книги из ГПНТБ / Автоматизация переработки каменноугольной смолы

Из таблицы 28 видно, что для пеков разного каче­ ства в уравнениях изменяются только коэффициенты А

Подставив эти значения коэффициентов в уравнение (Ѵ-53), получим зависимости удельного электросопро­ тивления пека от его качества и температуры нагрева при оценке качества пека по следующим показателям:

1) по выходу веществ, нерастворимых в бензоле

2) по температуре размягчения

3) по выходу летучих

Оценка коэффициентов корреляции для уравнений (Ѵ-54) — (Ѵ-59) показывает, что наиболее тесная связь имеется между удельным электросопротивлением и ко­ личеством в пеке продуктов уплотнения, характеризуе­ мых выходом веществ, нерастворимых в бензоле.

Температурный коэффициент В изменений удельного электросопротивления от температуры нагрева пека не постоянен, он зависит от его качества. С повышением ка­ чества пека коэффициент В увеличивается. Так как из­ менение удельного электросопротивления от температу­ ры определяется величиной е~ві, величина этих измене­ ний с повышением качества пека возрастает.

245

Если принять, что температура нагрева постоянна, то величина удельного электросопротивления пека будет определяться только его качеством. Так, при 370° С за­

Из уравнений видно, что при увеличении температу­ ры размягчения пека и содержания в нем продуктов уп­ лотнения увеличивается его удельное электросопротив­ ление, а следовательно, снижается электропроводность. При увеличении выхода летучих веществ удельное элек­ тросопротивление пека уменьшается.

Характер зависимостей удельного электросопротивле­ ния от показателей качества пека также имеет экспо­ ненциальный вид. Поскольку абсолютная величина по­ казателей степени в уравнениях (Ѵ-63) — (Ѵ-65) не ве­ лика, с достаточной степенью точности эти уравнения в определенных пределах можно аппроксимировать ли­ нейными зависимостями.

Таким образом, анализ приведенных зависимостей показывает, что удельное электросопротивление пека или его электропроводность в достаточной степени зави­ сят от показателей качества пека. Наиболее тесная связь имеется между удельным электросопротивлением пека и количеством в нем веществ, нерастворимых в бен­ золе. Это указывает на возможность использования удельного электросопротивления для характеристики в пеке продуктов уплотнения1. Однако при использовании удельного электросопротивления как параметра автома­ тического измерения качества пека требуется более

1 Г а л ь п е р и н Ю. В . и др. Способ количественного определе­ ния в каменноугольном высокоплавком пеке веществ, нераствори­ мых в толуоле. Авт. свид. № 239207.— «Изобретения, промышленные образцы, товарные знаки, 1969, № 11, с. 13.

246

сложная схема термокомпенсации, чем при измерении плотности пека, что обусловлено экспоненциальным ха­ рактером зависимости удельного электросопротивления от температуры нагрева.

Конструкция датчика удельного электросопротивле­ ния или электропроводности пека изображена на рис. 113. Датчик состоит из двух цилиндрических электро­ дов, разделенных изоляционными втулками 3 и укреп­ ленных на фланце 4. Внутри электрода 2 помещен термо­ метр сопротивления для из­ мерения температуры пека.

Сверху датчик закрывается крышкой 5. Датчик устанав­ ливают на вертикальном участке трубопровода таким образом, чтобы пек в него поступал снизу. Выход пека из датчика осуществляется через боковые отверстия во внешием'электроде 1.

Сигнал с датчика, про­ порциональный сопротивле­ нию столба пека между электродами, подается в усилительный блок, в кото­ рый поступает и сигнал от термометра сопротивления, пропорциональный темпера­ туре пека. В усилительном блоке происходит преобразо­ вание сигналов и приведе­ ние сигнала, пропорциональ­

ного сопротивлению пека, к постоянной температуре. Для упрощения аппаратуры измерения (в связи с труд­ ностью реализации температурной компенсации при экс­ поненциальном характере зависимости) приведение сиг­

247

р — значение удельного электросопротивления пека при і\

В — температурный коэффициент.

Это уравнение получено аппроксимацией экспонен­ циальной зависимости разложением функции в ряд; при этом взято два первых члена, обеспечивающих доста­ точную степень приближения.

Выходной сигнал из усилительного блока подается на вторичный прибор.

5. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПЕКА

Разработка системы автоматического управления производством основывается, на следующем:

а) из анализа технологических основ по алгоритму функционирования определяют основную задачу систе­ мы управления;

б) из математического описания процессов, протека­ ющих в технологических аппаратах, выбирают парамет­ ры автоматического регулирования, управляющие воз­ действия и места их приложения;

в) на основании анализа возмущающих воздействий и исследования статических и динамических характери­ стик объектов автоматизации определяют структурные схемы всех систем управления;

г) выбирают аппаратуру автоматизации н при необ­ ходимости разрабатывают новые средства автоматиза­ ции, необходимые для реализации структурных схем;

д) разрабатывают принципиальные схемы автомати­ зации, дистанционного контроля и технологической сиг­ нализации, необходимой для обеспечения техники без­ опасности производства.

Решение вопросов, связанных с анализом технологи­ ческих основ производства высокотемпературного пека, выбором параметров и структурных схем автоматичес­ кого управления процессом, было рассмотрено выше. Последним этапом в разработке систем автоматизации является выбор принципиальных схем и их оснащение средствами автоматизации.

Для реализации схем автоматического регулирова­ ния производства высокотемпературного пека в основ­

248

ном выбирают приборы промышленной пневмоавтома­ тики, обеспечивающие падежную работу системы в ус­ ловиях пекококсового производства. Нижеприведены принципиальные схемы автоматизации производства вы­ сокотемпературного пека [67]. Они включают: а) авто­ матическое регулирование процесса нагрева пековой смолы; б) автоматическое управление процессами в тех­ нологической цепи реакторов; в) сигнализацию наруше­ ний технологического режима.

Автоматическое регулирование процесса нагрева пековой смолы.

Как ранее было рассмотрено, нагрев пековой смолы в отделении пекоподготовки может осуществляться в од­ ну или две ступени. Принципиальная схема автоматиче­ ского регулирования при одноступенчатом нагреве пеко­ вой смолы изображена на рис. 114. Принципиальной схемой предусматривается стабилизация давления кок­ сового газа, измерение его расхода, регулирование тем­ пературы нагрева пековой смолы на выходе из трубча­ той печи и расхода нагретой смолы, направляемой в ре­ актор.

Схема стабилизации давления коксового газа являет­ ся одноконтурной схемой автоматического регулирова­ ния. Схема состоит из датчика давления типа ДМПК-100 16, вторичного прибора со станцией управления типа ПВ10.1Э 1в, пропорционально-интегрального регулято­ ра типа ПР3.21 1г и регулирующей заслонки с приводом типа МПП-25 1д. Расход коксового газа измеряется ди­ афрагмой 2а, с датчиком типа ДМ-П2 26 и вторичным прибором типа ПВ4.2Э 2в.

Регулирование температуры пековой смолы на выхо­ де трубчатой печи осуществляется по каскадной схеме, в которой стабилизирующим контуром служит схема регулирования температуры газов над перевальной сте­ ной расходом коксового газа. Управляющий контур со­ стоит из датчика температуры нагрева пековой смолы (термопары типа ТХК-ѴІІІ) За, вторичного прибора ти­ па ЭПИ-120 с пневматическим регулятором типа 04 36, промежуточного прибора со станцией управления типа ПВ10.1Э Зв.

Выходной сигнал с управляющего регулятора подает­ ся в штуцер «Программа» промежуточного прибора Зв.

249

Этот сигнал является заданием для стабилизирующего контура, который состоит из датчика температуры (тер­ мопары ТХА-ѴІІІ) 4а, вторичного прибора с пневмопре­ образователем типа КСП-3 46, ПИ-регулятора типа

Рис. 114. Принципиальная схема автоматизации трубчатой печи при одноступенчатом нагреве пековой смолы:

ПР3.21 Зг и регулирующей заслонки с приводом типа МПП-25 Зд.

Стабилизация расхода нагретой пековой смолы, на­ правляемой из испарителя в реактор, осуществляется одноконтурной схемой автоматического регулирования

250

изменением подачи смолы, поступающей к трубчатой пе­ чи. Схема состоит из датчика расхода (щелевого расхо­ домера) 5а с пневмопреобразователем типа УБ-ПА 56, вторичного прибора типа ПВ10.1Э 5в, регулятора типа ПР3.21 5г и регулирующего клапана 5д, установленного на байпасе к насосу, подающему пековую смолу в труб­ чатую печь.

В схеме также имеется регулятор типа ПР2.5 5е, от­ рабатывающий сигнал компенсации расхода воздуха, направляемого в реакторы технологической цепи при изменении расхода пековой смолы.

Принципиальная схема автоматического регулирова­ ния трубчатой печи при одноступенчатом нагреве пеко­ вой смолы предусматривает сигнализацию следующих нарушений технологического режима: падение давления коксового газа, максимум и минимум температуры на­ грева пековой смолы, максимум температуры газов на перевале и падение расхода нагретой пековой смолы. Для сигнализации давления коксового газа и расхода пековой смолы предусмотрены позиционные регуляторы типа ПР1.5 Іою и 5ж и мембранный сигнализатор типа СМ-1 1з и 5з. Сигнализация температуры пековой смо­ лы и газов на перевале осуществляется контактной груп­ пой, встроенной в приборы 36 и 46.

Двухступенчатый нагрев пековой смолы может про­ исходить как в одной, так и в двух самостоятельных трубчатых печах.

В зависимости от особенностей отделения пекоподготовки и качества поступающей пековой смолы возмож­ но несколько способов регулирования температур нагре­ ва пековой смолы (по расходу газа или смолы, одно­ контурное регулирование или каскадное). Каждый из этих способов рассмотрен при анализе структурных схем автоматического регулирования.

На рис. 115 изображена принципиальная схема ав­ томатизации при двухступенчатом нагреве пековой смо­ лы в самостоятельных трубчатых печах при регулиро­ вании температуры нагрева пековой смолы в первой пе­ чи расходом газа, а во второй — расходом смолы. Аналогично рассмотренной выше схема имеет контур ста­ билизации давления коксового газа и измерения его рас­ хода.

Пековая смола в первую печь подается из сборника V и после нагрева поступает в испаритель первой сту-

251

Рис. 115. Принципиальная схема автоматизации трубча­ той печи при двухступенчатом нагреве пековой смолы:

пени, а затем в промежуточный сборник VI. Из него она подается для нагрева во вторую печь, после чего посту­ пает в испаритель второй ступени, а затем в реактор.

Регулирование нагрева пековой смолы в первой труб­ чатой печи осуществляется расходом газа по однокон­ турной схеме, состоящей из датчика температуры (тер­

252

мопары, ТХК-ѴІІІ) За, вторичного прибора типа ЭПИ120 с пневматическим регулятором типа 04 36, дистан­ ционной байпасной панели типа МБПДУ Зв, и регулиру­ ющей заслонки с приводом Зг.

Во второй трубчатой печи регулирование темпера­ туры нагрева пековой смолы осуществляется ее расхо­ дом. Схема состоит из датчика температуры (термопары ТХК-ѴІІІ) 4а, вторичного прибора типа ЭПИ-120 с пнев­ морегулятором 46, байпасной панели 4д и регулирую­ щего клапана расхода пековой смолы 4в.

Согласование расхода пековой смолы, направляемой во вторую трубчатую печь с подачей на первую, осуще­ ствляется регулированием уровня в промежуточном сборнике VI. Схема состоит из пьезометрического дат­ чика уровня с дифманометром типа ДМПК-100 5а и 56, вторичного прибора типа ПВ10.1Э 5в, регулятора типа ПР3.21 5г и регулирующего клапана 5в. Расход пековой смолы на выходе из первой ступени контролируется ще­ левым расходомером 6а и 66 и вторичным прибором ти­ па ПВ4.2Э 6в.

Регулирование теплового режима второй трубчатой печи осуществляется по двухконтурной схеме: регулиро­ ванием температуры газов на перевале с коррекцией по величине отклонения уровня пековой смолы в испарите­ ле второй ступени. Контур регулирования температуры газов на перевале состоит из датчика температуры (тер­ мопары ТХА-ѴІІІ) 7а, вторичного прибора типа ЭПИ-120 с пневмопреобразователем 76, промежуточного прибо­ ра со станцией управления 7в, регулятора типа ПР3.21 7д и регулирующей заслонки 7г, управляющей расхо­ дом коксового газа.

Контур коррекции температуры перевала по величи­ не отклонения уровня в испарителе состоит из датчика уровня типа УБ-ПА 8а и 86, вторичного прибора типа ПВ10.1Э 8в и регулятора типа ПР3.21 8г, изменяющего задание контуру регулирования температуры газов на перевале.

Схема работает следующим образом. При рассогла­ совании между расходом пековой смолы, направляемой в реактор, и подачей ее во вторую печь или изменении качества пековой смолы, выражающимся в увеличении выхода легкокипящих компонентов в испарителе и уменьшении выхода нагретой смолы, происходит пони­ жение уровня ее в испарителе. В результате этого регу­

253

лятор уровня увеличивает задание контуру регулирова­ ния температуры газов на перевале. При увеличении последней начинает изменяться температура на выходе трубчатой печи, а так как она стабилизируется расходом пековой смолы, то увеличится ее подача, что приводит к восстановлению уровня в испарителе второй ступени.

Такая принципиальная схема автоматизации двух­ ступенчатого нагрева пековой смолы дает хорошие ре­ зультаты особенно для пекококсовых установок, в кото­ рых часто колеблется качество пековой смолы, а инер­ ционность трубчатой печи по каналу температура пеко­ вой смолы — расход меньше, чем при регулировании расходом газа.

В иных случаях для каждой трубчатой печи следует применять принципиальные схемы автоматизации, ана­ логичные схеме регулирования трубчатой печи при од­ ноступенчатом нагреве пековой смолы.

Автоматическое управление реакторами технологической цепи

Принципиальной схемой автоматизации технологиче­ ской цепи реакторов (рис. 116) обеспечивается:

а) автоматическое регулирование расходов исходно­ го сырья, среднетемпературного пека и пековой смолы; б) автоматическое управление процессами конденса­ ции-полимеризации в технологической цепи реакторов изменением расхода воздуха с использованием комбини­ рованных схем регулирования. Для стабилизации рас­

торого описана выше) 2а с пневмопреобразователем типа УБ-ПА 26, вторичного прибора со станцией управ­ ления типа ПВ10.1Э 2в, регулятора типа ПР3.21 2г и ре­ гулирующего клапана 2е. В зависимости от производи­ тельности насоса и его типа регулирующий клапан рас­ хода пека можно устанавливать байпасно к нему пли на всасывающей линии насоса.

Схема стабилизации расхода пековой смолы, направ­ ляемой из испарителя второй ступени в реактор, выпол­ нена аналогично, Іа—1г, 1е. При двухступенчатом нагре­ ве пековой смолы регулирование ее расхода осуществля­

254