RU2008583C1

RU2008583C1 - Method for automatic controlling rectification process in air- separating plants

Info

Publication number: RU2008583C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Плотников; В.А. Гарин; В.В. Лебедев; А.И. Кашенков; Л.С. Проворный; Б.И. Рожинский
Original assignee: Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения им.40-летия Октября
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1991-06-21
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: cryogenic technology. SUBSTANCE: amount of bled specific product is varied depending on the value of the pressure ratio in lower and upper rectification columns 1 and 2. The ratio value is corrected depending on the deviation from the specified value of the product concentration. EFFECT: improved quality. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области управления ректификационными колоннами и может быть использовано в криогенной технике, в частности в установках разделения воздуха для получения криогенных продуктов заданной концентрации. The invention relates to the field of distillation column control and can be used in cryogenic technology, in particular in air separation plants for obtaining cryogenic products of a given concentration.

Известен способ регулирования процесса ректификации путем изменения количества отбираемого кислорода в зависимости от его состава [1] . Недостаток этого способа заключается в том, что при наличии различных возмущений появляется отклонение концентрации продукционного кислорода от требуемого значения. Причиной такого отклонения является большое запаздывание при управлении процессом ректификации по каналу отбор кислорода - концентрация кислорода, что приводит к низкому качеству регулирования концентрации кислорода из-за большой динамической ошибки и большого времени регулирования. A known method of regulating the rectification process by changing the amount of oxygen taken, depending on its composition [1]. The disadvantage of this method is that in the presence of various disturbances, a deviation of the concentration of production oxygen from the desired value appears. The reason for this deviation is a large delay in controlling the rectification process through the oxygen extraction channel — oxygen concentration, which leads to poor quality of oxygen concentration control due to a large dynamic error and a long regulation time.

В качестве прототипа выбран способ регулирования работы установки разделения воздуха, при котором определяют величину парового потока по величине давления в верхней колонне и поддерживают соотношение количества отбираемого кислорода и количества парового потока в верхней ректификационной колонне, корректируя это соотношение по величине отклонения кислорода на контрольной тарелке [2] . As a prototype, a method for controlling the operation of an air separation unit was selected, in which the steam flow was determined by the pressure in the upper column and the ratio of the amount of oxygen taken and the amount of steam in the upper distillation column was maintained, adjusting this ratio by the amount of oxygen deviation on the control plate [2 ].

Недостатком этого технического решения является то, что выбранная в качестве регулируемого параметра величина соотношения количества отбираемого кислорода и количества парового потока не обеспечивает при нарушении процесса ректификации требуемого качества его регулирования, так как при изменении нагрузки на установку количество парового потока и значение давления паров в верхней ректификационной колонне неоднозначны из-за наличия в установке линий отбора чистого газообразного азота, технического отбросного азота. При нарушении процесса ректификации изменяется отбор этих продуктов для поддержания требуемого состава и из-за неадекватности изменения количества парового потока и давления паров в верхней колонне появляется динамическая ошибка при регулировании процесса ректификации, что снижает качество регулирования целевых продуктов. The disadvantage of this technical solution is that the ratio of the amount of oxygen taken and the amount of steam stream selected as an adjustable parameter does not provide the breach of the rectification process with the required quality of its regulation, since when the load on the installation changes, the amount of steam stream and the vapor pressure in the upper distillation the column is ambiguous due to the presence in the installation of lines for the selection of pure gaseous nitrogen, technical waste nitrogen. If the distillation process is violated, the selection of these products to maintain the required composition changes and due to the inadequacy of the change in the amount of steam flow and vapor pressure in the upper column, a dynamic error appears in the regulation of the rectification process, which reduces the quality of regulation of the target products.

Цель изобретения - повышение качества регулирования концентрации целевого продукта. The purpose of the invention is to improve the quality of regulation of the concentration of the target product.

Поставленная цель достигается тем, что при способе автоматического регулирования процесса ректификации в воздухоразделительной установке, заключающемся в измерении давления паров в верхней ректификационной колонне, концентрации продукта и в изменении количества отбираемого продукта из верхней ректификационной колонны, измеряют текущее значение давления паров в нижней ректификационной колонне; определяют величину соотношения давлений в нижней и верхней ректификационных колоннах, поддерживают заданную величину соотношения давлений, изменяя количество отбираемого целевого продукта из верхней колонны. При этом величину соотношения давлений корректируют в зависимости от величины рассогласования текущего и заданного значений концентрации целевого продукта. This goal is achieved by the fact that with the method of automatically controlling the distillation process in an air separation unit, which consists in measuring the vapor pressure in the upper distillation column, the product concentration and in changing the amount of product taken from the upper distillation column, measure the current value of the vapor pressure in the lower distillation column; determine the value of the ratio of pressures in the lower and upper distillation columns, maintain a given value of the pressure ratio by changing the amount of the selected target product from the upper column. In this case, the value of the pressure ratio is adjusted depending on the size of the mismatch between the current and predetermined concentration values of the target product.

Сравнение отличительных существенных признаков заявляемого технического решения и прототипа позволило установить соответствие этого решения критерию "новизна". При анализе других известных технических решений признаки, сходные с существенными отличительными признаками в заявляемом решении, не выявлены, что дает возможность считать это решение соответствующим критерию "существенные отличия". A comparison of the distinctive essential features of the claimed technical solution and prototype allowed us to establish the compliance of this solution with the criterion of "novelty." When analyzing other well-known technical solutions, features similar to the essential distinguishing features in the claimed solution were not identified, which makes it possible to consider this solution as meeting the criterion of "significant differences".

Возможность достижения положительного эффекта реализуется путем поддержания заданного соотношения между давлениями в верхней и нижней ректификационных колоннах с коррекцией по концентрации целевого продукта, что позволяет уменьшить время регулирования процесса ректификации и повысить качество регулирования концентрации целевых продуктов. The ability to achieve a positive effect is realized by maintaining a predetermined ratio between the pressures in the upper and lower distillation columns with correction for the concentration of the target product, which allows to reduce the time of regulation of the rectification process and improve the quality of regulation of the concentration of target products.

На фиг. 1показано осуществление предлагаемого способа автоматического регулирования процесса ректификации в воздухоразделительной установке, на фиг. 2 изображена графическая зависимость давления пара в верхней колонне от давления паров в НРК1. In FIG. 1 shows the implementation of the proposed method for automatically controlling the rectification process in an air separation unit, FIG. Figure 2 shows a graphical dependence of the vapor pressure in the upper column on the vapor pressure in NRK1.

Способ автоматического регулирования процесса ректификации осуществляют в воздухоразделительной установке, содержащей нижнюю ректификационную колонну 1 (НРК1) с линией подачи воздуха и верхнюю ректификационную колонну 2 (ВРК 2) с линиями подачи азотной флегмы, кубовой жидкости и потока воздуха из детандера и линиями отбора продукционных азота и кислорода, отбросного азота, конденсатор-испаритель 3, соединенный НРК1 и ВРК 2, сборник жидкого азота 4, исполнительный орган 5, включенный в линию отбора целевого продукта (кислорода), датчики давления паров 6 и 7, установленные соответственно в НРК1 и ВРК 2, датчик расхода продукта 8 и датчик концентрации продукта (кислорода) 9, установленные в линии отбора продукта 8, регуляторы 10, 11, к входам которых подключены соответственно датчики 8 и 9, корректирующий регулятор 12, регулятор отношения 13, к входам которого подключены соответственно датчики 6 и 7, при этом регуляторы 11 и 13 через корректирующий регулятор 12 соединены с регулятором 10, который подключен к исполнительному органу 5, исполнительные органы 14, 15 установлены в линиях подачи чистой и "грязной" азотной флегмы. A method for automatically controlling the rectification process is carried out in an air separation unit containing a lower distillation column 1 (NRK1) with an air supply line and an upper distillation column 2 (VRK 2) with nitrogen reflux, bottoms liquid and air flow from the expander and production nitrogen extraction lines and oxygen, waste nitrogen, condenser-evaporator 3 connected by NRK1 and VRK 2, liquid nitrogen collector 4, actuator 5 included in the target product (oxygen) extraction line, pressure sensors vapors 6 and 7, installed respectively in NRK1 and VRK 2, a product flow sensor 8 and a product (oxygen) concentration sensor 9, installed in the product selection line 8, controllers 10, 11, to the inputs of which sensors 8 and 9 are connected, respectively, corrective a regulator 12, a ratio regulator 13, to the inputs of which sensors 6 and 7 are connected respectively, while the regulators 11 and 13 are connected through a correction regulator 12 to the regulator 10, which is connected to the actuator 5, the actuators 14, 15 are installed in the clean and"dirty" nitrogen phlegm.

Процесс ректификации и его регулирование осуществляют следующим образом. The rectification process and its regulation are as follows.

Воздух под давлением подают в НРК1, в которой он подвергается предварительному разделению, в результате чего в этой колонне 1 образуются кубовая жидкость и азотная флегма. Кубовую жидкость направляют в середину ВРК 2, а "грязную" азотную флегму подают в верхнюю часть верхней колонны 2 через исполнительный орган 14, при этом из сборника жидкого азота 4 через исполнительный орган 15 подают в ВРК 2 чистую азотную флегму и используют для орошения верхней колонны 2. При разделении воздуха получают чистый газообразный азот и жидкий кислород, целевые продукты которых отводят соответственно из верхней части верхней колонны и из ее нижней части. Air is supplied under pressure to NRK1, in which it is subjected to preliminary separation, as a result of which bottoms and nitrogen reflux are formed in this column 1. The bottom liquid is sent to the middle of the WRC 2, and the “dirty” nitrogen phlegm is fed to the upper part of the upper column 2 through the actuator 14, while from the liquid nitrogen collector 4, through the actuator 15, pure nitrogen reflux is fed to the WRC 2 and used for irrigation of the upper column 2. When air is separated, pure gaseous nitrogen and liquid oxygen are obtained, the target products of which are removed respectively from the upper part of the upper column and from its lower part.

Предлагаемый способ автоматического регулирования процесса ректификации в воздухоразделительной установке осуществляют следующим образом. The proposed method for automatically controlling the rectification process in an air separation unit is as follows.

В установившемся режиме работы ВРУ процесс ректификации поддерживается регулированием количества отбираемого целевого продукта, например кислорода. Под давлением возмущающих воздействий происходит нарушение номинального режима работы установки, что может привести к снижению качества целевых продуктов. Так, при изменении количества перерабатываемого воздуха меняется давление паров в нижней колонне 1, при этом соответственно изменяется давление паров и в верхней ректификационной колонне 2 (см. фиг. 2). Поэтому при предлагаемом способе дополнительно измеряют давление паров в нижней ректификационной колонне 11, а электрические сигналы, пропорциональные этому значению и текущему значению давления паров в верхней ректификационной колонне 2, направляют от датчиков давления 6 и 7 через регулятор отношения давлений 13 на корректирующий регулятор 12, которым формируют управляющий электрический сигнал, соответствующий изменению величины соотношения давлений в НРК 1 и ВРК 2. In the steady state mode of operation of the ASU, the rectification process is supported by controlling the amount of the target product being taken, for example, oxygen. Under the pressure of disturbing influences, the nominal operation mode of the installation is violated, which can lead to a decrease in the quality of target products. So, when the amount of processed air changes, the vapor pressure in the lower column 1 changes, while the vapor pressure in the upper distillation column 2 also changes accordingly (see Fig. 2). Therefore, with the proposed method, the vapor pressure in the lower distillation column 11 is additionally measured, and electrical signals proportional to this value and the current value of the vapor pressure in the upper distillation column 2 are sent from pressure sensors 6 and 7 through the pressure ratio regulator 13 to the correction regulator 12, which form a control electric signal corresponding to a change in the pressure ratio in the NRC 1 and NRC 2.

Затем управляющим электрическим сигналом воздействуют на задание регулятора расхода 10, по сигналу которого регулируют положение исполнительного органа 5, при этом расход кислорода изменяется так, что соотношение давлений в нижней и верхней ректификационных колоннах 1 и 2 принимает прежнее значение. Одновременно задание корректирующего регулятора 12 изменяют в зависимости от электрического сигнала, направляемого с регулятора концентрации 11 и соответствующего величине рассогласования заданного и текущего значений концентрации, измеренной датчиком концентрации кислорода 9. При этом изменяют заданную величину соотношения давлений, а затем регулируют расход продукционного кислорода до тех пор, пока не восстановится заданное решение его концентрации. Then, the control electric signal acts on the task of the flow regulator 10, the signal of which regulates the position of the actuator 5, while the oxygen flow rate changes so that the pressure ratio in the lower and upper distillation columns 1 and 2 takes the same value. At the same time, the task of the correction regulator 12 is changed depending on the electric signal sent from the concentration regulator 11 and the corresponding value of the mismatch between the set and the current concentration values measured by the oxygen concentration sensor 9. At the same time, the set pressure ratio is changed, and then the flow rate of production oxygen is adjusted until until the given solution of its concentration is restored.

При отборе кислорода в аргонной фракции заданный сигнал, соответствующий величине соотношения давлений паров в НРК 1 и ВРК 2, в регуляторе 12 корректируют в зависимости от концентрации кислорода на контрольной тарелке, после которой часть паров поступает в аргонную колонну. When oxygen is taken in the argon fraction, the target signal corresponding to the value of the ratio of vapor pressures in NRK 1 and NRK 2 in the regulator 12 is adjusted depending on the oxygen concentration on the control plate, after which part of the vapor enters the argon column.

Способ автоматического регулирования ректификации может быть использован в установках для получения чистого газообразного азота, кислорода и других продуктов разделения воздуха. The method of automatic control of rectification can be used in installations for the production of pure gaseous nitrogen, oxygen and other air separation products.

По предлагаемому способу разрабатывается техническая документация, в которой заложен алгоритм управления процесса ректификации и система, реализующая его. According to the proposed method, technical documentation is developed in which the control algorithm of the rectification process and the system that implements it are laid down.

При этом используются следующие аппаратные средства: дифманометры ДМ3583Ф, вторичные приборы ВФС-М-244РР, регуляторы типа ПРЗ-31, регулятор соотношения РП2-П3 и другие серийно выпускаемые приборы и регулирующую арматуру. The following hardware is used for this: DM3583F differential pressure gauges, VFS-M-244RP secondary devices, PRZ-31 type regulators, RP2-P3 ratio regulator and other commercially available devices and control valves.

Использование предлагаемого способа позволяет по сравнению с прототипом уменьшить время выхода установки на номинальный рабочий режим и повысить качество регулирования концентрации целевого продукта. (56) 1. Бродянский В. М. и др. Производство кислорода. М. : Металлургия, 1970, с. 367. Using the proposed method allows, in comparison with the prototype, to reduce the time the unit reaches the nominal operating mode and improve the quality of regulation of the concentration of the target product. (56) 1. Brodyansky V.M. et al. Oxygen production. M.: Metallurgy, 1970, p. 367.

2. Авторское свидетельство СССР
N 637600, кл. F 25 J 3/04, опублик. 1978. 2. Copyright certificate of the USSR
N 637600, class F 25 J 3/04, published. 1978.

Claims

METHOD FOR AUTOMATIC REGULATION OF THE RECTIFICATION PROCESS IN THE AIR SEPARATION UNIT, which consists in measuring the vapor pressure in the upper distillation column and the concentration of the target product and in changing the amount of the selected target product from the upper distillation column, characterized in that, in order to improve the quality of regulation of the concentration of the target product the current value of the vapor pressure in the lower distillation column, determine the value of the pressure ratio in the lower and upper distillation columns and maintain a predetermined value of the pressure ratio by changing the amount of the selected target product from the upper column, while the magnitude of the pressure ratio is adjusted depending on the mismatch of the current and predetermined concentration values of the target product.