книги из ГПНТБ / Автоматизация переработки каменноугольной смолы

при автоматизации процесса необходимо компенсировать его влияние стабилизацией температуры верха антраце­ новой (пековой) колонны.

ФРАКЦИОННАЯ КОЛОННА

Фракционная колонна является более сложным объ­ ектом, поэтому следует рассмотреть необходимость авто­ матического регулирования хотя бы двух основных па-

Рпс.45.Анализ статических характеристик фракционной колонны (температура фенольной фракции)

раметров, определяющих технологический режим колон­ ны в целом. К таким параметрам относятся температура жидкой фазы на тарелке отбора фенольнойфракции и содержание нафталина в нафталиновой фракции.

По технологическим требованиям, температура фе­ нольной фракции должна выдерживаться в пределах

91

±2,5 град от ее номинального значения. Согласно дан­ ным, полученным при исследовании статических харак­ теристик фракционной колонны, на температуру феноль­ ной фракции оказывают влияние следующие возмуща­ ющие воздействия: количество рефлюкса ф, расход пере­ гретого водяного пара <р, температура пара ѵ и содержание нафталина в нафталиновой фракции а. В нерегули­ руемом объекте возможны отклонения ф = ± 2 0 % , ср= = 10%, V и а = ± 3 % от их номинальных значений.

На рис. 45 представлен самый опасный случай сложе­ ния возмущающих воздействий, когда ср, ѵ и а увеличива-

Рис.46.Анализ статическиххарактеристик фракционной колонны (содержание нафталина внафталиновой фракции)

ются, а ф уменьшается. При этом регулируемый пара­ метр достигает границ допустимой области отклонений при возмущениях £/=0,4% (прямая /). Содержание на­ фталина в нафталиновой фракции в основном зависит от содержания нафталина в смоле а, количества отбора нафталиновой фракции ѵ, количества рефлюкса ср, тем­ пературы паров дистиллята, поступающих в колонну tu количества ф- и температуры водяного пара t%. В нерегу­

92

да все возмущающие воздействия направлены в одну сторону, т. е. ер, ф, а, t\ и і‘2 увеличиваются, а ѵ умень­ шается. В этом случае содержание нафталина на тарел­ ке отбора нафталиновой фракции достигает границ допустимой области отклонений при Д 7 /= +0,7% от номи­ нального значения. Таким образом, обойтись без автома­ тического регулирования режима фракционной колонны нельзя, так как любая организация технологии не мо­ жет обеспечить отклонение величины AN менее ±0,7%, а с учетом поправочного коэффициента на неучтенные возмущающие воздействия к = 0,4 величины ДІѴ = +0,7Х Х0,4 = +0,28%.

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АППАРАТОВ

Поскольку системы автоматического регулирования работают в динамическом режиме, для их расчета необ­ ходимы сведения о переходных процессах объектов по выбранным каналам регулирования. Данные о свойствах объектов можно получить расчетным или эксперимен­ тальным методом.

Аналитическое определение динамических характе­ ристик большинства промышленных объектов чрезвы­ чайно сложно и требует большого объема вычислитель­ ных работ. Такой расчет возможен только для простых объектов, например для систем регулирования уровня, давления и др. Для более сложных объектов определять динамические характеристики' следует эксперименталь­ но. Кроме того, поскольку аппараты, применяемые для фракционирования каменноугольной смолы, представ­ ляют собой многоемкостные объекты с запаздываниями и нелинейными зависимостями параметров, эксперимен­ тальное определение их динамических характеристик до­ стовернее расчетных.

Для экспериментального определения динамических свойств объектов применяют ряд методов. К одной груп­ пе относятся методы получения динамических характе­ ристик внесением в технологический процесс различных возмущающих воздействий. Виды возмущающих воздей­ ствий, применяемых при экспериментальном исследова­ нии объектов регулирования, а также методика опреде­ ления динамических характеристик по кривым переход­

93

ного процесса, достаточно хорошо изучены и описаны многими авторами [13—16].

К другой группе относятся упрощенные методы оцен­ ки динамических свойств объектов с монотонными кри­ выми разгона, основанные на статистических представ­ лениях о процесса, протекающих в аппаратуре при обыч­ ных эксплуатационных значениях входных и выходных величин [17—19]. Сущность этих методов заключается в определении автокорреляционной функции входа и вза­

имно корреляционной функции выхода и входа согласно уравнениям:

где S — сдвиг во времени между значениями пере­ множаемых функций;

Ѳ— полное время записи исследуемых парамет­ ров;

тх— математическое ожидание параметра; Rx— автокорреляционная функция входа;

RXIJ— взаимно корреляционная функция выхода и входа.

Приближенное значение времени транспортного за­

где R'xy(S)— взаимно корреляционная функция, сме­

щенная по оси времени на величину за­ паздывания;

а и b— параметры экспоненты, которой аппрок­ симирована автокорреляционная функ­ ция входа;

При выборе метода определения динамических харак­ теристик следует учитывать специфику исследуемого тех­

94

нологического процесса и условия проведения опыта, а также величины допустимых отклонений регулируемой величины и характер эксплуатационных возмущений. Ни­ же приводятся динамические характеристики основных аппаратов двухколонных и одноколонных трубчатых аг­ регатов, полученные графо-аналитической обработкой кривых разгона [10 и др.].

Д ВУХК О ЛО Н Н Ы Е ТРУБЧ А ТЫ Е А ГРЕГА ТЫ .

ТРУБЧАТАЯ ПЕЧЬ

Исследованные каналы связи приведены в табл. 2. По выбранным каналам получены временные характери­ стики (кривые разгона) трубчатой печи с учетом времен­ ных характеристик чувствительных элементов и вторич­ ных приборов. Анализ временных характеристик пока­ зывает, что исследованные каналы в диапазоне величин возмущений являются многоемкостными линейными объектами с самовыравниванием. Характерная S-образ­ ность кривых свидетельствует о наличии чистого и пере­ ходного запаздываний. В практике такие объекты рас­ сматривают с известными приближениями как статичес­ кие объёкты второго порядка, описываемые линейными

^об коэффициент передачи объекта; t — текущая координата.

Для полного описания динамических свойств регули­ руемого объекта с одной регулируемой величиной необ­ ходимо знать столько его дифференциальных уравнений, сколько входных и выходных величин он имеет. Для опи­ сания динамических свойств объекта с m входными и п выходными величинами необходимо знать тп его диф­ ференциальных уравнений, если каждая из входных ве­ личин оказывает воздействие на все выходные величины. Например, в рассматриваемом объекте (трубчатая печь) изменение расхода смолы в змеевике II ступени практи­ чески не оказывает влияния на температуру нагрева смо-

95

96

лы в змеевике I ступени, поэтому достаточно знать та— 1 его дифференциальных уравнений, В табл. 2 приведе­ ны дифференциальные уравнения трубчатой печи по ис­ следованным каналам.

Коэффициенты дифференциальных уравнений опреде­ лены по экспериментальным кривым разгона приближен­

представить трубчатую печь по исследованным каналам в виде схемы замещения: соединением звена чистого за­ паздывания и звена второго порядка.

В табл. 2 также сведены уравнения амплитудно-фазо­ вых характеристик исследованных каналов, значения полного запаздывания т, постоянной времени Т и коэф­ фициента усиления k.

Анализ статических и динамических характеристик позволяет сделать следующие выводы.

1.Трубчатую печь системы Гипрококса можно рас­ сматривать как сложный статический объект автомати­ ческого регулирования с двумя регулируемыми величи­ нами, двумя взаимосвязанными регулирующими и дву­ мя возмущающими воздействиями.

2.Для управления технологическим режимом труб­ чатой печи необходимо применить взаимосвязанное ав­ томатическое регулирование по двум параметрам с ком­ пенсацией основных возмущений (изменение количества

смолы на I и II ступени и величины тяги), которые ока­ зывают значительное влияние на температуру нагрева смолы в змеевиках I и II ступеней.

3. Одним из вариантов структурной схемы автома-

98

тизируемого объекта (трубчатой печи) может служить схема, приведенная на рис. 47, где у\ — количество ото­ пительного газа, у2— величина тяги, у3— расход смолы на I ступень, — расход смолы на II ступень; Х\— тем­ пература смолы на выходе из II ступени; х2— темпера­ тура смолы на выходе из I ступени.

АНТРАЦЕНОВАЯ КОЛОННА

Антраценовая колонна представляет собой сложный статический объект автоматического регулирования с тремя регулируемыми величинами, двумя управляющими воздействиями и п возмущающими воздействиями. Так как временные характеристики объекта зависят от вели­ чины и направления возмущений, можно сделать пред­ положение о его нелинейности. Однако приближенно в пределах небольших отклонений выходных величин от их номинальных значений объект можно оценить как ли­ нейный, а с допущениями технологического характера как сложный статический объект с двумя регулируемыми величинами, двумя управляющими и п возмущающими воздействиями.

Следует отметить, что вследствие зависимости дина­ мических свойств от направления и величины возмущаю­ щих воздействий, а также от времени после ремонтов (длительности эксплуатации) для расчета систем авто­ матического регулирования целесообразно использовать временные характеристики с максимальными значения­ ми т, Т и А0б.

С учетом принятых допущений для приближенной оценки динамических свойств таких объектов амплитуд­ но-фазовая характеристика (при замещении объекта по исследуемому каналу соединением двух звеньев: аперио­ дического звена первого порядка и звена чистого запаз­ дывания) выражается уравнением

W (ш ) = — - - - e ~ l arc|g и г + « - т ) _ (ПМЭ)

УГ* ш* + 1

вкотором коэффициенты получены из кривой.переход- <*ного процесса. Динамические'характеристики антраце­ новой колонны по исследованным каналам приведены в

табл. 3.

Как видно из табл. 3, антраценовая колонна по кана­ лу количество рефлюкса — температура паров на выходе

Т а б Л 'К іх а 3

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТРАЦЕНОВОЙ КОЛЮШНЫ'

V 1 + 8842<a3

представляет собой объект с очень малой чувствитель­ ностью, а по каналу количество рефлюкса— температу­ ра I антраценовой фракции имеет более высокий коэф­

ны целесообразно применить каскадную схему автомати­ ческого регулирования количества отбора I антрацено­ вой фракции, с вводом воздействия от. корректирующего

100