RU183149U1

RU183149U1 - DEVICE FOR PRECISE TEMPERATURE REGULATION IN TECHNICAL GAS HEATERS

Info

Publication number: RU183149U1
Application number: RU2017129608U
Authority: RU
Inventors: Михаил Викторович Рубцов; Ольга Владимировна Фалина; Елена Евгеньевна Фалина; Евгений Сергеевич Анисимов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "КРИОТЕРМ"
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2018-09-12

Abstract

Устройство для точного регулирования температуры в подогревателях технических газов, содержащее регулятор напряжения 13, задатчик температуры 14 и регулирующее устройство 15, подключенное первым входом к выходу задатчика температуры, вторым входом - к выходу датчика температуры подогреваемого газа 12, а выходом - к управляющему входу регулятора напряжения, подключенного силовым входом к источнику питания 16. Устройство позволяет осуществить непрерывное регулирование мощности нагревателей, что обеспечивает повышение точности поддержания температуры подогреваемого газа при закачивании в баллоны. 3 ил.A device for accurately controlling the temperature in industrial gas heaters, comprising a voltage regulator 13, a temperature regulator 14 and a regulating device 15 connected to the output of the temperature sensor of the heated gas 12 by the first input to the output of the temperature regulator, and the output to the control input of the voltage regulator connected by the power input to the power source 16. The device allows for continuous control of the power of the heaters, which improves the accuracy of maintenance temperature of the heated gas when pumping into cylinders. 3 ill.

Description

Устройство относится к области криогенной техники и предназначено для регулирования температуры в подогревателях технических газов перед их закачиванием в баллоны.The device relates to the field of cryogenic engineering and is intended to control the temperature in the technical gas heaters before pumping them into cylinders.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является подогреватель технических газов, использующий релейный закон регулирования мощности нагревателей, размещенных в сосуде с теплоносителем, через который по змеевику проходит подогреваемый газ (подогреватель FS-MS-S производства компании APT, Чехия http://www.apt.cz/procesni-technologie/fs-filling-station).The closest analogue (prototype) is a technical gas heater, using the relay law of regulating the power of heaters placed in a vessel with a coolant through which a heated gas passes through a coil (FS-MS-S heater manufactured by APT, Czech Republic http: //www.apt .cz / procesni-technologie / fs-filling-station).

Недостатком данного устройства является то, что регулирование температуры в подогревателе осуществляется по релейному закону (все нагреватели включены или выключены) и не учитывается температура газа, что приводит к существенному (в 2 и более раз) ее изменению в процессе заполнения баллонов, что приводит к нарушению рецептуры газовых смесей и перерасходу закачиваемого в баллоны газа. На фиг. 2 показан график изменения температуры подогреваемого газа (синяя кривая), наглядно иллюстрирующий низкое качество регулирования температуры при релейном законе, с использованием в качестве сигнала обратной связи температуры теплоносителя.The disadvantage of this device is that the temperature in the heater is controlled by the relay law (all heaters are on or off) and the gas temperature is not taken into account, which leads to a significant (2 or more times) change in the process of filling the cylinders, which leads to a violation formulations of gas mixtures and overspending of gas injected into cylinders. In FIG. Figure 2 shows a graph of the temperature of the heated gas (blue curve), clearly illustrating the poor quality of temperature control with relay law, using the temperature of the coolant as a feedback signal.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в обеспечении требуемого по технологии непрерывного поддержания температуры газа в течение всего процесса закачки его в баллоны.The technical problem solved by the proposed device is to provide the required technology for the continuous maintenance of the gas temperature during the entire process of pumping it into cylinders.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, содержащем бак с теплоносителем и электрическими нагревателями, регулятор мощности, осуществляющий релейный закон регулирования и датчик температуры теплоносителя, релейный регулятор и датчик температуры теплоносителя выводятся из системы регулирования температуры (мощности нагревателей) и переносятся в систему защиты (ограничения температуры теплоносителя), а взамен них устанавливается блок регулирования мощности нагревателей, позволяющий регулировать мощность непрерывно, по закону ПИД-регулирования, и датчик температуры подогреваемого газа на выходе из подогревателя.The problem is solved in that in a known device containing a tank with a coolant and electric heaters, a power regulator that carries out the relay control law and a coolant temperature sensor, a relay control and a coolant temperature sensor are removed from the temperature control system (heaters power) and transferred to the protection system (coolant temperature limits), and instead of them a heaters power control unit is installed, which allows to regulate the continuous power Obviously, according to the law of PID control, and the temperature sensor of the heated gas at the outlet of the heater.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана функциональная схема устройства.The device is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a functional diagram of the device.

Для непрерывного поддержания требуемой температуры закачиваемого газа в устройстве используются регулятор напряжения 13, задатчик температуры 14, регулирующее устройство 15 и датчик температуры 12. Первый вход регулирующего устройства 15 соединен с выходом задатчика температуры 14, второй вход устройства 13 соединен с выходом датчика температуры подогреваемого газа 12, а выходом - с управляющим входом регулятора напряжения 13, подключенного силовым входом к источнику питания 16 (фиг. 1).To continuously maintain the required temperature of the injected gas, the device uses a voltage regulator 13, a temperature setter 14, a regulating device 15 and a temperature sensor 12. The first input of the regulating device 15 is connected to the output of the temperature setter 14, the second input of the device 13 is connected to the output of the temperature of the heated gas 12 and the output - with the control input of the voltage regulator 13 connected to the power input to the power source 16 (Fig. 1).

Устройство работает следующим образом. Поступающий в подогреватель газ проходит по змеевику в баке с теплоносителем, и за счет теплопередачи его температура увеличивается до требуемой величины. Регулирование температуры теплоносителя осуществляется непрерывно по ПИД закону на основе сигнала обратной связи по температуре газа на выходе из подогревателя. До начала процесса наполнения баллонов температура теплоносителя поддерживается на уровне требуемой температуры газа (+30 … +50°С в зависимости от технологических требований). В начале процесса заполнения баллонов холодный газ попадает в змеевик и, взаимодействуя с теплоносителем, приобретает нужную температуру. Температура теплоносителя падает, что компенсируется увеличением мощности, подаваемой на нагреватели. Если требуемая температура газа на выходе из подогревателя не обеспечивается в течение установленного времени, устройство выдает сигнал на временное прекращение процесса закачки газа.The device operates as follows. The gas entering the heater passes through the coil in the tank with the coolant, and due to heat transfer its temperature rises to the required value. The temperature control of the coolant is carried out continuously according to the PID law based on the feedback signal on the gas temperature at the outlet of the heater. Prior to the process of filling the cylinders, the coolant temperature is maintained at the level of the required gas temperature (+30 ... + 50 ° С depending on the technological requirements). At the beginning of the process of filling cylinders, cold gas enters the coil and, interacting with the coolant, acquires the desired temperature. The temperature of the coolant drops, which is offset by an increase in the power supplied to the heaters. If the required gas temperature at the outlet of the heater is not provided for a set time, the device gives a signal to temporarily stop the gas injection process.

Поддержание требуемой температуры газа обеспечивается с помощью системы автоматического регулирования температуры, включающей в себя регулятор напряжения 13, регулирующее устройство 15, задатчик температуры 14 и датчик температуры 12. Регулятор напряжения 13 подключен силовым входом к источнику питания 16 (питающей сети переменного тока), а управляющим входом - к выходу регулирующего устройства 15. Регулирующее устройство 15 сравнивает сигнал Θ_з, поступающий от задатчика температуры 14, с сигналом Θ обратной связи, поступающим от датчика температуры газа 12, расположенного в трубе, на выходе из подогревателя. На выходе регулирующего устройства 15 вырабатывается сигнал, пропорциональный разности температур ΔΘ=Θ_з-Θ, который обеспечивает непрерывное регулирование мощности, поступающей в нагревательный элемент 11. Следовательно, изменение температуры Θ газа будет непрерывно приводить к изменению мощности, поступающей в нагревательный элемент и, следовательно, будет приводить к восстановлению заданного температурного режима.The required gas temperature is maintained using an automatic temperature control system, including a voltage regulator 13, a regulating device 15, a temperature regulator 14 and a temperature sensor 12. The voltage regulator 13 is connected by a power input to a power source 16 (AC mains), and a control input - to the output control device 15. The control device 15 compares the signal Θ _h coming from the temperature setter 14, with Θ feedback signal coming from the sensor rate perature gas 12 disposed in the pipe at the outlet of the preheater. The output of the control device 15 produces a signal proportional to the temperature difference ΔΘ = Θ _s -Θ, which provides continuous control of the power supplied to the heating element 11. Therefore, a change in the temperature Θ of the gas will continuously lead to a change in the power supplied to the heating element and, therefore , will lead to restoration of the set temperature condition.

Регулятор напряжения 13 выполняется на тиристорах и выпускается серийно. Регулирующее устройство 15 - серийно выпускаемый программируемый терморегулятор, в котором оператором задается на дисплее требуемая температура Θ_з. В качестве датчика температуры 12 используется стандартная термопара, например хромель-копелевая. Таким образом, реализация устройства не вызывает трудностей и выполняется на серийных покупных элементах. На фиг. 3 показаны графики изменения температуры подогреваемого газа с использованием описываемого выше устройства. Зеленая - температура подогреваемого газа, красная - температура теплоносителя, синяя - температура окружающего воздуха. Графики наглядно иллюстрируют высокое качество поддержания температуры газа в процессе заправки баллонов.The voltage regulator 13 is performed on thyristors and is commercially available. The control device 15 is a commercially available programmable temperature controller in which the operator sets the desired temperature on the display Θ _h . As the temperature sensor 12, a standard thermocouple is used, for example chromel-kopel. Thus, the implementation of the device does not cause difficulties and is performed on serial purchased items. In FIG. 3 shows graphs of the temperature change of the heated gas using the device described above. Green is the temperature of the heated gas, red is the temperature of the coolant, blue is the temperature of the surrounding air. The graphs clearly illustrate the high quality of maintaining the temperature of the gas during refueling.

Claims

Device for precise temperature control in industrial gas heaters, characterized in that the gas temperature is controlled continuously, based on a signal proportional to the temperature of the heated gas, as well as the fact that a voltage regulator, a temperature regulator and a regulating device connected to the output of the regulator are connected by the first input temperature, the second input to the output of the temperature sensor of the heated gas, and the output to the control input of the voltage regulator connected to the power input to the power supply.