Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системный анализ и особенности управления типовыми объектами химической технологии. Учебное пособие
.pdf
41
3. ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ
ПЕЧАМИ
Нагрев жидких продуктов в печах, использующих энергию
горения, является весьма распространённым процессом в нефтяной и
нефтеперерабатывающей промышленностях. Для такого нагрева
используются промышленные трубчатые печи. В трубчатых печах
технологических установок различного назначения реализуются
термотехнологические, теплотехнические и гидродинамические
процессы [1].
Основой термотехнологической теории печей является сложный
процесс, протекающий в сырье (нефть, нефтепродукты, продукты
органического синтеза) вследствие теплового воздействия.
Основой теплотехнической теории печей являются процессы
получения тепла при сжигании топлива, передача тепла к сырью,
тепловой работы футеровки (кладки).
Основой гидродинамической теории являются законы движения
дымовых газов и жидкого сырья.
В нефтеперерабатывающей и нефтехимической
промышленности трубчатые печи используются для нагрева нефти и
нефтепродуктов до температур, более высоких, чем те, которых можно
достичь, например, с помощью нагрева водяным паром. Трубчатые
печи применяются на технологических установках различного
назначения, таких как перегонка нефти и мазута, производство и
очитка масляных дистиллятов, пиролиз различных углеводородов,
каталитический крекинг, риформинг и т. д.
Современная трубчатая печь состоит из камеры сгорания или
радиации, в которой размещаются радиантные трубы и сжигается
топливо, и камеры конвекции, в которой находятся конвекционные
трубы, обогреваемые дымовыми газами, поступающими из камеры
сгорания. Трубы конвекционной и радиантной камер печи соединены
в один трубчатый змеевик, через который проходит нагреваемое
сырьё.
Печи можно различать по виду производства, технологическому
назначению, способу сжигания топлива, способу передачи тепла,
особенностям конструкции и т. д.
42
Рассмотрим особенности управления процессом нагрева мазута
на примере системы управления трубчатой печью на Саратовском
НПЗ.
Печь имеет шесть змеевиков и отапливается двумя видами
топлива: мазутом и газом, сбрасываемым с соседних производств.
По результатам системного анализа при разработке системы
управления этим процессом были поставлены следующие задачи:
1. Поддерживать температуру на выходе из печи на заданном
уровне.
2. Поддерживать уровень в колонне, из которой откачивается
нагреваемый продукт, на заданной величине.
3. Устранить опасность прогорания стенок змеевиков, для чего
необходимо так регулировать подачу продукта в каждый
змеевик, чтобы температуры на выходе змеевиков были
одинаковы (процедура «сведения» температур).
4. Удовлетворить требование экологов по полной утилизации
сбрасываемых с соседних производств газов и регулирование
вести мазутом при полностью открытой трубе на газе, но таким
образом, чтобы на все горелки (и мазутные и газовые)
подавалось топливо в количестве, достаточном для устойчивого
горения.
Для реализации поставленных задач были выбраны и
разработаны следующие средства регулирования и управления:
– ПИД-регуляторы расходов продуктов в змеевики с
корректировкой по уровню в колонне;
– ПИД-регуляторы расходов топливного газа и мазута с
корректировкой по температуре на выходе из печи;
– разработана процедура распределения потоков топливного газа
и мазута в печь;
– разработана процедура «сведения» температур на выходе из
печи.
В процессе экспериментального обследования печи, как объекта
управления, было установлено, что если в контуре регулирования
температуры в качестве регулируемого параметра использовать
измерение в коллекторе после смешения потоков со всех змеевиков, то
в контуре появится чистое запаздывание, равное (при средней
нагрузке) приблизительно трём минутам. Такая большая величина
запаздывания весьма отрицательно сказывается на качестве
регулирования.
43
Запаздывание удаётся существенно уменьшить до нескольких
n
i
n
F
F
T
1
1
ii
cp
T
i
F
i
T
К-1
ПИД
n....1i
ii
ZYhZ
Yh
H
i
Z
ni ....1
)(Z
i срii
TTKZ
ПИД
Регулятор
уровня
регулятор
расхода F1
ПЕЧЬ
66
iiiср
FTFT
1
T
nT
V-2
1
T
Tn
O
T
dt
секунд, если в качестве регулируемой использовать температуру,
рассчитанную приближенно с достаточной точностью как
средневзвешенную величину измерений температуры на концах
змеевиков:
. (15)
Где:
и
– расход на входе и температура на выходе из i-го
змеевика.
Именно эта величина и используется в реальном контуре
регулирования температуры.
На рис. 21 представлена подробная структурная схема
управления печью.
Рис. 21. Блок-схема системы управления работой печи
44
Нагреваемый продукт поступает в печь по всем змеевикам.
Yh
i
Z
k
cp
k
i
k
i
k
i
TTKZZ
1
,1kk
ПЕЧЬ
V-10
V-11
1
T
N
T
1
PP
N
PP
0
T
iii
FTFT
ср
V-9
газ
PP
V-8
РТ
РД
Программа
распределения
T
Y
Tz
Pz
Gz
Gmin
Gmax
TYT
Y
Pmax
Pmin
%100TY
0
100%Gz при
T
Y
GzPz
Р
Регулятор уровня в колонне К–1 вырабатывает сигнал
подаваемый параллельно на все задатчики регуляторов расхода
продукта с некоторой добавкой
, обеспечивающей выравнивание
температур на выходе из змеевиков:
. (16)
Формула (16) фактически является И-регулятором где
номера тактов регулирования, коэффициент К – принят
одинаковым для всех змеевиков.
Если регуляторы уровня и расходов работают непрерывно на
каждом такте работы системы, то процедура выравнивания (сведения)
выполняется периодически с интервалом – dt, достаточным для
затухания переходных процессов, вызванных предыдущей процедурой
выравнивания. Коэффициент – K в (16) и величина интервала – dt
(рис. 21) определяют скорость работы И-регулятора и, следовательно,
процедуры выравнивания температур.
На рис. 22 представлена структура контура регулирования
температуры после печи.
,
Рис. 22. Схема системы подачи топлива в печь
45
Регулирование ведётся с использованием вычисленной
ср
T
0
T
Y
PkFMM
M
F
M
k
, это
делается для уменьшения времени чистого запаздывания. В качестве
регулятора используется обычный ПИД-регулятор.
Принято, что в качестве модели каждого змеевика печи,
используется апериодическое звено первого порядка и звено чистого
запаздывания.
Для подачи топлива в печь используется программа
распределения видов топлива (мазут или газ), работа которой
приведена на графиках. Она работает следующим образом: при
выходном сигнале регулятора температуры близким к
, расход
газа и давление мазута на форсунки печи минимальны, но
обеспечивающие устойчивое горение топлива (при росте температуры
может сработать система защиты – ПАЗ). По мере увеличения
выходного сигнала регулятора температуры начинает открываться
клапан подачи газа в печь до его полного открытия, после этого
начинает открываться клапан подачи мазута.
Такой порядок обеспечивает максимальное выполнение
требований экологов о максимальной утилизации газовых выбросов с
других производств.
Обратите внимание, что расход газа по отношению к выходному
сигналу регулятора температуры зависит линейно, а по отношению к
давлению мазута на форсунки нелинейно.
Если принять, что на форсунках устанавливается перепад,
давление после регулятора давления – атмосферное давление, то с
некоторым приближением можно принять:
.
Где:
– расход мазута (линеаризованная величина);
– масштабный коэффициент.
Рассмотрим более подробно работу системы управления печью
на тренажёре 4. Тренажёр содержит условное изображение печи со
всеми основными элементами управления (рис. 23).
46
На мнемосхеме обозначены все регуляторы и контролирующие
устройства. Регуляторы, окрашенные в голубой цвет – работают в
текущий момент в каскадном режиме. Так все регуляторы подачи
продукта в змеевики печи и регуляторы подачи топлива на форсунки
работают в каскадном режиме с коррекцией по уровню (если это
регуляторы продукта) и по температуре (если это регуляторы подачи
топлива в печь). Щелчок по кнопке, где имеется идентификатор
регулятора или контрольного устройства позволяет вызвать на экран
соответствующую панель регулятора (рис. 24) или контрольного
прибора (рис. 25).
Рис. 23. Мнемосхема печи с указанием всех материальных
и энергетических потоков
47
Рис. 24. Панель регулятора в режимах каскадный (КАС)
автоматический (АВТ) и ручной (РУЧ)
Панель регулятора в режиме АВТ позволяет изменять заданную
величину, а в режиме РУЧ положение исполнительного механизма.
Можно использовать три способа внесения этих изменений:
путем передвижения указателей, путем использования клавиш вверх –
вниз или вправо – влево (рис. 24) и используя панель цифрового ввода
(рис. 26).
Вызов панели цифрового ввода производится щелчком по окну,
в которое выводится соответствующая величина.
Выбор режима производится на панели рис. 27, которая может
быть вызвана на экран путём щелчка по надписи режима (РУЧ, АВТ
или КАС).
48
Рис. 25. Панель контроля
Рис. 26. Панель цифрового ввода
49
Рис. 27. Панель выбора режима
С панелей регулятора и контроля можно вызвать графики (рис.
28, 29).
Рис. 28. График работы регулятора
50
В верхней части панели регулятора выводится информация о
регуляторе и его состоянии в текущий момент времени. Панель имеет
пеленг, с помощью которого можно определить состояние регулятора
в любой предыдущий момент времени. Эта информация расположена
в нижней части панели, при этом вначале выводится время, на которое
сдвинут пеленг, а затем величины параметра, задания и сигнала на
выходе регулятора в указанный пеленгом момент.
Щелчок в поле параметра или задания вызывает появление
шкалы параметра, а в поле выхода регулятора – шкалу выходного
сигнала.
Рис. 29. График контролируемого параметра
Все манипуляции с пеленгом на рис. 28 соответствуют и рис. 29.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]