Устройство для автоматического регулирования процесса синтеза аммиака

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 91 80 и).,У СВИДЕТ АВТОРС а ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(46) 07.08.83. Бюл. Р 29 . (72) Р.Б.Медведев, А.С.Минаков, А.В.Федоров, Ю,И,Бурдо,М.Г.федоров, В.Ф.Копытов и А.В.Кобзев (71) Киевский ордена Ленийа политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции и Новолипецкий металлургический завод .(56) 1.Андреев Ф.А. и др. Технология связанного азота, М., Химияф, 1966, с. 315.2Авторское свидетельство СССР Р 295321 кл, В 01,3 9/04, 1969. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СИНТЕЗА АММИАКА, содержащее измеритель температуры в зоне реакции, элемент сравнения, регулятор, сумматор, блок деления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью. повышения произ" водительности колонны синтеза за счет повышения качества регулирования температуры в зоне реакций, оно дополнительно содержит измерители содержания водорода и азота на входе в колонну, два эадатчика коммутирующий элемент, блок форми-. д) С 01 С 1/04 у 605027 рования компенсируемого возмущения, блок компенсации и блок реализации управляющих воздействий, приэтом выход измерителя температуры в зоне реакции через элемент сравнения подключен к регулятору, выход которого связан с первым входом .сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации, измерители содержания водорода и азота на входе в колонну подключены к вхо" дам блока деления, выход которого параллельно соединен с первыми входами коммутирующего элемента и блока формирования компенсируемоговозмуще- . ния, выход которого связан с первым входом блока компенсации, подключен- ,рИ ного своим вторым входом к выходу коммутирующего элемента, выход первого эадатчика параллельно соединен с вторым входом блока формирования С компенсируемого возмущения и с вторым входом коммутирующего элемента,. Я выход второго задатчика параллельно подключен к третьему входу блока фор. мирования компенсируемого возмущения и к третьему входу кеммутирующего элемента, выход сумматора через блок реализации управляющих воздействий соединен с вентилем холодного байпа 1033435Изобретение относится к устройствам для автоматического регулирования технологических процессов и мо"жет быть использовано в промышленнос.ти по производству минеральных удобрений при автоматизации колоннысинтеза аммиака.Известно устройство для автома"тического регулирования температуры в зоне реакции колонны синтеза,содержащее измеритель и регулятор температуры в зоне реакции,эле"мент сравнения и вентиль холодногобайпаса 1.Недостаток этого устройства -отсутствие учета возмущающих воздействий, поступаюцих на объект регулирования,Наиболее близким к предлагаемому является устройство для автоматич еского регулирования процесса син- Отеза аммиака, содержащее измеритель температуры в зоне реакции,элемент сравнения, регулятор,сумматор и блок деления(.23.Недостаток данного устройства 25заключается в том, что оно. не обес".печивает высокого качества регулирования температуры в зоне реакции,что ведет к снижению производительности колонны синтеза.Цель изобретения - повышение производительности колонны синтеза эасчет повышения качества регулирования температуры в зоне реакции,Поставленная цель достигаетсятем, что устройство, содержащее измеритель температуры в зоне реакции,элемент сравнения, регулятор, сумма.тор, блок деления, дополнительносодержит измерители содержания водорода и азота на входе в колонну, 40два задатчика, коммутирующий элемент, блок формирования компенсируемого возмущения, блок компенсаЦиии блок реализации управляющих воэдействий, при этом выход измерителя 45температуры в зоне реакции черезэлемент сравнения подключен к регулятору, выход которого связан спервым входом сумматора, второй входкоторого соединен с выходом блокакомпенсации, измерители содержанияводорода и азота на входе в колонну подключены к.входам блока ,деления , выход которого параллельнооединен с первыми входами коммуируюцего элемента и блока формирования компенсируемого возмуцения,выход которого связан с первым входом блока компенсации, подключенного своим вторым входом к выходукоммутирующего элемента, выход первого эадатчика параллельно соединен:с вторый входом блока формированиякомпенсируемого возмущения и с вторым входом коммутирующего элемента,выход второго задатчика,параллельно 65 подключен к третьему входу блокаформирования компенсируемого возмущения и к третьему входу коммутирующего элемента, выход сумматорачерез блок реализации управляющихвоздействий соединен с вентилем холодного байпаса,На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройстваУстрсйство для регулирования ре"жима в колонне 1 синтеза аммиаКасодержит измеритель 2 температурыв зоне реакции, измерители 3 и 4содержания соответственно водорода и азота на входе в колонну 1,элемент 5 сравнения, регулятор б,блок 7 деления, первый и .второй за-датчики 8 и 9, коммутируюций .элемент 10, блок 11 формирования компенсируемого возмущения, блок 12 компенсации, сумматор 13, блок 14 реализации управляющихвоздействий,вентиль 15 холодного байпаса,Измеритель 2 температуры в зоне,реакции может быть реализован набазе датчика с термопарой, Измерители 3 и 4 содержания водорода иазбта йа входе в колонну могут бытьреализованы на базе промышленныхатоматических хроматографов.Элемент 5 сравнения предназначен для формирования величины рассогласования между заданием по температуре в зоне реакции и ее текущимзначением, Выходной сигнал элемента5 равен разности между заданием потемпературе и ее текущим значением.Для ввода и изменения величины задания удобно использовать внешние устройства УВМ типа пульта технологаоператора, Регулятор б при реализации на УВМ может иметь ПИД-струк"туру.Функциональный блок 7 преднаэна"чен для формирования величины соотношения А, равного частному от деле.ния концентрации азота на концентрацию водорода,Задатчики 8 и 9 ограничений посоотношению между азотом и водородом предназначены для формированиявеличины нижней (А ) и верхней (А,границ зоны, в которой изменениепараметра А практически не влияетна работу колонны синтеза. Для из-менения величин А и Аэ удобно использовать внешние устройства УВМтипа пульта программиста, либо пульта технолога оператора,Коммутируюций элемент 10 предназначен для отключения блока 12 ком-.пенсации когда возмущений нет, т,е.при выполнении соотношения А А%Блок 11 предназначен для определениявеличины компенсируемых возмущений,равных отклонениям соотношения межщазотом и водородом от нарушаемых ограничений. Выходной сигнал формиро- . вателя 11 равен отклонению величины А от нижней границы АН при АСАН и равен отклонению величийы А от верх- . ней границы А при А) Аб(В=А-АА;-.=А при АМь,Л =Апри АА),где В - выходной сигнал формирователя 11.Блок 12 компенсации предназначен для выработки сигнала. по изменению положения вентиля холодного .байпаса, компенсирующего возмущающие воздействия, возникающие вследствие из менения соотношения между азотом и водородом. При работе блока 12 учитываются динамические характеристики объекта и динамика изменения отклонений между величиной А и нарушаемым ограничением. Блок 12 компен. саций имеет передаточную функцию, определяемую иэ условия полной ин- вариантности выходной величины относительно, возмущения. Блок 12 компенсации может имитироваться последовательно соединенными апериодическим звеном 1-го порядка н звеном запаздывания, моделируемым рядом ячеек, информация в которых перемещается на каждом цикле работы.Сумматор 13 предназначен для сложения сигнала, подаваемого с выхода блока 12 компенсации с сигналом, подаваемым с выхода регулятора б,Блок 14 предназначен для реализации на объекте приращения положения вентиля холодного байпаса относительно его текущего значения. Блок 14 реализуется на базе устройства связи с объектом (УСО) УВМ и относится по своему функциональному назначению ктиповым средствам реализации на объекте управляющих воздействий, вырабатываемых УВМ,Вентиль 15 холодного байпаса предназначен для изменения подачи газовой смеси по холодному байпасу колонны синтеза и представляет собой стандартный автоматический вентиль, пригодный для дистанционного управления.Устройство работает следующим образом.При помощи. измерителей 3 и 4 в темпе с процессом замеряются концентраций водорода и азота, При по.- мощи блока 7 формируется соотношение А, При помощи коммутирующего элемента 10 производится отключение блока 12 когда возмущений нет (А,А Аб ) . Величины А и А 8 формируются при помощи задатчиков 8 и 9. В блоке 11 формируется величина компенсируемого возмущения,равная отклонению величины А от нарушенногд ограничения. Блок 12 вйрабатывает компенсирующий сигнал по изменению положения вентиля:холодного. байпаса при этом учитываются динамические характеристики объекта и динамика изменения отклонений между величинойА.и нарушенным ограничением. Выходной сигнал блока 12 суммируетсяпри помощи сумматора 13 г выходным.сигналом регулятора б, корректируятем самым прирашение расхода газахолодного байпаса, задаваемого регулятором б из условия регулирования по отклонению температуры взоне реакции относительно задания,10 вводимого в элемент 5 сравнения.При помощи блока 14 осуществляетсядискретная реализация полных приращений положения вентиля 15 холодного байпаса относительно его теку 15 щего значения,Полные приращения положения вентиля 15 равны сформированной в сумматоре 13 сумме выходных сигналоврегулятора б и блока 12 компенсации.20 РегулятОР и блок компенсации включаются периодически через равныепромежутки времени, В эти же моменты времени определяются величиныполных приращений положения регулирующего органа. Затем при помощиблока 14 производится реализация., этих приращений относительноположения вентиля 15. При этом выходная величина блока 14 суммируется с величиной действительноготекущего положения вентиля холодного байпаса 15 и выводится наобъектБлок 14 поддерживает напротяжении следующего временногоинтервала постоянное значение выЗэ работанного управления (регулятор 6и блок 12 компенсации в это времяне работают). Затем включаются регулятор б и блок 12 компенсации,вырабатывается и реализуется на40 объекте. новое управление и т.д.Сигнал о величине температурЫ взонЕ реакции формируется измерителем 2 температуры в зоне реакциии вводится .в элемент 5 сравнения.При работе данного устройствакомпенсируются не изменения соот.ношения А, а изменен)я,иных величин - возмущений, появляющихся принарушении соотношения. А - отклоне 1 нений А от нарушаемых ограничений А.ц и Аэ .Поэтому, если величина А изменяется внутриф. ограничений Ам и А б (А,-А А ), компенси-.рующее воздействие не вырабатывается, так как такие изменения А посути не являются возмущениями и ихкомпенсация может привести лишьк ощутимым ошибкам при регулировании. Поскольку все величины измеряются на объекте с погрешностями,6 О а модель всегда приближенна, такойприем позволяет не только повыситьпомехозащищенность устройства иувеличить качество регулирования,но по сути дает возможность исполья зовать при регулировании темпера1033435 НИИПИ Заказ 5543 21 Тираж 471 . По итн илиал ППП Патент , г,ужгород,ул. роек туры соотношение А, которое даже при достаточно точном замере на объекте концентраций азота и водоро да определяется с ошибкой. Величины Ан и Аз могут при необходимости оперативно изменяться в зависимости от состояния установки. Их опти" мальные значения определяются с учетом точности нахождения величи" ны А и реального состеяния объекта, .При упрощенном регулировании приближенно значения этих величин принимаются постоянными (например А= =0,28-0,30,А 8=0,37-039)Предлагаемое устройство регулирования может быть также реалиэова" но на базе стандартных аналОговыхсредств автоматизации.Его применение обеспечивает посравнению с базовым объектом значительно более высокое качество регули-.рования температуры в зоне реакцииколонны синтеза аммиака, посколькупозволяет компенсировать возмущения,возникающие вследствие изменения со отношения между азотом и водородом 10 в смеси на входе в колонну. Компенсация рассматриваемых возмущений приводит к существенному повышению ста-.бильности работы установки синтезав целом и увеличению производитель ности колонны.