RU1809268C - Способ автоматического регулировани процесса разделени воздуха в криогенном комплексе и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Сущность изобретени : установка содержит каскадную схему управлени , с помощью которой осуществл ют автоматическое регулирование процесса путем управл ющего воздействи  на расходы потоков азотной флегмы одновременно в верхнюю и нижнюю ректификационные колонны в соответствии с основным и корректирующим сигналами. При этом используют информацию о концентрации кислорода в чистом газообразном азоте на выходах из верхней части нижней и верхней колонн, а также регулируют расход потока жидкого азота потребителю по сигналу от датчика уровн  жидкого азота в сборнике . 2 с. п. ф-лы, 1 ил. ел

Description

Изобретение относитс  к холодильной технике и может быть использовано в системах управлени  процессами разделени  в криогенных комплексах.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности регулировани  и экономичности .

На чертеже представлена схема предложенного устройства.

Устройство содержит нижнюю ректификационную колонну (НРК) 1, верхнюю ректификационную колонну (В Р К) 2, соединенные между собой через конденсатор-испаритель 3 сборник 4 жидкого азота, переохладитель

5, блок 6 теплообменников, турбодетандеры 7, 8, 9, исполнительные органы 10, 11, 12, 13, 14, 15, регул торы 16, 17, 18, основные регул торы 19, 21, корректирующие регул торы 20, 22, датчики 23, 24 и 25 уровн  криогенной жидкости, датчики 26, 27, 28, 29 концентрации кислорода.

Исполнительный орган (вентиль) 10 установлен в криогенной магистрали дроссельного потока воздуха, соединенной с НРК 1. С Через переохладитель 5 проход т криогенные трубопроводы, которые соедин ют: куб азотной флегмы НРК 1 через исполнительный орган 11 (регулирующий

00

о ю

ю

Os CD

клапан) с первым вводом в ВРК 2, сборник 4 жидкого азота через исполнительный орган 12 со вторым вводом потока орошени  в ВРК 2, сборник 4 жидкого азота через исполнительный орган 13.с устройством выдачи жидкого азота в криогенное хранилище . При этом к исполнительному оргйну 11 подключен через регул тор 16 датчик 23 уровн  азотной флегмы, установленный в кубе HP К 1, а к исполнительному органу 13 подключен через регул тор 18 датчик уровн  жидкого азота, установленный в сборнике 4 жидкого азота. В криогенной магистрали жидкого кислорода на выходе из конденсатора-испарител  установлен исполнительный орган 15, к которому через регул тор 17 подключен датчик 24 уровн  жидкого кислорода, установленный в конденсаторе-испарителе . К исполнительному органу 12 подключен через основной регул тор 21 датчик 28 концентрации кислорода , установленный на промежуточной тарелке ВРК 2, к основному регул тору 21 через корректирующий регул тор 20 подключен датчик 29 концентрации кислорода, установленный на выходе из верхней части ВРК 2. Сборник 4 азота соединен криогенным трубопроводом потока азотной флегмы с вводом в НРК 1 через исполнительный орган 14, к которому подключен основной регул тор 19с датчиком концентрации кислорода 26 на промежуточной тарелке ГРК 1, а к основному регул тору 19 через корректирующий регул тор 22 подключен датчик концентрации кислорода 27, установленный на выходе из верхней части НРК 1.

Процесс разделени  воздуха и его регулирование осуществл ютс  следующим образом . В НРК 1 подают охлажденные в блоке 6 поток воздуха, предварительно расширенный в агрегате 7, и дроссельный поток воздуха Вдр. через вентиль 10. В результате предварительного разделени  в НРК 1 образуетс  кубова  жидкость (азотна  флегма), в нижней части колонны и чистый азот в верхней части. Азотна  флегма из нижней части отводитс , охлаждаетс  в переохладителе 5 и подаетс  в среднюю части ВРК 2.

При этом расход азотной флегмы регулируют , мен   положение исполнительного органа 11 в соответствии с командным сигналом регул тора 16, на который поступает информаци  в виде электрического сигнала от датчика 23 уровн  азотной флегмы. Чистый газообразный азот конденсируетс  в конденсаторе-испарителе 3 и сливаетс  в сборник 4 жидкого азота, в который поступает также жидкий азот из циркул ционного холодильного цикла. Из сборника 4

выход т три потока, первый - азотной флегмы , котора  подаетс  в НРК 1, второй поток подаетс  в ВРК 2, и третий поток жидкого азота - выдают потребителю в систему криогенного хранилища. Указанные потоки охлаждаютс  в переохладителе 5. Из нижней части ВРК 2 через конденсатор-испаритель 3 отводитс  продукционный жидкий кислород на дальнейшее переохлаждение. Рас0 ход жидкого кислорода регулируют исполнительным органом 15 по командному сигналу регул тора 17 в соответствии с сигналом от датчика уровн  жидкого кислорода . Из верхней части ВРК 2 отвод т поток

5 чистого газообразного азота, который вместе с потоком азота, расширенным турбоде- тандерами 8 и 9, поступает в переохладитель 5, затем в блок 6 теплообменников .

0 в установившемс  режиме работы установки на ее выходах получают продукты раз- делени  воздуха и с определенной величиной концентрации: жидкий и газообразный азот, жидкий кислород и др. Под

5 действием внешних возмущений режим работы установки нарушаетс , что приводит к значительным отклонени м концентрации выходных криогенных продуктов. Дл  восстановлени  требуемых величин концентра0 ции в предложенном способе стабилизируют технологические параметры: концентрацию кислорода и азота, уровень жидкого азота в сборнике 4. Дл  поддержани  заданного значени  концент5 рации кислорода основным регул тором 21 измен ют положение исполнительного органа 12 в соответствии с величиной рассогласовани  текущего и заданного значений концентрации кислорода на промежуточной

0 контрольной тарелке, и измен ют расход потока азотной флегмы в ВРК 2, восстанавлива  заданное значение.

Дополнительно измер ют текущее значение -концентрации в верхней части верх5 ней колонны (в газообразном азоте) и при отклонении текущего значени  от заданного , в соответствии с сигналом рассогласовани , корректирующим регул тором 20 измен ют задание основному регул тору

0 21, после чего концентраци  кислорода в газообразном азоте принимает требуемое значение.

Одновременно, в НРК 1, регулируют расход потока азотной флегмы, воздейству 

5 регул тором 19 на исполнительный орган 14, в соответствии с сигналом рассогласовани  между текущим и заданным значени ми концентрации кислорода на промежуточной контрольной тарелке. Дополнительно измер ют текущее значение концентрации кислорода на выходе из верхней части НРК 1, после чего корректируют это значение с заданным , измен   корректирующим регул тором 2 задание основному регул тору 19, так чтобы концентраци  кислорода восстановила требуемое значение.

При воздействии на исполнительные органы 12,14 измен етс  уровень в сборнике 4 жидкого азота, который вли ет на расход азотной флегмы в НРК 1 и ВРК 2. Поэтому уровень жидкого азота поддерживают в сборнике 4 посто нным, дл  чего измер ют текущее значение уровн , сравнивают с заданием и при рассогласовании этих значений регул тором 18 воздействуют на исполнительный орган 13, регулиру  поток жидкого азота потребителю. Таким образом поддержива  посто нное значение уровн  в сборнике 4, компенсируют взаимосв зь между управл ющими воздействи ми , а именно потоками жидкого азота вНРК1иВРК2.

Согласно за вл емому устройству, реализующему описанный выше способ, ввод отдельных криогенных трубопроводов, соедин ющих сборник 4 с вводом потока орошени  в ВРК 2 и потребителем жидкого азота, исполнительных элементов в них и в криогенном трубопроводе, соедин ющем сборник4сНРК1, позвол ет одновременно регулировать процессы ректификации в обеих колоннах, вследствие чего сокращаетс  инерционность выхода установки на заданные параметры.

Введенна  при этом каскадна  схема автоматического регулировани , использу  регул торы 18, 19, 20, 21, 22 и датчики 25, 26,27,28 и 29, управл ет параметрами: уровень в сборнике 4 жидкого азота, концентраци  кислорода на промежуточных тарелках НРК 1 и ВРК 2, концентраци  кислорода в чистом азоте. Так. информаци  о составе продукта поступает от датчика 28 концентрации кислорода на промежуточной тарелке верхней ректификационной колонны 2 на вход основного регул тора 21. в нем формируетс  командный сигнал, поступающий на вход исполнительного органа 12, который мен ет свое положение в соответствии с командным сигналом и регулирует расход потока орошени  жидкого азота в ВРК2. При этом текущее значение выравниваетс  с заданным. Одновременно, придействии внешних дестабилизирующих факторов, срабатывает цепь коррекции, при этом задание, которому соответствует определенный электрический сигнал основного регул тора 21, измен етс  электрическим сигналом, поступающим на вход основного регул тора 21 через корректирующий регул тор 20 в соответствии с информацией, поступившей отдатчика 29 концентрации кислорода на выходе из верхней части ВРК 2. На НРК 1 аналогично работает схема, в

которой на основной регул тор 19 поступают электрические сигналы: отдатчика 26, а через корректирующий регул тор 22 - от датчика 27.

Основной регул тор 19 формирует ко0 мандный сигнал на исполнительный орган 14.

Воздействие на исполнительные органы 12, 14 приводит к изменению уровн  Б сборнике 4 жидкого азота. Дл  стабилиза5 ции параметра уровень жидкого азота в сборнике 4, информаци  от датчика 25 уровн  жидкости в виде электрического сигнала поступает на вход регул тора 18, в нем формируетс  командный сигнал на исполни0 тельный орган 13, который, мен   свое положение, регулирует расход потока жидкого азота потребителю.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и  

1. Способ автоматического регулирова5 ни  процесса разделени  воздуха в криогенном комплексе путем измерени  концентраций компонентов получаемых криогенных продуктов и технологических потоков на промежуточных тарелках ниж0 ней и верхней ректификационных колонн расходов потоков орошени  в последних и расхода жидкого азота из сборника жидкого азота, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности регулировани  и эко5 номичности, дополнительно измер ют текущее значение концентрации кислорода на выходе из верхних частей нижней и верхней ректификационных колонн и уровень в сборнике жидкого азота, при этом расход

0 потока орошени  в нижней колонне измер ют по сигналу рассогласовани  заданного и текущего значений концентраций кислорода на промежуточной тарелке нижней колонны , и заданное значение корректируют по сигналу рассогласовани  заданного и те5 кущего значений концентраций кислорода на выходе из верхней части нижней колонны , расход потока орошени  в верхней колонне измен ют . по сигналу рассогласовани  заданного и текущего зна0 чений концентрации кислорода на промежуточной тарелке верхней колонны, и заданное значение корректируют по величине рассогласовани  заданного и текущего значений концентраций кислорода на выхо5 де из верхней части верхней колонны, а расход потока жидкого азота регулируют по сигналу рассогласовани  заданного и текущего значений уровн  в сборнике жидкого азота.

2. Устройство дл  автоматического регулировани  процесса разделени  воздуха в криогенном комплексе, содержащее верхнюю с вводом потока орошени  и нижнюю ректификационные колонны с промежуточ- ными тарелками, переохладитель, сборник жидкого азота, соединейный с нижней ректификационной колонной, потребитель жидкого азота, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности регулирова- ни, ;и экономичности, устройство дополни- тфьно содержит три исполнительных органа, два основных регул тора, три корректирующих регул тора, датчик уровн  жидкости, установленный в сборнике жид- кого азота и подключенный посредством третьего корректирующего регул тора к второму исполнительному органу, и четыре датчика концентрации кислорода, первый из которых установлен на промежуточной

тарелке верхней колонны и сообщен посредством первого основного регул тора с первым исполнительным органом, второй установлен на выходе из верхней части верхней колонны и сообщен посредством первого корректирующего регул тора с первым основным регул тором, третий установлен на промежуточной тарелке нижней колонны и сообщен посредством второго основного регул тора с вторым исполнительным органом, а четвертый установлен на выходе из верхней части нижней колонны и сообщен посредством второго корректирующего регул тора с вторым основным регул то ром, при этом сборник жидкого азота сообщен посредством переохладител  и второго исполнительного органа с потребителем жидкого азота, а посредством третьего исполнительного органа - с нижней ректификационной колонной.