книги из ГПНТБ / Автоматизация переработки каменноугольной смолы

ческой стабилизации, но от них все-таки вводятся и сиг­ налы компенсации, так как происходящие при изменени­ ях нагрузки отделения пекоподготовки колебания расхо­ дов являются сильными возмущениями для технологи­ ческого процесса.

Сигнал от каждого возмущающего воздействия пре­ образуется соответствующим регулятором, учитываю­ щим влияние возмущения иа регулируемый параметр. После этого сигналы от всех возмущающих воздействий суммируются и вводятся в контуры регулирования по отклонению управляемого параметра для каждого реак­ тора с соответствующим преобразованием, учитываю­ щим влияние возмущения на данный реактор технологи­ ческой цепи.

Таким образом, в комбинированной системе автома­ тического регулирования воздействие на объект осуще­ ствляется по двум каналам: разомкнутому — с задачей наиболее быстрого воздействия на объект, предваряю­ щего влияние возмущений, но без контроля отклонения регулируемого параметра; замкнутому — для наиболее точного поддерживания регулируемого параметра и контроля его отклонения с использованием обратной связи.

По принципу действия комбинированные системы на­ поминают двухконтуриые схемы с воздействием по от­ клонению (см. схемы регулирования трубчатых печей), в которых вспомогательный регулятор контролирует непо­ средственно величину возмущения. Отличие между

рования, так же как и двухконтурную, рассчитывают в два этапа:

1)определяют оптимальные параметры настройки регуляторов, работающих по отклонению регулируемой величины;

2)определяют оптимальные параметры настройки устройства ввода воздействий по'возмущению.

Анализ структурной схемы показывает, что для уст­ ранения отклонений регулируемого параметра при вне­ сении возмущения передаточная функция устройства ввода воздействия по возмущению должна быть выбрана

из условия, если воздействие подается иа выход регуля­ тора

W i (Р) Ц^об-в (р) ^ о б ( р ) ’

если воздействие по возмущению подается на вход регу­ лятора по отклонению

^об.В (р)

W o (р) =

' Выполнение приведенных условий инвариантности не всегда возможно, так как передаточные функции устрой­ ства ввода воздействия по возмущению, полученные по этим формулам, весьма сложны и технически реализо­ вать их очень трудно. На практике чаще всего стремятся выбирать устройства ввода воздействий по возмущению в виде технически легко реализуемых звеньев, при кото­ рых будет осуществлено наилучшее приближение к ус­ ловиям абсолютной инвариантности. Параметры наст­ ройки регуляторов ввода воздействий по возмущению для технологической цепи реакторов емкостью по 50 м3 каждый приведены в табл. 27.

Параметры настройки регуляторов, корректирую­ щих расходы воздуха в зависимости от суммарного влия­ ния всех возмущений, приведены ниже:

226

Т а б л и ц а 27

ПАРАМЕТРЫ НАСТРОЙКИ РЕГУЛЯТОРОВ КОМБИНИРОВАННОЙ СХЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЦЕПИ РЕАКТОРОВ

ясняется его специфическими условиями. В первом ре­ акторе в связи с наибольшей подачей воздуха и повы­ шенным выходом летучих из исходного сырья, увеличе­ ние расхода воздуха ограничено условием: максимальное давление паров в реакторе не должно превышать допу­ стимое значение. Выполнение этого условия и наклады­ вает ограничение на коэффициент усиления регулятора компенсации для первого реактора.

4. НОВЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ

РАСХО ДО М ЕР ПЕКА

Производство высокотемпературного пека является непрерывным процессом. Как ранее отмечалось, для обеспечения оптимальных условий его протекания важ­ ное значение имеет стабилизация расходов исходного сырья — среднетемпературного пека и пековой смолы.

Среднетемпературный пек поступает в реактор с тем­ пературой 270—320° С. При этой температуре в нем еще

частично содержатся пары фракций пизкокипящих ком­ понентов. Поэтому средпетемпературный пек представ­ ляет собой не однородную жидкость, а жидкость с вклю- • чениями пузырьков паров летучих компонентов.

Характерным свойством пека является то, что при понижении температуры нагрева резко увеличивается его вязкость, а при температуре ниже 100° С он начинает застывать. Кроме того, в пеке содержатся твердые «переокисленные» кусочки, способные осаждаться.

Поэтому для пека не при­ годны стандартные рас­ ходомеры, выпускаемые отечественной промыш­ ленностью.

На основании испыта­ ний расходомеров раз­ личных конструкций уста­ новлено, что наиболее приемлемым для измере­ ния расхода пека являет­ ся расходомер, основан­ ный на принципе пере­ менного уровня. В этих расходомерах измеряется высота уровня жидкости

в сосуде, в который она непрерывно поступает и из кото­ рого вытекает через отверстие в дне пли боковой стенке. Расходомер переменного уровня состоит из приемника— сосуда с отверстием для истечения — и измерительного уровнемерного устройства. Приемники бывают двух ви­ дов: с круглыми отверстиями истечения или щелевого типа.

В приемниках щелевого типа расход жидкости опре­ деляется по высоте уровня ее над нижней кромкой щели. Этот вид приемника подбором профиля щели позволяет получить любую зависимость между расходом жидкости и уровнем ее перед щелью. Конструкция щелевого расхо­ домера для пека изображена на рис. 104. Пек в прием­ ник расходомера поступает через боковой штуцер и, пройдя профилированную щель, вытекает через нижний штуцер. Уровень пека перед щелью измеряется стандарт­ ным буйковым уровнемером типа ИУВЦ-ШК или УБПА, который крепится к штуцеру на крышке приемного

228

сосуда 1. Чувствительный элемент уровнемера — буек 5— подвешивается к рычагу пневмопреобразователя та­ ким образом, чтобы дно его находилось на уровне ниж­ ней кромки щели 2. Для устранения влияния динамиче­ ского напора входной струи жидкости чувствительный элемент уровнемера 3 находится в защитной трубе 6, ко­ торая приварена к крышке. Длина защитной трубы должна быть такой, чтобы она перекрывала сечение входного штуцера. Для отвода газов из камеры прием­ ника в крышке имеется штуцер 4, которым расходомер соединен с газоотводной линией.

Принцип действия уровнемера основан на измерении усилия, действующего на чувствительный элемент. Уси­ лие от подвешенного к рычагу прибора измерительного буйка равно разности между его весом и выталкиваю­

Так как вес и площадь поперечного сечения буйка постоянны, измеряемое прибором усилие зависит только от удельного веса пека и уровня его перед щелью.

Весовой расход пека через профилированную щель равен

G = yQ,

а так как при выбранном профиле щели Q= kh, то весо­ вой расход равен

О = kyh,

и 0 откуда уги— — .

k

Подставив это значение в уравнение (Ѵ-36), получа­ ем зависимость усилия, действующего на вход прибора и пропорционально преобразуемого в его показания, от расхода пека

Из приведенного уравнения видно, что показания при­ бора линейно связаны с весовым расходом измеряемой жидкости и не зависят от изменений ее удельного веса.

229

Для определения профиля щели рассмотрим зависи­ мость расхода от уровня жидкости при истечении ее че­ рез отверстие щелевого типа (рис. 105).

Расход dQ через элементарную площадку шириной X и высотой dy, находящуюся на высоте у от нижней кромки щели, будет равен

где а — коэффициент расхода;

h — высота уровня жидкости;

g— ускорение свободного падения.

Рис. 105. Профиль щели для равномерной зависимости расхода пека от уровня:

1 — теоретический; 2 — практический с заменой нижней части щели прямоугольным отверстием высотой Д0

Интегрируя это выражение от 0 до h, получаем пол­ ную величину расхода

п______

о

При линейной зависимости расхода от уровня жид­ кости

Q = kh,

230

где k — коэффициент пропорциональности;

, Qrnax

k = ----- .

“ шах

Уравнение (Ѵ-39) будет иметь вид h _______

5

Это уравнение определяет искомую зависимость про­ филя щели x = f(y ). Поскольку х должно убывать с рос­ том у, попробуем удовлетворить уравнению (Ѵ-40), при­ няв гиперболическую зависимость между х и у типа

получаем равенство

k

h,

aaV 2g

которое подтверждает принятую гиперболическую зави­ симость (Ѵ-41) и позволяет найти выражение для посто­ янной а

Таким образом, уравнение для расчета профиля ще­ ли при линейной зависимости расхода от уровня пека в приемном сосуде имеет следующий вид:

2 Q m ax_____ 1 _

(V-43)

а я g ^max У

231

Коэффициент расхода а зависит от геометрической формы щелевого отверстия, особенно от остроты его входной кромки. Для расчета значения коэффициента расхода можно принять а= 0 ,6 [58]. Величину а уточ­ няют индивидуальной градуировкой прибора.

Из уравнения профиля щели (Ѵ-41) видно, что по ме­ ре приближения у к 0 ширина отверстия стремится к бесконечности. Так как такой профиль щели изготовить

невозможно, практически нижнюю часть ее на неболь­ шую высоту принимают прямоугольной (рис. 105). Кро­ ме того, такое выполнение профиля щели мотивируется еще и тем, что для устранения забивания щелевого отверстия в узкой части профиля твердыми кусочками, имеющимися в пеке, необходимо, чтобы минимальный размер щели был больше диаметра этих кусочков.

Зависимость расхода от уровня пека в приемном со­ суде приведена на рис. 106. При замене части профиля щели прямоугольным отверстием, как показано на рис. 105, зависимость расхода от уровня имеет нелинейность в нижней части, а расхождение между действительным расходом и расходом через щель, имеющую теоретиче­ ский профиль, увеличивается с повышением уровня. Например, для щелевого расходомера, рассчитанного на 10 т/ч, при максимальном уровне действительный расход меньше расчетного на 1,1 т/ч.

232

Для уменьшения погрешности расходомера от неточ­ ности геометрического профиля размеры прямоугольно­ го отверстия должны быть выполнены таким образом, чтобы его площадь была равна площади заменяемого им участка профилированной щели. Допустим, высота прямоугольного отверстия равна ho, а ширина Ь.

Тогда его площадь равна

/Т=Лоб-

Площадь, ограничиваемая, профилированной щелью от сечения h0 до низа, равна

К

F 2 = J" x d / i .

о

Для профилированной щели х = д-_ , следовательно:

V h

h0

Fn= \ ——а dh = 2a V h0 ,

l V h

Так как площадь Ft должна быть равна F2, прирав­ нивая их, находим значение для ширины прямоугольно­ го отверстия

Л0 Ь= 2а У' h0; &=2 — 3 3 ■

V h0

Но :=Хо, следовательно, Ь = 2х0.

Ѵ к

Таким образом, чтобы площадь прямоугольного от­ верстия была равна площади заменяемого им участка профилированной щели, ширина его должна быть равна удвоенной ширине щели в сечении, равном высоте пря­ моугольного отверстия (рис. 107).

При замене нижней части щели прямоугольным от­ верстием с площадью, равной этому участку, зависи­ мость расхода от уровня точно совпадает с расчетной (рис. 106, 1), если уровень пека больше высоты прямоу­ гольного отверстия ho.

Для участка с уровнем пека h<.h0 зависимость рас­ хода от уровня является нелинейной. Но, так как этот участок обычно очень мал (например, для щеле­ вого расходомера на Gmax=10 т/ч и hmilx— 0,2 м, высота прямоугольного участка Іг0= 0,005 м, что составляет все­

233

го 2,5% от максимального уровня), практически им мож­ но пренебречь. Ниже приведены размеры для построе­ ния профиля щели при расходе пека до 10 т/ч:

Высота и ширина прямоугольного отверстия в ниж­ ней части щели равна 0,005 и 0,082 м.

Расчет высоты установки щелевого расходомера пека на реакторе

Основным требованием, необходимым для нормаль­ ной работы щелевого расходомера, является создание условий свободного слива пека через профилированную

ния пека из щелевого расходомера высота его установки над реактором должна быть такой, чтобы давление, соз­ даваемое этим столбом жидкости, превышало давление газов в реакторе и напор, необходимый для максималь­ ного расхода пека по трубопроводу. Столб пека, необхо-

234