Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системный анализ химико-технологических процессов как объектов управления и методы настройки регуляторов. Учебное пособие
.pdf
10. ТРЕНАЖЁРЫ ДЛЯ ОЗНАКОМЛЕНИЯ
С ОСОБЕННОСТЯМИ УПРАВЛЕНИЯ РЕАКТОРАМИ
10.1. Реактор непрерывного действия
В качестве такого реактора рассмотрим реактор, используемый в
процессе получения полиэтилена высокого давления. Процесс – непрерывный, быстропротекающий, проходит с большим выделением
тепла и осуществляется в трубчатом реакторе с водяным охлаждением. Давление в реакторе создаётся компрессором, подающим в зону
реакции смесь этилена и кислорода в необходимой пропорции, и поддерживается на уровне 150 МПа автоматически с помощью клапана,
установленного на выходе реактора. Температура измеряется во многих точках реактора, а ближе к концу – в каждом колене и в зоне наиболее интенсивного тепловыделения поддерживается на уровне не
более 280°C.
В процессе работы расплав полиэтилена оседает на стенках труб-
чатого реактора и тем препятствует нормальному отводу тепла из зоны реакции, что может привести к потере управляемости процессом.
Для предотвращения этого опасного явления производится резкий
сброс давления, в результате которого продукт «сдувается» со стенок
реактора и теплоотвод восстанавливается.
Процедура сброса является ключевой в процессе производства
данного продукта. Она позволяет удерживать температуру в реакторе
на уровне, обеспечивающим наибольшую производительность, и в то
же время позволяет обеспечить необходимую управляемость процесса, т.е. его безопасность. Процедура сброса реализуется с помощью
главного регулятора, который выполняет следующие функции:
– контролирует температурный режим реактора и выбирает точку с
максимальной температурой;
– поддерживает заданное давление в реакторе в периодах между
сбросами давления, при этом используется ПИД-закон регулирования;
– обеспечивает сброс давления в реакторе на заданную величину
(при превышении в нем заданной температуры, по истечении заданного времени или при нажатии на кнопку СБРОС) с последующим восстановлением заданного давления, при этом, в момент процедуры
сброса регулятор давления автоматически отключается.
– корректирует задание регулятору давления при повышенной час-
тоте сбросов давления, вызванных повышением заданной температуры;
71
– выполняет адаптацию параметров, обеспечивающих сброс и вос-
становление давления в реакторе с целью повышения точности реализации заданной величины сброса, четкости и быстроты последующего
восстановления давления.
На рис. 45 приняты следующие обозначения:
Р – давление в реакторе;
ΔР – глубина сброса давления;
В1 и В2 – опережение начала и конца восстановления давления в
реакторе, учитывающее его инерционность;
У – положение клапана;
А1 и А2 – заданные величины положения клапана при сбросе и
восстановлении давления.
На рис. 45 (А, В и С) представлены кривые, поясняющие алгоритм
работы главного регулятора при сбросе давления. Сам алгоритм заключается в следующем:
– в точке 1 (рис. 45А) начинается процедура сброса, а именно:
а) отключается ПИД-регулятор (рис. 45С);
б) запоминается рабочее положение регулирующего клапана (рис.
45В);
в) подаётся сигнал на клапан, равный А1, для его открытия и сбро-
са давления (рис. 45В);
– в точке 2 (рис. 45А) с опережением на величину В1 производится
закрытие клапана до величины А2 (рис. 45В), что обеспечивает бы-
строе восстановление давления; опережение начала восстановления
компенсирует динамическую инерционность объекта (клапана и реактора) и позволяет обеспечить необходимую глубину сброса;
– в точке 3 (рис. 45А), где после преодоления инерции объекта на-
чинается рост давления, определяется фактическая глубина сброса и
уточняется (адаптируется) величина опережения В1 (по полученной
разнице между заданной и фактической величинами глубины сброса)
для повышения точности сброса на последующих шагах;
– в точке 4 (рис. 45А), с опережением на величину В2, производит-
ся восстановление рабочего положения клапана, которое было зафиксировано в точке 1 (рис. 45В);
72
Рис. 45. Кривые цикла работы главного регулятора
73
– в точке 5 (рис. 45А) определяется вид переходного процесса
(апериодический или колебательный), в соответствии с этим уточняется (адаптируется) величина опережения В2 и включается в работу
ПИД-регулятор (рис. 45С).
Для повышения надёжности работы системы в реакторе установле-
но два датчика давления, и если системой диагностики установлено,
что датчик, используемый в контуре регулирования, вышел из строя,
то система автоматически переключается на работу с исправным датчиком.
Схема (рис. 46) содержит реактор, охладитель (Т1), отделитель вы-
сокого давления (ОВД), отделитель низкого давления (ОНД), необходимое количество контролирующий и регулирующей аппаратуры.
Контроль давления производится двумя датчиками. Контроль температуры производится в указанных коленях реактора и т.д. В тренажёре
имеются действующие модели двух регуляторов: главного регулятора
и регулятора уровня.
Рис. 46. Мнемосхема реакторного узла
74
При нажатии на кнопку «регулятор уровня» на экран будет вызвана
панель управления регулятором уровня (рис. 47).
Рис. 47. Панель управления регулятором уровня
Регулятор уровня снабжен исполнительным механизмом с двумя
положениями «отрыт» или «закрыт». Он имеет два заданных уровня
«MAX» и «MIN». На панели рис. 47 имеется график изменения уровня
в этом контуре.
Оператор имеет возможность изменять задания, а также изменять
режим работы регулятора.
При нажатии на кнопку «главный регулятор» на экран будет вы-
звана панель главного регулятора (рис. 48).
Панель имеет два графика. Верхний воспроизводит изменения ос-
новных параметров процесса: температуры (кривая желтого цвета),
давления (кривая белого цвета), положение клапана на выходе реактора (кривая голубого цвета), содержание кислорода в исходной смеси
(кривая красного цвета). (в реальном производстве анализ состава не
производится.)
На нижний график в виде столбиков, выведены температуры во
всех точках реактора, охладителя, ОВД и ОНД.
Справа от графиков находится область, на которой расположены
средства контроля и управления главным регулятором. В верхней части находится окно, в которое выводится сообщение о текущем режиме
работы регулятора: «РАБОТА» – включен ПИД-регулятор, идёт процесс синтеза продукта (рис. 45С); «ПЕРИОДИЧЕСКИЙ СБРОС» –
идёт сброс давления по времени (рис. 45А, В); «СБРОС ПО ТЕМПЕ-
75
РАТУРЕ» – температура превысила установленную величину и существует опасность возникновения аварийной ситуации.
Рис. 48. Панель главного регулятора
Ниже расположены средства включения / отключения программно-
го управления (отключать программное управление не рекомендуется).
Далее расположены средства управления ПИД-регулятором давле-
ния, который работает без отключения, если включено программное
управление.
Ещё ниже расположено окно текущей величины температуры и
средства контроля и ввода граничной величины, превышение который
немедленно инициирует процедуру сброса давления в реакторе.
После этого следует область контроля и управления параметрами
процедуры сброса давления. При нажатии кнопки «РУЧНОЙ СБРОС»
будет немедленно запущена процедура сброса. Для параметров, определяющих автоматический сброс, существуют следующие возможности: ввести время «ПЕРИОДИЧЕСКОГО СБРОСА», глубину сброса
(рис. 45А), максимальную величину открытия клапана при сбросе
давления и минимальную величину открытия клапана при восстановлении давления.
76
В самом низу расположено окошко, в которое выведена величина
содержания кислорода в исходной смеси. Её можно изменять в заданных пределах, для этого необходимо щелкнуть по окошечку.
Отдельные параметры главного регулятора могут корректироваться.
Для этого необходимо щелкнуть по кнопке «настройка» на панели
главного регулятора (рис. 48), тогда на экран будет выведена панель
настройки главного регулятора (рис. 49).
Рис. 49. Панель настройки главного регулятора.
Задание 15
1. Вызовите на выполнение программу «Трен_8». Программа на-
страивается в автоматическом режиме в течение 2-3 сек.
2. Вызовите на экран панель главного регулятора, щелкнув по
кнопке «главный регулятор» на панели рис. 46.
3. Подождите, пока объект не придёт в стабильное состояние.
4. Подбирая концентрацию кислорода и переменные, определяю-
щие автоматический сброс, добейтесь следующих состояний:
– максимальная температура (желтый столбик) должна на-
ходиться на 31-ом колене реактора;
– сброс по температуре должен происходить за 1 или 2 секун-
ды до наступления момента начала периодического сброса.
77
Имейте в виду, что чувствительность процесса к содержанию ки-
слорода очень высока. Поэтому вдали от искомого состояния содержание можно изменять с шагом 0,1 %, а вблизи с шагом 0,01 %.
10.2. Реактор периодического действия
Особенности управления реактором периодического действия рас-
смотрим на примере реактора получения липрола в производстве полистирола.
Процесс управления работой реактора протекает в несколько эта-
пов.
На первом этапе – этапе подготовки реактора, система позволяет
оператору выполнить в строго заданной последовательности следующие операции:
– включить мешалку;
– загрузить в реактор стартовое вещество;
– нагреть реактор до заданной температуры;
– отключить контур нагрева и подключить контур охлаждения.
Все операции автоматизированы и инициируются нажатием на со-
ответствующую кнопку на пульте оператора, окончание каждой операции сопровождается выдачей сообщения на монитор пульта.
Второй этап полностью автоматизирован и инициируется нажатием
на кнопку «ПРОГРАММА». На этом этапе система в автоматическом
режиме выполняет следующие операции:
– открывает линию подачи окиси пропилена (возможна смесь оки-
си пропилена и окиси этилена) на заранее заданную небольшую величину;
– постепенно, с заданной скоростью, увеличивает подачу окиси
пропилена, одновременно плавно повышая температуру в реакторе до
заданной величины, которая достаточна для начала реакции в реакторе;
– температура в реакторе повышается из-за интенсивного выделе-
ния тепла в ходе реакции и поддерживается автоматически подачей
холодной воды в рубашку аппарата;
– когда воды не хватает для полного съёма тепла реакции, система
начинает прикрывать линию подачи окиси пропилена в реактор, не
позволяя температуре выйти из нормы;
– после вывода реактора на рабочий режим, в реактор поступает
постоянный поток окиси пропилена, а охлаждающей воды становится
достаточно для поддержания заданной температуры;
78
– окончание работы реактора фиксируется по счётчику, поданной в
реактор окиси пропилена;
– последним действием аппаратчика является выгрузка продукта из
реактора, после чего можно начинать новый цикл.
Если в ходе процесса температура превысит заданный порог (на
графике рис. 50 это горизонтальная линия фиолетового цвета), то линии подачи холодной и горячей воды будут автоматически закрыты, а
в рубашку реактора начнёт поступать захоложенная вода для остановки процесса и предотвращения аварии.
Преимуществом использования данной системы управления явля-
ется, прежде всего, полное отсутствие брака (даже при работе малоопытного персонала) и, как следствие, увеличение выпуска продукции
со стабильным качеством. При отсутствии описанной системы управления реактором количество брака могло иногда достигать 20-25 %.
На рис. 50 представлена панель управления реактором.
Панель содержит все средства, необходимые для контроля и управ-
ления процессом. Вверху имеется окно для выдачи сообщений.
Сообщение о текущем состоянии процесса выводится зелёным цве-
том. Жёлтым цветом выводится сообщение о том, какую операцию
должен выполнить аппаратчик, если он пытается нарушить порядок
их выполнения.
Центральное место на панели занимает график, на который выво-
дятся основные переменные процесса. Слева от него приведён список
параметров, выведенных на график, а в окошечках выводятся их текущие величины. Информация о каждом параметре на графике, списке и в окошечках выводится своим цветом.
Панель содержит средства для управления процедурой загрузки
стартового вещества, подачи окиси пропилена (ОП), выгрузки реактора, включения мешалки.
Указанные процедуры должны выполняться в строгом соответст-
вии с последовательностью, описание которой было приведено выше.
Справа на панели расположены органы управления программой и регуляторами. Если вы решили использовать программу (наиболее
удачный выбор), то должны определить три параметра:
– рабочую температуру, которую необходимо поддерживать при
синтезе продукта (кнопка «раб. температура»);
– расход окиси пропилена в момент начала её подачи (кнопка
«расх. ОП мин»);
– до какой величины следует увеличить расход ОП для рабочего
режима (кнопка «расх. ОП мах»).
79
Рис. 50. Панель управления реактором синтеза липролов
Для работы с регуляторами температуры используются две кнопки
для выбора регулятора нагрева или охлаждения, а также кнопка аварийного охлаждения. При нагреве клапан горячей воды полностью
открывается и при достижении заданной температуры (вызывается
кнопкой «уставка») автоматически закрывается. В режиме охлаждения температура поддерживается с помощью ПИД-регулятора. Внизу
панели расположены органы ПИД-регулятора подачи ОП.
При использовании программного управления работа всех регуля-
торов организуется в автоматическом режиме.
Тренажёр имеет панель параметров настройки регуляторов про-
граммы (рис. 51), вызываемую кнопкой «настройка». Кроме того, в
конце каждого цикла работы на экран может быть вызвана панель с
отчётом о произведённой работе (рис. 52).
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]