SU1028711A1

SU1028711A1 - Device for automatically controlling multi-flow pyrolysis furnaces

Info

Publication number: SU1028711A1
Application number: SU823384315A
Authority: SU
Inventors: Петр Васильевич Костогрыз
Original assignee: Институт газа АН УССР
Priority date: 1982-01-29
Filing date: 1982-01-29
Publication date: 1983-07-15

Abstract

УСТРОасТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОПОТОЧНЫМИ ПЕЧАМИ ПИРОЛИЗА, содержащее датчики расхода сырь , св занные через регул тог ры расхода сырь с клапанами подачи сырь в печи пиролиза, и блок задани дискретных оптимальных расходов сырь на-.печи, л и ч а ю щ е е с |тем, что, с целью повышени выхода целевых продуктов, оно дополнительно снабжено датчиками перепгща давлени в печи, сумматорами, блокгши сравнени , блоками коррекции расходов сырь на печи и блоком задани дискретных оптимальЕшх уровней переклкмени , при этом первый и второй входы каждог го сумматора соединены с соответствую цими датчикг ми перепада давлени и расхода сырь , а выхода каждого сумматора подключены к первым входам блоков сравнени , вторые и третьи входы которьос св заны соответственно с выходами блоков задани дискретных оптимальных расходов сырь и уровней переключени , а выходы блоков срав- нени через блоки коррекции расходов сырь подключены к вторым входам регул торов расхода сырь .A DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL OF PYROLYSIS MULTIPREADING STEELS, containing raw material consumption sensors connected through raw material flow controllers with raw material supply valves in the pyrolysis furnace, and a unit for setting discrete optimal raw material costs for the furnace, so that, in order to increase the yield of the target products, it is additionally equipped with furnace overpressure sensors, accumulators, comparison units, units for the correction of raw material consumption on the furnace and a unit for setting discrete optimal switch levels, The first and second inputs of each adder are connected to the corresponding differential pressure and flow rate sensors, and the outputs of each adder are connected to the first inputs of the comparison units, the second and third inputs of which are connected respectively to the outputs of the discrete optimal raw material consumption blocks and switching levels, and the outputs of the comparison units through the blocks for the correction of raw material consumption are connected to the second inputs of the regulators of the consumption of raw materials.

Description

О.ABOUT.

SO X) ч Изобретение относитс к регулиро ванию расходов в потоке текущей сред в трубчатых печах, в частности автом тического распределени нагрузки меж ду параллельно включенными технологическими , аппаратами, например, мног поточными трубчатыми печами пиролиза и может быть использовано в нефтехимической , химической и других отрасл х промышленности. Известно устройство дл автоматического управлени пиролизными печами , содержащее последовательно соединенные датчики, регул торы и регул рующие клапаны дл регулировани рас кодов сырь в змеевики и температуры пирогаза на выходе из них, датчики Давлени сырь на входе печи и пирогаза -в общем коллекторе СИ. Недостаток данного устройства заключаетс в сложности его конструк ции,. Наиболее близким к изобретению вл етс устройство дл автоматического управлени многопоточными печами пиролиза, содержащее датчики расхода сырь , св занные через регул торы расхода сырь с клапанеили подачи сырь в печи пиролиза, и блок задани дискретных оптимальных расхо дов сырь на C2J. Недостаток известного устройства заключаетс в том, что оно не обеспечи вает высокого выхода целевого продукт та. ,- . J Извествное устройство, несмотр на сложность вычислительных блоков формировани значений уставок, не может обеспечить оптимальное распределение нагрузки в кампании печи даже если примен емые вычислительные блоки способны реашизовать сложные алгоритм Мы, базирующиес на математических модел х процесса. Это св зано с наличием в реальных услови х производства значительной общей погрешности аналогового контура управлени расходом по известной схеме, котора только по оценке погрешностей приборов равна 3,93% (2,5% - погрешность . контура стабилизации, 3,5% - погрешность измерени давлений и расчета уставок на ВУ) а при отсутствии коррекции измерени расходов по давлению , плотности и температуре - она может превышать 5,2%. Сшибка установ; ки и поддержани t расхода сырь при ЭТОЛ5 превышает 0,54 т/ч (при максимальном значении шкалы расхода на поток - 5,2 т/ч), что примерно равИо оптимальному диапазону изменени нагрузки на поток в течение кампании печи, Кр9ме того, игшичие ошибки :оценки величины расхода сырь по дав лению на входе печи, котора к,концу кампании печи может достигать 0,25 т/ч (почти 5%) и зависимости давлени на .входе от изменени дав-. лений в коллектдрах сырь ( на 12 ати ) и пирогаза (на 0,2-0,4 ати), приводит к тому, что веро тна зона установки и поддержани нагрузки в течение кампании печи может в 1,52 раза превышать оптимгшьную зону (диапазон) изменени нагрузки за кампанию печи. Цель изобретени - повышение выхода целевых продуктов. Поставленна цель достиг аетс тем, что устройство дополнительно снабжено датчиками перепада давлени в печи, сумматорами, блоками сравнени , блоками коррекции расходов сырь на печи -и блоком задани дискретных оптимальных уровней переключени , при этом первый и второй входы каждого сумматора соединены с соответствующими датчиками перепада давлени и расхода сырь , а выходы каждого сумматора подключены к первым входам блоков сравнени , втоцхде и третьи входы которых св заны соответственно с выходами блоков задани дискретных оптимальных расхрлов сырь и уровней переключени , а выходы блоков сравнени через блоки коррекции расходов сырь подключены к вторым входам регул торов расхода сырь . На чертеже представлена принципиальна схема устройства дл автсжатического управлени многопоточньми печами пиролиза. Устройство содержит датчики 1 и регул торы 2 расхода сырь в печи пиролиза, клапаны 3 подачи сырь , датчики 4 перепада давлени в печи на радиамтной части змеевика и ЗИЛ одного из потоков каждой печи, сумматоры 5 дл каждой печи, блок 6 задани дискретных оптимальных расходов, состо щий из одного задатчика и повторителей со сдвигом или из повторителей со сдвигом, блок 7 задани диск ретиых оптимальных уровней переключени , состо щий из задатчиков, блоки 8 сравнени дл каждой печи, блоки 9 коррекции расходов сырь на печи. Устройство работает следующим образом. . . С помощью регул торов 2 устройство осуществл ет стабилизацию расходов сырь каждого потока, измер е1 алх атчиками 1, на заданных уровн х, оздейству на клапаны 3. На однсм из потоков каждой печи по результатам измерений общего перепада давлени на рсшиантиой части змеевика и ЗИЛ и расходасырь , выполн е№зх соответственно датчиками 4 и 1, в сумматорах 5 определ етс текуща величина перепада давлени , пропорциональиа закоксованности указанного (наиболее коксук цёгос ) участка.SO X) h The invention relates to controlling flow rates in a stream of flowing media in tube furnaces, in particular automatic load distribution between concurrently connected technological devices, for example, multi-flow tube pyrolysis furnaces and can be used in petrochemical, chemical and other industries x industry. A device for automatic control of pyrolysis furnaces is known, which contains series-connected sensors, controllers and control valves for controlling the distribution of raw material codes into the coils and the pyrogas temperature at the outlet, and the pressure sensors of the raw material at the furnace input and pyrogas are in the common collector SI. The disadvantage of this device lies in the complexity of its design ,. Closest to the invention is a device for automatic control of multi-flow pyrolysis furnaces, containing raw material flow sensors connected via raw material flow controllers to the valve or supplying raw materials to the pyrolysis furnace, and setting the discrete optimal raw material flow rates for C2J. A disadvantage of the known device is that it does not provide a high yield of the target product. , -. J A sophisticated device, despite the complexity of the computational units for generating setpoints, cannot provide optimal load distribution in the furnace campaign even if the computational units used are capable of realizing complex algorithms. We are based on mathematical models of the process. This is due to the presence in real conditions of production of a significant total error of the analog flow control loop according to the well-known scheme, which is 3.93% only by the estimation of instrument errors (2.5% is the error of the stabilization loop, 3.5% is the measurement error pressure and the calculation of the settings for the VU) and in the absence of correction of the cost measurement for pressure, density and temperature, it can exceed 5.2%. A collision set; ki and maintenance of raw material consumption t at ETOL5 exceeds 0.54 t / h (with a maximum value of the flow scale per flow rate of 5.2 t / h), which is approximately equal to the optimal range of load flow change during the furnace campaign, in addition, errors: estimates of the consumption of raw materials at the furnace inlet pressure, which by the end of the kiln campaign can reach 0.25 t / h (almost 5%) and pressure dependence at the input on the pressure change. in the collectors of the raw material (by 12 MPa) and pyrogas (by 0.2-0.4 MPa), it is likely that the installation and load area during the furnace campaign may be 1.52 times higher than the optimum zone ( ) load changes for the kiln campaign. The purpose of the invention is to increase the yield of target products. The goal is achieved by the fact that the device is additionally equipped with pressure drop sensors in the furnace, adders, comparison units, blocks for the correction of raw material consumption on the furnaces, and a block for setting discrete optimal switching levels, the first and second inputs of each adder being connected to the corresponding pressure difference sensors and the consumption of raw materials, and the outputs of each adder are connected to the first inputs of the comparison units, the second and third inputs of which are connected respectively to the outputs of the discrete optical parameters cial raskhrlov feedstock and levels of switching, and outputs the comparison blocks over blocks feedstock costs correction are connected to second inputs of the raw material flow regulator tori. The drawing shows a schematic diagram of an apparatus for automatic control of multithreaded pyrolysis furnaces. The device contains sensors 1 and regulators 2 of raw material consumption in the pyrolysis furnace, raw material supply valves 3, furnace differential pressure sensors 4 on the radiamt part of the coil and ZIL of one of the flows of each furnace, totalizers 5 for each furnace, unit 6 of setting discrete optimal costs, consisting of a single setter and repeaters with a shift or of repeaters with a shift, block 7 specifying a disk of optimal optimal switching levels, consisting of setters, comparison units 8 for each furnace, blocks 9 for correcting raw material consumption for the furnaces. The device works as follows. . . With the help of regulators 2, the device stabilizes the consumption of raw materials of each flow, measured by e1 alch ticks 1, at predetermined levels, and acts on valves 3. At one cm from the flows of each furnace, based on the results of measurements of the total pressure drop on the expansion part of the coil and the ZIL and the flow meter , performed by the EHD, respectively, with sensors 4 and 1, in the adders 5, the current value of the pressure drop is determined, which is proportional to the cokingness of the specified (most coxgug) section.

i В блоках 8 выходы сумматоров 5 соответствующих печей непрерывно сравниваютс jc выходами блока 7, дискретные значени которых одновременно поступают на входы всех блоков 8. В результате сравнени текушего перепада давлени , пропорционального закоксованнЬсти печи, с заданными дискретными оптимальными уровн ми его (диапазон изменени обоих сигналов за врем кампании печи одинаков) на выход блоков 8 работающих печей пропускаетс один из выходов блока б, дискретные значени которых одновременно поступают на входы всех блоков 8, выход каждого блока 8 пропорционален расходу сырь который соответствует оптимальнс иу значению его дл данного состо ни (закоксованности) соответствук аей печи. Выходы каждого блока 8 через блоки 9 соответствующих печей пиролиза , где при необходимости выполн етс одноразова ручна коррекци расхода сырь с учетом индивидуальных характеристик печи в целом и каждого потока в отдельности, поступают на регул торы 2 расхода сырь потоков, которые обеспеичвают стабилизацию расхода сырь на заданных оптимальных уровн х.i In blocks 8, the outputs of the adders 5 of the corresponding furnaces are continuously compared to the jc outputs of block 7, the discrete values of which simultaneously arrive at the inputs of all blocks 8. As a result of comparing the current differential pressure proportional to the coke oven, with given discrete optimal levels (range of variation of both signals during the campaign of the furnace is the same) one of the outputs of block b is passed to the output of blocks 8 of operating furnaces, the discrete values of which simultaneously arrive at the inputs of all blocks 8, the output of each The unit 8 is proportional to the consumption of raw materials which corresponds to its optimum value for a given state (coking) of the corresponding furnace. The outputs of each block 8 through the blocks 9 of the corresponding pyrolysis furnaces, where, if necessary, one-time manual correction of the raw material consumption is carried out taking into account the individual characteristics of the furnace as a whole and each flow separately, is fed to the regulators 2 of the raw material consumption of the flows, which ensure the stabilization of the raw material consumption on optimal levels x

Поддержание оптимальных расходов на печах пиролиза в течение кампании достигаетс благодар тому, что дискретные значени выходов блоков б и Задаютс согласно оптимальной стратегии изменени расходов сырь в течение кампании, полученной при оптимизации процесса, выраженной матрицей оптимальных значений или кривой зависимости оптимальных уровней расходовот перепада дгвлени , пропоционального закоксованности (Состо нию ) печи пиролиза, ,а устройство обепечиваегг переключение указанных оптимальных уровней расходов сырь в оптимальных точках. Кроме того, разность между оптимальными заданными дискретными уровн ми расходов сырь менее, чем на 10-20% превышает зону нечувствительности контура управленирасходами сырь , но изменени (уменьаение ) выхода целевых продуктов из сырь за врем работы печи на одной из дискретных .заданных нагрузок в течение кампании при этом не должно превышать заданную велииину. Минимал на же разница между заданными дискретньвии уровн ми перепада давлени , обеспечивакша надежное переключение дискретных уровней оптимальных расходов в оптимальных точках, должна не менее, чем на 10-20% превышать зону флюктуации и погрешности измерени перепада давлени , а максимальна - обеспечивать более длительную работу печей на больших оптимальных Maintaining optimal costs for pyrolysis furnaces during a campaign is achieved because the discrete values of outputs b and b are set according to the optimal strategy for changing raw material costs during a campaign, obtained by optimizing the process, expressed by the matrix of optimal values or the dependence curve of optimal levels of expenditure from differential pressure, coking state (State) of the pyrolysis furnace, and the device ensures switching the specified optimal levels of raw materials consumption to ial points. In addition, the difference between the optimal predetermined discrete levels of raw materials consumption is less than 10–20% higher than the dead band of the raw material consumption control circuit, but the change (decrease) in the yield of the target products from the raw material during the operation of the furnace at one of the discrete loads during campaigns should not exceed the specified value. The minimum difference between the specified discrete pressure drop levels, ensuring reliable switching of discrete levels of optimal flow rates at optimal points, must not less than 10–20% exceed the fluctuation zone and pressure differential measurement errors, and ensure maximum operation of the furnaces. at large optimal

;нагрузках, но изменение (уменьшение) выхода целевых продуктов при этом не должно превьи ать заданную величину п минимальных потер х.. .; loads, but the change (decrease) in the yield of the target products in this case should not exceed the specified value n the minimum loss x ...

Так, дл практической реализации, например на двухпоточных печах при пиролизе пропан-бутановой смеси, разность между дискретньами уровн ми по расходу равна 0,15 т/ч на поток, что на 25% превьшает зону нечувствительности контура управлени расходами сырь , а по перепаду давлени пропорциональному закрксованностн 0 ,11 ати (минимальное значение) и 0,15 ати (максимальное значение), что примерно в 1,5 раза превышает зону флюктуации, вызываемых изменением температуры пиролиза и составом исходного сырь , и погрешности изме рени .Thus, for practical implementation, for example, in double-flow furnaces during pyrolysis of a propane-butane mixture, the difference between discrete levels of flow is 0.15 t / h per flow, which is 25% more than the dead zone of the control flow of raw materials, and proportional to zero 0.11 ati (minimum value) and 0.15 ati (maximum value), which is about 1.5 times greater than the fluctuation zone caused by the change in pyrolysis temperature and the composition of the feedstock, and the measurement error.

В начале кампании, когда печь не закоксована и гидравлическое сопр отиление радиантной части змеевика и ЗИЛ минимально, данное устройство пропускает в камеры задани регул торов 2 расхода наибольшую величину оптимального расхода печи, равную 7,5 т/ч (3,75 т/ч на один поток). По мере закоксованности печи, когда текущий перепад давлени ; пропорциональный закоксованности, превышает минимально заданное дискретное оптимальное значение уровн переключени , т . е. 0,15 ати, устройство пропускает в камеры задани регул торов расхода новую (меньшую) величину оптимального расхода, равную 7,2 т/ч и т.д. при дальнейшем превышении текущего перепада давлени величин 0,29, 0,42 и 0,53 ати оптимальные расходы на печах устанавливаютс соответственно равными 6,9 6/б и 6,3 т/ч, после чего печи отклю чаютс на выжиг кокса. Врем работы печей на каждой оптимальной нагрузке при этом составл ют: 65% (7,5т/ч) 18% (7,2 т/ч), 10%, (6,9 т/ч, 7% (6,6 т/ч) общего времени кампании печи. Концентраци этилена i пирогаэе , выход этилена из сырь и суммарный выход целевых продуктов из сырь на каждой дискретной нагрузке соответственно измен етс в пределах: 24,4-27,1 вес.%, 30,7 -30,4вес.%, . -48,3 - 48,0 вес.% в услови х ширркого диапазона изменени состава исходного сырь , т. е. от пропансырь до бутан-сырь . Указаннне изменени за врем работы на каждой из оптимальных дискретных нагрузок вызваны постепенными увеличением закоксованности (гидравлического сопротивлени ) радиантной части змеевика и ЗИЛ печей и наход тс в зоне погрешностей измерени датчиков 1 ачества (промышленных хроматогра4e L .At the beginning of the campaign, when the furnace is not coked and the hydraulic coupling of the radiant part of the coil and the ZIL is minimal, this device passes into the chambers the tasks of the flow rate regulators 2 the maximum optimal furnace flow rate equal to 7.5 tons / h (3.75 tons / h per one thread). As the furnace becomes coking, when the current pressure drop is; proportional to coking, exceeds the minimum specified discrete optimal value of the switching level, t. e. 0.15 MPa, the device transmits into the chambers the tasks of flow controllers of a new (smaller) optimum flow rate equal to 7.2 t / h, etc. With further excess of the current pressure drop of 0.29, 0.42 and 0.53 MPa, the optimum costs for the furnaces are set at 6.9 6 / b and 6.3 t / h, respectively, after which the furnaces are switched off to burn coke. The operating time of the furnaces at each optimal load is: 65% (7.5 t / h) 18% (7.2 t / h), 10%, (6.9 t / h, 7% (6.6 t / h) total time of the kiln campaign. The concentration of ethylene i Pyrogai, the yield of ethylene from the raw material and the total yield of the target products from the raw material at each discrete load, respectively, vary in the range: 24.4-27.1 wt.%, 30.7 -30 , 4 wt.%, -48.3 - 48.0 wt.% In the conditions of the wide range of variation in the composition of the raw material, i.e., from the curr to the butane-raw material. These changes during the operation time on each of the optimal discrete loads are caused gradually The increase in coking (hydraulic resistance) of the radiant part of the coil and ZIL furnaces and are in the area of measurement errors of the first quality sensors (industrial chromatography L).

Отклонени нагру9кн печей от полученной оптимальной стратегии изменени ее течение кампании привод т к увеличению потерь выхода целевых продуктов, которые к концу кампании при посто нной оптнмальной нагрузке (7,5 т/ч) могут превышать 4 весД, а при увеличенин нагрузки до t,3 т/ч - дополнительно увеличивают с на 2,5 3 Bec.t, что на пор док Deviations of the furnace load from the obtained optimal strategy for changing its campaign flow lead to an increase in yield losses of the target products, which by the end of the campaign with a constant optical load (7.5 t / h) can exceed 4 ppm, and with an increase in load to t, 3 t / h - additionally increase from 2.5 to 3 Bec.t, which is

), чем при реализации данного уст ройства.) than when implementing this device.

Таким образом, потери выхода целевых npoiEtyKToB из афь при управлении процессом с помсцью предлагаемого устройства на 0,2 вес. % ниже, что при фактической производительности .отделени (цеха) пиролиза по сырью 19вООО Т/г позвол ет дшголнительно получить целевых продуктов 369 т/г.Thus, the loss of the yield of the target npoiEtyKToB from AF when controlling the process with the proposed device is 0.2 weight. % lower, which, with the actual capacity of the pyrolysis plant (department) for raw materials 19cOOO, T / g allows for the desired production of 369 tons / g.

Claims

DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL OF MULTI-THREAD PYROLYSIS FURNACES, containing raw material flow sensors connected through raw material flow regulators with raw material supply valves in the pyrolysis furnace, and a unit for setting discrete optimal raw material consumption for the “Ovens, ό_τ and more; in order to increase the yield of the target products, it is additionally equipped with differential pressure sensors in the furnace, adders, comparison blocks, blocks for correcting the consumption of raw materials in the furnace and a unit for setting discrete optimal switching levels, the first and second inputs of each adder are connected to the corresponding differential pressure and flow rate sensors, and the outputs of each adder are connected to the first inputs of the comparison units, the second and third inputs of which are connected respectively with the outputs of the units for setting discrete optimal raw materials consumption and switching levels, and the output of the comparison blocks through the blocks of correction of the consumption of raw materials are connected to the second inputs of the regulators of the consumption of raw materials.

I lenium in the collectors of raw materials (by 12 ati) and pyrogas (by 0.2-0.4 agi), leads to the fact that the probable zone of installation and maintenance of the load during the campaign of the furnace can be 1.52 times higher than the optimal zone (range a) load changes during the furnace campaign.

The purpose of the invention is to increase the yield of target products.

This goal is achieved by the fact that the device is additionally equipped with differential pressure sensors in the furnace, adders, comparison blocks, blocks for correcting the consumption of raw materials in the furnace and a unit for setting discrete optimal switching levels, while the first and second inputs of each adder are connected to the corresponding differential pressure sensors and raw material consumption, and the outputs of each adder are connected to the first inputs of the comparison blocks, the second and third inputs of which are connected respectively with the outputs of the discrete optimal raw materials consumption and switching levels, and the outputs of the comparison blocks through the blocks for correcting the consumption of raw materials are connected to the second inputs of the raw material consumption regulators.

The drawing shows a schematic diagram of a device for automatic control of multi-threaded pyrolysis furnaces.

The device contains sensors 1 and regulators 2 of the flow of raw materials in the pyrolysis furnace, valves 3 of the supply of raw materials, sensors 4 of the differential pressure in the furnace on the radiant part of the coil and ZIA of one of the flows of each furnace, adders 5 for each furnace, block 6 for specifying discrete optimal costs, consisting of one setter and repeaters with a shift, or from repeaters with a shift, block 7 of the job disk retny optimal switching levels, consisting of dials, blocks 8 comparison for each furnace, blocks 9 correction of the consumption of raw materials on the furnace.

The device operates as follows.

With the help of regulators 2, the device stabilizes the consumption of raw materials of each stream, measured by sensors 1, at predetermined levels, acting on valves 3. On one of the flows of each furnace, according to the results of measurements of the total pressure drop across the radiant part of the coil and ZIA and the flow rate of raw materials sensors 4 and 1, respectively, in adders 5, the current value of the pressure drop proportional to the coking state is indicated for the new 65th (most coking) section ₂ _