональное площади мем­ браны и давлению раствора. В этом регуляторе давление раствора уравновешивается усилием пружины. Регулятор типа РДП можно настраивать на заданное давление, меняя специальным винтом степень сжатия пружины.

В модернизированных производствах аммиачной селитры регу­ ляторы РДП заменены более совершенными, так как обязательным условием нормальной работы регулятора типа КРН (стр. 187) является строго стабилизированная подача в нейтрализаторы ам­ миака и азотной кислоты.

Регулируемым параметром в процессе нейтрализации прини­ мается кислотность растворов аммиачной селитры (только в агре­

автоматическое поддержание расхода азотной кислоты с помощью диафрагмы и регулятора расхода типа ДМПК..

Мембранный пневматический компенсационный дифманометр

ДМПК-100 — первичный бесшкальный прибор, действие которого основано на принципе компенсации сил.

Прибор предназначен для непрерывного преобразования изме­ ряемого перепада давления в пропорциональные величины давле­ ния сжатого воздуха и передачи их на расстояние.

В применяемых компенсационных дифманометр ах усилие от измеряемого перепада давления на чувствительный элемент ком­ пенсируется противодействующей силой, создаваемой специальным компенсационным устройством. При этом мерой измеряемого пере­ пада служит выходной сигнал компенсационного устройства, про­ порциональный величине компенсирующей силы.

Дифманометр ДМПК (рис. 61) состоит из измерительного бло­ ка и пневмопреобразбвателя.

Чувствительным элементом служат две мембранные коробки ), внутренние полости которых соединены каналом и залиты 40%-ным раствором глицерина в дистиллированной воде. Центры мембран обеих коробок соединены штоком 2. Мембранные коробки уложе­ ны одна в правой камере корпуса измерительного блока, в которую подводится минусовое давление, а другая — в левой, в которую подводится плюсовое давление.

Мембранная коробка правой камеры соединена пластинчатой тягой 5 с основным рычагом 5, выведенным из этой камеры через уплотнительную мембрану 4. К нижнему концу рычага прикреплена заслонка 6.

182

в мембранную коробку правой камеры, вследствие чего шток 2 пе­ ремещается вправо. При этом возникает усилие, которое с по­ мощью тяти 3 передается верхнему концу основного рычага, пово­

лие, действующее через рычаг 10 и опору 9 на нижний конец основ­ ного рычага; одновременно заслонка почти полностью принимает исходное положение.

Уменьшение измеряемого перепада давления в конечном счете приводит к уменьшению давления сжатого воздуха, передаваемого на вторичный прибор.

Измеряемый перепад давления подводят к дифманометру по двум импульсным трубкам, имеющим запорные игольчатые венти­ ли. Эти импульсные трубки соединены между собой каналом с уравнительным вентилем. На корпусе прибора установлены два манометра: правый показывает давление воздуха питания на вхо­ де в пневматический усилитель, левый — давление сжатого воз­ духа, направляемого к вторичному прибору. Давление воздуха, на­

ной 12, силу натяжения которой изменяют вращением винта кор­ ректора нуля 13. Погрешность прибора ± 1 % .

Корректирующий регулятор типа КРН предназначен для авто­ матического регулирования подачи азотной кислоты в аппараты PITH (иногда в донейтрализаторы). Поддержание заданной избы­ точной кислотности растворов обеспечивает наименьшие потери аммиака н азотной кислоты. Обязательным условием нормальной работы регулятора КРН является стабилизированная подача в нейтрализаторы основных потоков аммиака и азотной кислоты.

Имеется несколько вариантов регулятора КРН, которые, одна­ ко, мало отличаются между собой. Схема одного из них приведена на рис. 62 (см. также стр. 187). Растворы аммиачной селитры на выходе из нейтрализаторов 5 поступают в стакан с электролитиче-

18»

ской ячейкой /, омывают платиновый электрод >и эталонный (срав­ нительный) сосуд и сливаются обратно в нейтрализатор. Сигналы с электролитической ячейки передаются по проводам через вторич­ ный прибор — потенциометр 3 исполнительному механизму 4.

0

Действие электролитической ячейки (рис. 63) основано на воз­ никновении разности потенциалов между платиновым электро­ дом 4, находящимся в рабочем (анализируемом) растворе селит­ ры, и аналогичным платиновым электродом 2, помещенным в эта­ лонный раствор с азотной кислотой заданной концентрации. Элек­ троды 2 и 4 укреплены в стакане 5 из коррозионностойкой стали. Через эталонный стеклянный сосуд / со стеклянным фильтром 3 осуществляется контакт между протекающим раствором и элек­ тродом 2. Благодаря такому устройству создается замкнутая цепь элемента. К концам электродов 2 и 4 присоединены электрические провода, выводы которых изолированы стеклянными трубками, переходящими в резиновый шланг 6.

При прохождении через стакан раствора селитры с избытком азотной кислоты, соответствующим кислотности раствора в эталон­

же изменения избытка кислоты в растворах по сравнению с задан­

сторону изменилась кислотность рабочего раствора. Через элек­ тронную приставку разность потенциалов подается на ре-

184

гулирующий электронный потенциометр. Последний управляет ра­ ботой мембранного клапана, изменяя подачу кислоты в нейтрали­ затор до тех пор, пока кислотность рабочих растворов не совпа­ дет с кислотностью эталонного раствора.

Для уменьшения тока, отбираемого от электролитической ячей­ ки, между ячейкой и потенциометром включена электронная при­ ставка ЭПГ-2, позволяющая применять в схеме регулирования стандартный электронный потен­ циометр ЭПД-32.

Всвязи с тем что сосуд с эта­ лонным раствором омывается ра­ бочим раствором селитры, тем­ пература обеих жидкостей быстро выравнивается и влияние изме­ нений температуры на чувстви­ тельный элемент весьма незначи­ тельно.

Вновых проектах производств аммиачной селитры с применени­ ем агрегатов большой мощности предусматривается использование

Работа его основана на пневматической силовой компенсации уси­ лия, развиваемого чувствительными элементами измерительного блока. Под воздействием измеряемого перепада давления на чувст­ вительных элементах — сильфонах 2 возникает пропорциональное' перепаду усилие, которое через рычажную систему 6, 8 к 9 автома­ тически уравновешивается усилием, развиваемым давлением воз­ духа в компенсационном сильфоне обратной связи 10. При измене­ нии измеряемого перепада давления происходит перемещение ры~

185

чажной системы и связанной с ней заслонки 11 индикатора рассо­ гласования.

Возникший на индикаторе сигнал рассогласования через пнев­ матическое усилительное устройство 13 поступает е сильфон обрат­ ной дистанционной передачи. Величина этого сигнала прямо про­ порциональна измеряемому перепаду давления.

Давление в измерительный блок подводится к «плюсовой» и «минусовой» камерам по импульсным трубкам. Камеры образова­

с помощью втулки и стяжки. Внутренняя полость сильфона запол­ нена кремнийорганической жидкостью № 2 (ТУ МХП 2416—54) или дистиллированной водой в зависимости от температуры окру­ жающего воздуха.

Изменение объема заполняющей узел чувствительного элемента жидкости, вызванное действием рабочего давления и колебаниями температуры, воспринимается компенсационным сильфоном 5.

В процессе работы дифманометра под воздействием измеряе­ мого перепада давления возникшее усилие с чувствительных эле­ ментов передается через рычаги 6, 9 на рычажную систему пневмопреоб р азов ател я.

Пневмосиловой преобразователь состоит из следующих основ­ ных элементов: передаточного механизма, индикатора рассогла­ сования, усилителя и узла обратной связи.

Передаточный механизм имеет два рычага (Г-образный 8 и Т-образный 9), подвешенные на упругих ленточных опорах. Из­ менение передаточного отношения рычажной системы осущест­ вляется перестановкой подвижной опоры вдоль рычага 8.

Индикатор рассогласования выполнен по оистеме сопло — за­ слонка. Управление давлением сжатого воздуха в линии сопла осу­

вследующем: воздух питания под давлением 1,4 кгс/см2 поступает

вкамеру высокого давления, откуда через шариковый клапан по­

Элементы обратной связи пневмосилового преобразователя представляют собой сильфонный узел 10, подсоединенный к Г-об- разному рычагу.

Автоматическое регулирование процесса нейтрализации

При переходе с ручного регулирования процесса нейтрализации на автоматическое потери связанного азота сокращаются примерно

186

в два раза (до 0,2 кг/т N H 4 N O 3 ) . Кроме того, интенсифицируется процесс нейтрализации и облегчается эксплуатация установки.

Для обеспечения оптимальных условий нейтрализации требует­ ся, как упоминалось, стабильная подача в аппараты ИТН аммиака и азотной кислоты, а также поддержание избыточной кислотности получаемых растворов. Расход кислоты стабилизируется с по­ мощью постоянно действующего перелива кислоты из напорного бака, подача аммиака — регулятором. Однако при колебаниях.

Газообразной HNO.

!Р-ис. 65. Схема автоматического регулирования процесса нейтрализа­

ции:

/ — регулятор расхода аммиака; 2 — диафрагма; 3 — нейтрализатор; 4 — элек­ тролитическая ячейка; 5 — усилитель; 6 — корректирующий регулятор; 7— за­ порные вентили; 8 — клапан, регулирующий расход азотной кислоты; 9 — ре­ гулирующий вентиль; 10— мембранная головка; // — напорный бак для азот­ ной кислоты.

концентрации кислоты и температуры аммиака избыточная кислот­ ность раствора изменяется. В связи с этим применяют корректи­ рующий регулятор, компенсирующий указанные изменения в за­ висимости от избытка кислоты в растворах селитры.

Плавное изменение нагрузки на каждый агрегат нейтрализации достигается специальным дистанционным задатчиком. Донейтра-

нейтрализации с применением корректирующего регулятора КРН представлена на рис. 65. Аммиак из коллектора поступает в аппа­ рат ИТН через регулирующий клапан 1 и диафрагму 2. Влияние колебаний концентрации кислоты и температуры реагентов на по­ стоянство их расхода устраняется корректирующим регулятором КРН 6, связанным через усилитель 5 с электролитической ячей­ кой 4 (стр. 183).

Импульсы электролитической ячейки воспринимаются регули­ рующим клапаном 8, имеющим большое и малое проходные отвер-

187

•стня, что позволяет повысить устойчивость регулирования. При установившемся процессе корректирующий клапан управляет пе­ рестановкой плунжера в малом проходном отверстии клапана 8. Если изменяется количество аммиака, поступающего в аппарат ИТН, корректирующий регулятор 6 переставляет плунжер в боль­ шом проходном отверстии клапана 8. Тем самым соответственно •

диафрагмой и датчиком расхода ДМПК-ЮО; коррекцию кислотно­ сти раствора селитры осуществляет регулятор КРН, воздействую­ щий на малый поток азотной кислоты.

Автоматическое регулирование процесса упаривания растворов аммиачной селитры

На рис. 67 приведена одна из схем автоматизации процесса упа­

зволяет на выходе из аппарата поддерживать заданную темпера­ туру плава с отклонениями не более 1—2 °С. При снижении задан­ ной температуры плава регулятор 5 с помощью клапана 9 умень­ шает поступление растворов в аппарат 2; при повышении темпера­ туры подача раствора увеличивается. Если температура плава

188

продолжает повышаться, регулятор 10 посредством «лапана 11 уменьшает количество греющего пара, подаваемого в аппарат, до тех пор, пока не установится заданная температура плава.

Температура отработанной воды, выходящей из барометриче­ ского конденсатора, поддерживается регулятором 12 и клапа­ ном 13. С повышением температуры клапан 13 открывается и по­ дача воды в конденсатор увеличивается. Для периодического конт­ роля потерь селитры с водой, отходящей из барометрического кон­ денсатора, предусмотрен солемер 16.

Рис. 67. Схема автоматического регулирования процесса упаривания растворов аммиачной селитры:

/ — напорный бак; 2 — выпарной аппарат; 3 — пароувлажннтель; 4 — сепара­ тор; 5 — барометрический конденсатор; 6 — барометрический ящик; 7— ва­

ром 20 и клапаном 19, температура пара — регулятором 18 и кла­ паном 17. Если температура греющего пара повышается, клапан 17

пользуется прямая зависимость между концентрацией плава и его температурой). Постоянный вакуум в системе выпарки поддержи-

189