DE2744625A1 - Verfahren und vorrichtung zum automatischen aendern des betriebes in einer lufttrennanlage - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum automatischen aendern des betriebes in einer lufttrennanlage

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DE2744625A1 DE19772744625 DE2744625A DE2744625A1 DE 2744625 A1 DE2744625 A1 DE 2744625A1 DE 19772744625 DE19772744625 DE 19772744625 DE 2744625 A DE2744625 A DE 2744625A DE 2744625 A1 DE2744625 A1 DE 2744625A1
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Description

Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Ändern des Betriebes in einer Lufttrennanlage beim Vergrößern oder Vermindern der Mengen von Produkten.
Betriebsvorgänge in einer Lufttrennanlage wurden bisher manuell durchgeführt, was auch für Betriebsänderungen bezüglich der Mengen von Produktsauerstoff und Produktstickstoff bei aufeinanderfolgenden Verbrauchs- bzw. Bedarfsänderungen gilt. Die Lufttrennanlage hat eine erhebliche Größe, und auch die Wärmekapazität sowie die Massenkapazität derselben sind groß. Dementsprechend ist für die sogenannte Betriebsänderung, nämlich die Änderung des Betriebszustandes von einem stationären Betriebszustand zu einem anderen stationären Betriebszustand, eine lange Zeit erforderlich. Da ferner die erzeugten Produkte, nämlich der Sauerstoff und der Stickstoff, die nachfolgend als Produktsauerstoff und Produktstickstoff bezeichnet werden, ständig auch während der Betriebsänderung Stufen zugeführt werden, die diese Produkte benötigen, ist es erforderlich, daß selbst für eine sehr kurze Zeit keine Verschlechterung der Produktzufuhr zugelassen wird. Dementsprechend ist es schwierig, in wirtschaftlicher Weise eine Änderung des Produktausstoßes in Abhängigkeit von dem Produktverbrauch gemäß manuellen Verfahren durchzuführen.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art derart auszubilden, daß die Vergrößerung oder Verminderung der Mengen an Produktsauerstoff und/oder Produktstickstoff von einer Lufttrennanlage in Abhängigkeit von Verbrauchsänderungen an diesen Stoffen als Betriebsänderung automatisch durchgeführt wird, während die Lufttrennanlage stabil und wirtschaftlich arbeitet. Die Mengen an Produktsauerstoff und/oder Produktstickstoff sollen ohne Verschlechterung der Produktqualität vergrößert oder vermindert werden können. Die Betriebsänderung und das Erfassen ihrer Beendigung sollen automatisch durchgeführt werden. ^__________ - 6 -
8ΤΓ9~8ΤΤ7ΤΓ9Τ3
Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Verfahren der im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß dadurch aus, daß beabsichtigte Änderungswerte der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung von in die Lufttrennanlage einzuführender Zuflußluft berechnet werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung von flüssiger Luft berechnet wird, die von einem unteren Turm zu einem oberen Turm einer Rektifizierungssäu-Ie rückgeführt wird, daß die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung von rückgeführtem flüssigem Stickstoff und die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung eines in einer Expansionsturbine strömenden Expansionsturbinengases berechnet werden, und zwar von dem Wert der vergrößerten oder verminderten Menge des Produkts, daß das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung von Zuflußluft zu der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung des Produkts zum Zeitpunkt eines Einleitens der Änderung der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen vergrößert wird, daß die Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen der Zuflußluft, der rückgeführten flüssigen Luft, des rückgeführten flüssigen Stickstoffs, des Expansionsturbinengases und des Produkts automatisch bis zu den beabsichtigten Werten verändert werden, während das Verhältnis allmählich reduziert wird, und daß die Zeitperiode von dem Punkt, an dem die beabsichtigten Werte erreicht sind, bis zu dem Punkt, an dem der instabile Betriebszustand in der Lufttrennanlage beendet ist, als die Betriebsänderung-Unterdrückungsperiode festgelegt wird, während derer eine nachfolgende Änderung von Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen unterdrückt wird. Weitere Verfahrensmerkmale ergeben sich aus den entsprechenden Unteransprüchen.
Ferner zeichnet sich zur Lösung der gestellten Aufgabe bzw. zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vorrichtung der genannten Art erfindungsgemäß aus durch einen Durchflußleistungs-Rechner zum Berechnen der beabsichtigten Änderungswerte der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung der in die Lufttrennanlage einzuführenden Zuflußluft, der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung der von einem unteren Turm zu einem oberen - 7 -
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Turm einer Rektifizierungssäule rückgeführten flüssigen Luft, der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung von rückgeführtem flüssigem Stickstoff und der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung eines in einer Expansionsturbine strömenden Expansionsturbinengases von dem Wert der vergrößerten oder verminderten Menge des Produkts, durch einen den Betriebsablauf steuernden Rechner zum Bestimmen eines ÄnderungsSchemas zum Ändern der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen der Zuflußluft, der rückgeführten flüssigen Luft, des rückgeführten flüssigen Stickstoffs, des Expansionsturbinengases und des Produkts bis zu den beabsichtigten Änderungswerten, durch eine Strömungsgeschwindigkeit-Steuerungsvorrichtung zum Betätigen und Steuern von Steuerungsventilen zum Einstellen der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen der Zuflußluft, der rückgeführten flüssigen Luft, des rückgeführten flüssigen Stickstoffs, des Expansionsturbinengases und des Produkts auf der Grundlage von diesbezüglichen Einstellwerten, die von dem das Betriebsschema steuernden Rechner abgegeben werden, und durch eine Betriebsänderung-Uberwachungsvorrichtung zum Vergleichen der beabsichtigten Änderungswerte von dem Durchflußleistung-Rechner mit den Einstellwerten der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen von dem das Betriebsschema steuernden Rechner sowie zum Feststellen der Beendigung der Betriebsänderung. Weitere Vorrichtungsmerkmale ergeben sich aus den entsprechenden Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 - ein Flußdiagramm einer Lufttrennanlage,
Figur 2 - in einem Diagramm ein Betriebsschema für einen Betrieb beim Vergrößern der Menge eines Produkts,
Figur 3 - in einem Diagramm ein Betriebsschema für einen Betrieb beim Vermindern der Menge eines Produkts und
Figur 4 - in einem Flußdiagramm einen Rechner zum Regulieren der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung von Zuflußluft nach der vorliegenden Erfindung.
8098 1 A/0953
Unter Bezugnahme auf den Ablaufplan bzw. das Flußdiagramm aus Figur 1 wird nunmehr eine Lufttrennanlage erörtert. Von einem Luftkompressor 1 zugeführte Zuflußluft wird durch eine Vielzahl von Umkehrwärmeaustauschern 2 und 3 (in der Zeichnung sind zwei Wärme austauscher dargestellt) geleitet und auf etwa -17ο0 C gekühlt. Sie wird dann in einen unteren Turm (tower) 5 einer Rektifizierungssäule (rectification column) 4 eingeführt. Dort erfolgt ein vorläufiges bzw. einleitendes Rektifizieren der eingeführten Zuflußluft, und flüssige Luft mit einem O2 Reinheitsgrad von etwa 4o % wird in dem unteren Abschnitt 6 des unteren Turms 5 gespeichert, während Stickstoffgas in dem oberen Abschnitt des unteren Turms 5 gespeichert wird. Dieses Stickstoffgas wird aus dem unteren Turm 5 herausgenommen und durch einen Hauptkondensator (nicht dargestellt) gekühlt. Es wird dann in Form flüssigen Stickstoffs wiederum in den unteren Turm 5 eingeführt und in einem Verteilungstank (distribution tank) 7 gespeichert.
Flüssige Luft (4o % O2) in dem unteren Abschnitt 6 des unteren Turms 5, ferner ein aus dem mittleren Abschnitt 8 des unteren Turms 5 abgenommenes Gas mit einer Stickstoffreinheit von 96 % und flüssiger Stickstoff in dem Verteilungstank 7 werden in einen oberen Turm 9 der Rektifizierungssäule 4 eingeführt und dort weiter rektifiziert. Auf diese Weise werden ein Stickstoffgas mit einer Reinheit von 99,999 % in dem oberen Abschnitt 1o des oberen Turms 9 und flüssiger Sauerstoff mit einer Reinheit von etwa 99,6 % in dem unteren Abschnitt 11 des oberen Turms 9 gespeichert. Das Stickstoffgas mit einer Reinheit von etwa 99,999 % wird aus dem oberen Abschnitt 1o des oberen Turms 9 abgenommen und in die Umkehrwärmeaustauscher 3 und 2 eingeleitet, während ein Sauerstoff gas mit einer Reinheit von etwa 99,6 % von einem Punkt gerade oberhalb des unteren Abschnitts 11 des oberen Turms 9 abgenommen und in ähnlicher Weise in die Umkehrwärmeaustauscher 3 und 2 eingeführt wird, um Zuflußluft zu kühlen. Die zugeführte Luft wird in den Umkehrwärmeaustauschern 2 und 3 mit in der Rektifizierungssäule 4 getrenntem Stickstoff und Sauerstoff als Kühlmedium gekühlt. Um ein Verstopfen der Umkehrwärmeaustauscher 2 und 3 mit CO2, H2O und dergleichen in der Zuflußluft zu vermeiden,
TJ(J981 4/0953
was noch näher erläutert wird, ist es erforderlich, eine Temperaturdifferenz von etwa 4° C zwischen der Zuflußluft und dem Stickstoff sowie Sauerstoff als Kühlmedium aufrechtzuerhalten. Dementsprechend wird ein Teil der Luft von dem mittleren Abschnitt 12 des unteren Turms 5 der Rektifizierungssäule 4 abgezogen. Die gesamte oder ein Teil der so abgezogenen Luft wird in den Umkehrwärmeaustauscher 3 eingeführt, um die obige Temperaturdifferenz aufrechtzuerhalten, die zum Erreichen eines großen Wirkungsgrades in den Umkehrwärmeaustauschern geeignet ist. Das von dem Umkehrwärmeaustauscher 3 abgezogene Gas wird in eine Expansionsturbine 13 eingeleitet und bildet eine externe thermodynamisehe Arbeit (adiabatische Expansion), um die für die Lufttrennanlage erforderliche Kälte zu erzeugen. Dann wird das abgezogene Gas mit einem Stickstoffgas mit einer Reinheit von etwa 99,99 % von dem oberen Abschnitt 14 des oberen Turms 9 der Rektifiaierungssäule 4 gemischt, um nach dem Durchlaufen der Umkehrwärmeaustauscher 3 und 2 zum Kühlen der Zuflußluft durch den Wärmeaustausch in Form eines Abgas-Stickstoffgases an die Umgebungsluft abgegeben zu werden.
Verunreinigungen in der Zuflußluft, wie CO-, H-O und CO, haften an der Wandung einer als Luftkanal in den Umkehrwärmeaustauschern 2 und 3 dienenden Leitung an, und der Luftkanal verstopft. Dementsprechend wird dieser Luftkanal periodisch mit einem Kanal für das oben erwähnte Abgas-Stickstoffgas ausgewechselt. Wenn ein Auswechseln der Kanäle durchgeführt wird, werden an der Leitungswandung anhaftendes CO2, H^O, CO und dergleichen von dem Abgas-Stickstoff gas mitgeführt und an die Umgebungsluft abgelassen.
Um den Betriebswechsel in der Lufttrennanlage automatisch durchzuführen, sollte den folgenden Erfordernissen Genüge geleistet werden:
(a) Da Produktsauerstoff und Produktstickstoff ständig auch während des Betriebswechsels Verbrauchern zugeführt werden, muß ein Abgeben von Produkten selbst während eines kurzen Zeitintervalls vermieden werden. +) schlechter Qualität
(b) Der Betriebswechsel wird im Laufe der Zeit nicht durch Ände-
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rungen von Eigenschaften infolge unpassender Steuerungs- bzw. Regelungsparameter oder durch Änderungen von Anlageteilen beeinflußt.
(c) Wenn der Betriebswechsel unmöglich ist, kann dieser Zustand als eine Störung erfaßt werden.
(d) Eine Beendigung des Betriebswechsels kann sicher und prompt erfaßt werden.
Die Methode zum automatischen Ändern von Betriebsvorgängen in einer Lufttrennanlage nach der vorliegenden Erfindung wurde als ein Verfahren entwickelt, das allen vorstehenden Erfordernissen (a) bis (d) vollständig genügt. Es werden nunmehr die charakteristischen Merkmale bzw. Eigenschaften der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(1) In der Lufttrennanlage wird Zuflußluft verflüssigt und durch Ausnutzen der Siedepunktdifferenz in Sauerstoff und Stickstoff getrennt bzw. zerlegt. Als ein den Betriebszustand angebender Parameter kann das Verhältnis zwischen der Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit der Zuflußluft zur Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit des Produktsauerstoffs erwähnt werden. Dieses Verhältnis
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gibt die Luftmenge (Nm /Stunde) an, die zum Erzeugen von 1 Nm / Stunde Sauerstoff erforderlich ist. Ein kleinerer Wert dieses Verhältnis oedeutet einen größeren Betriebswirkungsgrad. Wenn der Betrag dieses Verhältnisses groß ist, ist die Leistungsfähigkeit klein, aber da Luft in einer für die Erzeugung der erforderlichen Menge an Produktsauerstoffgas notwendigen Menge benutzt wird, befindet sich der Lufttrennvorgang in einem sehr stabilen Zustand, und der Betriebszustand ist sehr beständig gegenüber Störungen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum automatischen Ändern der Betriebsvorgänge in der Lufttrennanlage wird dieses Verhältnis der Strömungsrate der Zuflußluft zur Strömungsrate des Produktsauer stoff gases berücksichtigt. Im einzelnen wird bei der anfänglichen Stufe des Betriebswechsels eine derartige Steuerung bzw. Regelung vorgenommen, daß das obige Verhältnis vergrößert wird, um einen sehr stabilen Zustand in dem Verfahren aufrechtzuerhalten, und dann wird dieses Verhältnis allmählich reduziert sowie
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auf seinen normalen Wert zurückgebracht. Durch diese Steuerung bzw. Regelung des Verhältnisses der Strömungsgeschwindigkeit der Zufuhrluft zur Strömungsgeschwindigkeit des Produktsauerstoffs kann der Betriebswechsel durchgeführt werden, während ständig der Lufttrennvorgang gegenüber Störungen stabil gehalten wird. Auch während des Betriebswechsels kann eine Verminderung der Qualität des Produktsauerstoffs und des Produktstickstoffs vermieden werden.
(2) Beim Vergrößern oder Vermindern der Mengen an Produktsauerstoff und/oder Produktstickstoff werden die Strömungsgeschwindigkeit der in die Lufttrennanlage einzuführenden Zuflußluft, die Strömungsgeschwindigkeit der von dem unteren Turm zum oberen Turm der Rektifizierungssäule rückgeführten flüssigen Luft, die Strömungsgeschwindigkeit des rückgeführten flüssigen Stickstoffs und die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms in der Expansionsturbine berechnet, und zwar von einer Variablen, die der Differenz der vorliegenden Strömungsgeschwindigkeiten des Produktsauerstoffs und des Produktstickstoffs entspricht, und zwar auf der Basis einer vorbestimmten Formelbeziehung.
Nachdem die beabsichtigten Änderungswerte durch Berechnung festgestellt worden sind, wird die Änderung der Strömungsraten bzw. -geschwindigkeiten der Zuflußluft, der rückgeführten flüssigen Luft, des rückgeführten flüssigen Stickstoffs, des Expansionsturbinengases und der Produkte eingeleitet sowie durchgeführt, bis die beabsichtigten Änderungswerte erreicht sind. Wenn die Mengen der Produkte vergrößert werden, wird zunächst die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Zuflußluft (im Sinne einer Vergrößerung) eingeleitet, und dann wird die Änderung der Strömungsgeschwindigkeiten der Produkte eingeleitet. Wenn andererseits die Produktmengen vermindert werden, wird zunächst die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Produkte eingeleitet, und zwar vor einer Einleitung der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Zuflußluft. Auf diese Weise kann zum Beginn der Änderung der Strömungsraten das Verhältnis der Strömungsrate der Zuflußluft zur Strömungsrate des Produkts begünstigt werden.
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(3) Unmittelbar nach Beendigung der Betriebsänderung ist der thermische Ausgleich oder der Materialausgleich in der Lufttrennanlage noch instabil. Dementsprechend wird eine eine Betriebsänderung unterbindende Zeitspanne vorgegeben, die abgewartet werden muß, bis der Betriebsvorgang stabil wird. Die nachfolgende Betriebsänderung wird unterdrückt, so^lange diese Zeitspanne seit Beendigung der vorhergehenden Betriebsänderung noch nicht abgelaufen ist.
(4) Wenn die Betriebsänderung eingeleitet wird, erfolgt eine Steuerung bzw. Regelung in der Weise, daß das Verhältnis der Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit der Zuflußluft zur Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit des ProduktsauerStoffs zuerst erhöht und schließlich reduziert wird. Diese Beeinflussung erfolgt in der folgenden Weise. Nur wenn sich alle Indikatoren und Regelschleifen des Lufttrennvorgangs in dem normalen Zustand befinden, wird das System betätigt, so daß das genannte Verhältnis der Strömungsraten bzw. -geschwindigkeiten reduziert wird. Wenn sich irgendeiner der Indikatoren und Regelkreise in dem anormalen Zustand befindet, erfolgt eine Unterbrechung des Betriebes, bis wieder der normale Zustand in jedem der Indikatoren sowie Regelkreise hergestellt und der Betriebsablauf stabil geworden ist, und der Betriebsvorgang wird erneut gestartet, nachdem der Normalzustand wiederhergestellt ist.
(5) Die Beendigung der Betriebsänderung wird durch die Beendigung der Steuerung bzw. Regelung der Verminderung des Verhältnisses zwischen der Strömungsrate der Zuflußluft und der Strömungsrate des Produktsauerstoffs auf den vorbestimmten Wert festgestellt und erfaßt.
(6) In Abhängigkeit von der beabsichtigten Betriebsänderung wird für diese eine zulässige Zeit eingestellt. Wenn die Änderung der Strömungsraten bzw. -geschwindigkeiten nicht innerhalb der zulässigen Zeit beendet wird, erfolgt eine zeitweilige Unterbrechung der Änderung der Strömungsraten in den Betriebszuständen an diesem Punkt. Gleichzeitig wird dieses der Bedienungsperson
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durch die Alarm- bzw. Warnmittel angezeigt, und zwar zum Überprüfen des Auftretens eines Betriebsfehlers und zum Feststellen eines hierfür gültigen Grundes.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum automatischen Durchführen von Betriebsänderungen in einer Lufttrennanlage zeichnet sich durch die vorstehenden Merkmale bzw. Eigenschaften (1) bis (6) aus.
Unter Bezugnahme auf zeichnerisch dargestellte Ausführungsformen werden nunmehr Betriebsvorgänge zum Vergrößern und Vermindern der Mengen des Produktsauerstoffs und Produktstickstoffs bei der erfindungsgemäßen Methode zum automatischen Ändern der Abläufe in einer Lufttrennanlage detailliert beschrieben.
Figur 2 zeigt das Betriebsschema für den Betrieb einer Vergrößerung der Menge des Produkts. Wenn der beabsichtigte Betriebsänderungswert gegeben ist, werden aus den Ergebnissen der vorherigen Betriebsvorgänge eine notwendige Menge der Zuflußluft, eine notwendige Strömungsrate der rückgeführten flüssigen Luft in dem unteren Turm der Rektifizierungssäule (Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit bei 15 in Figur 1), eine erforderliche Strömungsrate von rückgeführtem flüssigem Stickstoff (Strömungsrate bei 25 in Figur 1), eine notwendige Strömungsrate des Expansionsturbinengases (Strömungsrate bei 13 in Figur 1) und notwendige Strömungsraten bzw. -geschwindigkeiten des Produktsauerstoffs und -Stickstoffs (Strömungsraten bei 16 und 17 in Figur 1) bestimmt.
Das nengenvergrößernde Betriebsschema setzt sich aus diesen erforderlichen Strömungsraten bzw. -geschwindigkeiten, Totzeiten (D) und Zeitkonstanten (T) zusammen. Durch Bestimmen der Totzeit (D) und der Zeitkonstante (T) in bezug eines jeden der Änderungsvorgänge dieser Strömungsgeschwindigkeiten wird es möglich, die Betriebsänderung im Sinne einer Verbesserung der Reinheit des Produktsauerstoffs und -Stickstoffs einzuleiten. Mit anderen Worten werden die Totzeiten (D) entsprechend der Einleitungsfolge der Betriebsvorgänge allmählich vergrößert.
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Figur 3 ist eine Darstellung des Betriebsschemas für den Vorgang einer Verminderung der Menge des Produkts. In diesem Fall werden die Totzeiten (D) in einer zu Figur 2 unterschiedlichen Weise ein· gestellt. Die Totzeit (D) für die Betriebsänderung der Strömungsgeschwindigkeiten des Produktsauerstoffs und Produktstickstoffs ist nämlich am kleinsten, da dieser Vorgang zuerst durchgeführt wird. Die Totzeit (D) für die Betriebsänderung der Strömungsgeschwindigkeit der Zuflußluft ist am längsten bzw. größten, da dieser Vorgang abschließend durchgeführt wird. Diese Maßnahmen werden so durchgeführt, daß in der oben beschriebenen Weise das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit der Zuflußluft zur Strömungsgeschwindigkeit des Produktsauerstoffs zu Beginn des Vorgangs zuerst erhöht wird, um das Verfahren gegenüber Störungen stabil zu halten.
Die Folge oder Reihenfolge einer Änderung der Strömungsraten bzw. -geschwindigkeiten von rückgeführter flüssiger Luft, rückgeführtem flüssigem Stickstoff und Expansionsturbinengas ist nicht auf Figur 2 oder 3 beschränkt, und es müssen nicht immer Totzeiten (D) zum Ändern dieser Strömungsraten bzw. -geschwindigkeiten eingestellt werden. Es ist möglich, die Betriebsänderungen dieser Strömungsraten gleichzeitig einzuleiten.
Figur 4 beinhaltet ein Flußdiagramm eines die Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit der Zuflußluft steuernden oder regelnden Rechners im Zusammenhang mit dem Verfahren zum automatischen Durchführen von Betriebsänderungen in einer Lufttrennanlage unter Verwendung eines Steuerungsrechners.
Die Hinweiszahl 18 bezeichnet einen Durchflußleistung-Rechner zum Berechnen einer notwendigen Durchflußleistung bzw. Strömungsrate oder -geschwindigkeit der Zuflußluft auf der Basis von vorgegebenen bzw. beabsichtigten Werten bezüglich des ProduktsauerStoffs und Produktstickstoffs. Die Hinweiszahl 19 bezeichnet einen den Kengenvergrößerungsverlauf steuernden Rechner, wobei ein mengenvergrößerndes Betriebsschema durch Totzeiten (D) und Zeitkonstanten (T) ausgedrückt wird. Die Bezugszahl 2o bezeichnet einen den
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Mengenverminderungsverlauf steuernden Rechner, wobei das mengenvermindernde Betriebsschema durch Totzeiten (D) und Zeitkonstanten (T) ausgedrückt wird. Die Hinweiszahl 21 bezeichnet einen Wechselschalter, bei dem ein Schalter 1 bei einem Mengenvergrößerungsbetrieb, ein Schalter 2 bei einem Mengenverminderungsbetrieb und ein Schalter 3 bei dem normalen stationären Betrieb eingeschaltet werden.
Die Hinweiszahl 22 bezeichnet eine Betriebsänderung-Uberwachungsvorrichtung zum Vergleichen der von dem Rechner 18 durch Berechnen vorgegebenen notwendigen Strömungsgeschwindigkeit der Zuflußluft mit der tatsächlichen Strömungsgeschwindigkeit der Zuflußluft und zum Entscheiden, ob die Betriebsänderung beendet ist oder nicht. Die Hinweiszahl 23 bezeichnet eine Zuflußluft-Strömungsgeschwindigkeit-Steuerungsvorrichtung zum Betätigen und Steuern eines Strömungsgeschwindigkeit-Steuerungsventils 24, und zwar auf der Grundlage von Einstellwerten, die über den Wechselschalter 21 entsprechend den mengenvergrößernden oder mengenvermindernden Betriebsschemen von dem steuernden Rechner 19 oder dem steuernden Rechner 2o herrühren.
Wenn in der Lufttrennanlage eine Betriebsänderung erfolgt, stellt eine Bedienungsperson beabsichtigte Ausgangswerte an dem Strömungsmesser- bzw. Strömungsgeschwindigkeit-Rechner 18 ein. Da die vorher beabsichtigten Werte in diesem Rechner 18 gespeichert sind, werden die vorherigen und die neuerdings beabsichtigten Werte miteinander verglichen, um zu entscheiden, ob eine Vergrößerung oder eine Verminderung der Ausgangsgröße erwünscht ist, und der Wechselschalter 21 wird in die entsprechende Position gestellt. Gleichzeitig wird die notwendige Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung der zuströmenden Luft von dem beabsichtigten Ausgangswert auf der Grundlage der bisherigen Ergebnisse berechnet und dem den Mengenvergrößerungsverlauf steuernden Rechner 19 sowie dem den Mengenverminderungsverlauf steuernden Rechner 2o über die Betriebsänderung-Uberwachungsvorrichtung 22 angezeigt.
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Im Fall einer Steigerung der Ausgangsgröße wird die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Strömungsbetrag der Speise- oder Zuflußluft von dem Betriebsschema auf der Basis der Totzeit (D) sowie der Zeitkonstante (T) berechnet, und der Einstellwert wird über den Schalter 1 des Wechselschalters 21 der Zuflußluft-Strömungsgeschwindigkeit-Steuerungsvorrichtung 23 angezeigt. Auf der Grundlage dieses Einstellwertes betätigt und steuert die Steuerungsvorrichtung 23 das Steuerungsventil 24, um die Strömungsgeschwindigkeit der Zufluß- bzw. Frischluft zu vergrößern. Im Falle einer Verminderung der Ausgangsgröße wird die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung der Zuflußluft von dem Betriebsschema durch den den Mengenverminderungsverlauf steuernden Rechner 2o berechnet, und der Einstellwert wird über den Schalter 2 des Wechselschalters 21 der Zuflußluft-Strömungsgeschwindigkeit-Steuerungsvorrichtung 23 angezeigt. Auf der Grundlage dieses Einstellwertes betätigt und steuert die Steuerungsvorrichtung 23 das Steuerungsventil 24, um die Strömungsgeschwindigkeit der Zufluß- bzw. Frischluft zu vermindern. Die Betriebsänderung-Überwachungsvorrichtung 22 vergleicht ständig die von dem Durchflußleistung-Rechner 18 vorgegebene Strömungsgeschwindigkeit bzw.Durchflußleistung der Zuflußluft mit dem von der Zuflußluft-Strömungsgeschwindigkeit-Steuerungsvorrichtung 23 zurückgeführten Einstellwert, um das Erreichen der erforderlichen Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung der Zuflußluft durch den Einstellwert festzustellen und zu erfassen.
Es wurden der Aufbau und die Funktionsweise zum Vergrößern oder Vermindern der Strömungsgeschwindigkeit der Speiseluft beschrieben. Derselbe Aufbau und die Funktionsweise gemäß Figur 4 werden zum Vergrößern oder Vermindern irgendwelcher Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen von rückgeführter flüssiger Luft, rückgeführtem flüssigem Stickstoff, Expansionsturbinengas, Produkt sauerstoff und Produktstickstoff gemäß den Betriebsabläufen aus den Figuren 2 und 3 angewendet. Dementsprechend entfällt eine Erörterung bzw. Beschreibung von Beispielen bezüglich der Betriebsänderungen dieser Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen.
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Wenn die Mengen von Produktsauerstoff und Produktstickstoff gemäß Figur 2 in der Lufttrennanlage vergrößert werden, werden die Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen der Zuflußluft, der rückgeführten flüssigen Luft, des rückgeführten flüssigen Stickstoffs, des Expansionsturbinengases, des Produktsauerstoffs und des Produktstickstoffs zum vollständigen Durchführen der Betriebsänderung sukzessive vergrößert. Wenn die Mengen an Produktsauerstoff und Produktstickstoff gemäß Figur 3 vermindert werden, werden die Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen des Produktsauerstoffs, des Produktstickstoffs, der rückgeführten flüssigen Luft, des rückgeführten flüssigen Stickstoffs, des Expansionsturbinengases und der Zuflußluft zum vollständigen Durchführen der Betriebsänderung sukzessive vermindert. Dieser mengenvergrößernde und mengenvermindernde Betrieb wird nur durchgeführt, wenn sich alle Indikatoren, wie Meßglieder zum Messen der Reinheiten des Produktsauerstoffs sowie -Stickstoffs und ein an dem oberen Turm der Rektifizierungssäule angebrachter Druckmesser, und Regelkreise zum Regeln der Pegel der flüssigen Luft und des flüssigen Sauerstoffs in der Lufttrennanlage in dem normalen Zustand befinden. Wenn eine Störung bei irgendeinem dieser Indikatoren und Regelkreise auftritt, wird die Berechnung der Betriebsverläufe in dem den Mengenvergrößerungsverlauf steuernden Rechner 19 und dem den Mengenverminderungsverlauf steuernden Rechner 2o zeitweilig unterbrochen, und die Berechnung der Betriebsabläufe wird erneut durchgeführt, wenn wieder der normale Zustand hergestellt ist. Ein Kontrollmechanismus zum Durchführen dieses Vorgangs ist nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen.
Die Betriebsänderung-Überwachungsvorrichtung 22 enthält ein Zeitglied und Alarm- bzw. Warnmittel zum Erfassen der zulässigen Zeit für die Betriebsänderung und der Betriebsänderungsunterdrückungszeit. Bei der Betriebsänderung wird eine Vergrößerung oder Verminderung der Menge vorgenommen, während die Reinheit bzw. Reinheitsgrade oder andere Faktoren des Produktsauerstoffs und -Stickstoffs geprüft werden. Wenn die Betriebsänderung beendet ist und die angestrebten Werte innerhalb der vorbestimmten zulässigen
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Zeit erreicht sind, wird durch das Zeitglied unmittelbar ein Zähl Vorgang eingeleitet, und wenn die Betriebsänderungsunterdrückungs zeit verstrichen ist, wird dieses der Bedienungsperson durch die Alarm- bzw. Meldemittel angezeigt. Somit weiß die Bedienungsperson, daß eine nachfolgende Betriebsänderung möglich ist.
Wenn die beabsichtigten geänderten Werte auch nicht nach Verstrei chen der für die Betriebsänderung zulässigen Zeit erreicht sind, wird von den Alarmmitteln das Auftreten einer Störung der Betriebsänderung angezeigt, und in diesem Zustand werden die Betriebsänderung unterbrochen und der Zählvorgang der Betriebsänderungsunterdrückungszeit durch das Zeitglied eingeleitet.
In diesem Fall führt das Auftreten einer Störung in der Betriebsänderung nur dazu, daß die Ausgangsgröße nicht den beabsichtigten Änderungswert erreicht. Die Störung führt jedoch nicht zum Erzeugen eines in seiner Qualität schlechten Produkts während der Betriebsänderung. Auch wenn der Lufttrennvorgang durch zeitbedingte Anlagenveränderungen oder durch Saisoneinflüsse beeinflußt wird, werden dieser Einfluß als eine Störung in der Betriebsänderung erfaßt und das Bilden eines in seiner Qualität schlechten Produkts vermieden. Dementsprechend kann die Bedienungsperson die automatische Änderung von Betriebsabläufen sicher durchführen.
Nachfolgend werden mit der vorliegenden Erfindung erzielte Vorteile erläutert:
(1) Die Lufttrennanlage kann bei aufeinanderfolgenden Änderungen bezüglich des Verbrauchs an Produktsauerstoff und Produktstickstoff stabil und wirtschaftlich betrieben werden.
(2) Eine Abgabe von in seiner Qualität schlechtem Produktsauerstoff und Produktstickstoff wird vermieden.
(3) Da das Auftreten einer Störung in der Betriebsänderung und die Beendigung derselben automatisch festgestellt und erfaßt werden können, kann die Bedienungsperson eine automatische Änderung von Betriebsabläufen in der Lufttrennanlage sicher durchführen.
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Leerseite

Claims (9)

G 51 174 -su Firma KOBE STEEL, LTD., 3-18, 1-Chome, Wakinohama-Cho, Fukiai-Ku, KOBE (Japan) Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Ändern des Betriebes in einer Lufttrennanlage Patentansprüche
1. Verfahren zum automatischen Ändern des Betriebes in einer Lufttrennanlage zum Vergrößern oder Vermindern der Menge eines Produkts, dadurch gekennzeichnet, daß beabsichtigte Änderungswerte der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung von in die Lufttrennanlage einzuführender Zuflußluft berechnet werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung von flüssiger Luft berechnet wird, die von einem unteren Turm zu einem oberen Turm einer Rektifizierungssäule rückgeführt wird, daß die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung von rückgeführtem flüssigem Stickstoff und die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung eines in einer Expansionsturbine strömenden Expansionsturbinengases berechnet werden, und zwar von dem Wert der vergrößerten oder verminderten Menge des Produkts, daß das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung von Zuflußluft zu der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung des Produkts zum Zeitpunkt eines Einleitens der Änderung der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen vergrößert wird, daß die Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen der Zuflußluft, der rückgeführten flüssigen Luft, des rückgeführten flüssigen Stickstoffs, des Expansionsturbinengases und des Produkts automatisch bis zu den beabsichtigten Werten verändert werden, während das Verhältnis allmählich reduziert wird, und daß die Zeitperiode von dem Punkt, an dem die beabsichtigten Werte erreicht sind, bis zu dem Punkt, an dem der instabile Betriebszustand in der Lufttrennanlage beendet ist, als die Betriebsänderung-Unterdrückungsperiode festgelegt
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wird, während derer eine nachfolgende Änderung von Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen unterdrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Vergrößerung der Produktmenge die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung der Zuflußluft vor der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung des Produkts eingeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Verminderung der Produktmenge die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung des Produkts vor der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung der Zuflußluft eingeleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten einer Störung in Meßmitteln oder Kontroll- bzw. Regelkreisen der Lufttrennanlage die Änderung der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen der Zuflußluft, der rückgeführten flüssigen Luft, des rückgeführten flüssigen Stickstoffs, des Expansionsturbinengases und des Produkts zeitweilig unterbrochen wird, bis der normale Zustand wiederhergestellt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zulässige Zeit für die Änderung der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen vorbestimmt wird und daß dann, wenn die Änderung der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen nicht innerhalb der zulässigen Zeit beendet ist, die Änderung der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen in dem Betriebszustand an diesem Punkt unterbrochen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt Sauerstoff ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt Stickstoff ist. - 3 -
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8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7, gekennzeichnet durch einen Durchflußleistung-Rechner (18) zum Berechnen der beabsichtigten Änderungswerte der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung der in die Lufttrennanlage einzuführenden Zuflußluft,
der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung der von
einem unteren Turm (5) zu einem oberen Turm (9) einer Rektifizierungssäule (4) rückgeführten flüssigen Luft, der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung von rückgeführtem flüssigem Stickstoff und der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußleistung eines in einer Expansionsturbine (18) strömenden Expansionsturbinengases von dem Wert der vergrößerten oder verminderten Menge des Produkts, durch einen den Betriebsablauf
steuernden Rechner (19, 2o) zum Bestimmen eines Änderungsschemas zum Ändern der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen der Zuflußluft, der rückgeführten flüssigen Luft,
des rückgeführten flüssigen Stickstoffs, des Expansionsturbinengases und des Produkts bis zu den beabsichtigten Änderungswerten, durch eine Strömungsgeschwindigkeit-Steuerungsvorrichtung (23) zum Betätigen und Steuern von Steuerungsventilen
(24) zum Einstellen der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußleistungen der Zuflußluft, der rückgeführten flüssigen
Luft, des rückgeführten flüssigen Stickstoffs, des Expansionsturbinengases und des Produkts auf der Grundlage von diesbezüglichen Einstellwerten, die von dem das Eetriebsschema steuernden Rechner (19, 2o) abgegeben werden, und durch eine Betriebsänderung-Überwachungsvorrichtung (22) zum Vergleichen der beabsichtigten Änderungswerte von dem Durchflußleistung-Rechner
(18) mit den Einstellwerten der Strömungsgeschwindigkeiten
bzw. Durchflußleistungen von dem das Betriebsschema steuernden Rechner (19, 2o) sowie zum Feststellen der Beendigung der Betriebsänderung .
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
das Betriebsschema steuernde Rechner (19, 2o) einen Kontrollmechanismus enthält, um zeitweilig die Berechnung des Änderungsschemas beim Empfang eines Signals zu unterbrechen, das
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für das Auftreten einer Störung in Meßeinrichtungen oder Kontroll- bzw. Regelkreisen in der Lufttrennanlage bezeichnend ist.
1o. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsänderung-Überwachungsvorrichtung (22) ein Zeitmittel zum. Messen einer zulässigen Zeit für die Betriebsänderung sowie einer Betriebsänderungsunterdrückungszeit und Alarmmittel zum Anzeigen des Verstreichens dieser Zeiten enthält.
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DE2744625A 1976-10-04 1977-10-04 Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Steuern einer Lufttrennanlage Ceased DE2744625B2 (de)

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US4251248A (en) 1981-02-17
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