Способ автоматического управления процессом синтеза аммиака

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 121294 ГОСУДАРСТ ПО ДЕЛАМ ОП ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ В А ННЫИ КОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ(71) Невинномысское ордена Т Красного Знамени производственное объединение "Азот"(56) Авторское свидетельство СССР Кд 295321, кл. С 01 С 1/04, 1971.СГТехническии проект У -22304, чертеж 6-604, НПО "Азот", 1972. (54)(5/) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СИНТЕЗА АММИАКА путем изменения подачи циркуляционного газа через клапаны холодных байпасов в колонны синтеза прямо пропорционально температурам в соответствующих слоях катализатора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с 1)4 С 01 С 1/04 С 05 0 целью повышения производительности процесса и увеличения срока службы катализатора путем улучшения качества регулирования температуры, дополнительно измеряют температуру и состав газа на входе колонны синтеза, температуру вторичной конденсации и азотоводородной смеси на входе колонны конденсации, определяют положения клапанов холодных байпасов и корректируют подачу цирку ляционного газа через каждый холодный байпас колонны прямо пропорционально температуре газа на входе в колонну синтеза и обратно пропорционально температурам вторичной кон- Я денсации и азотоводородной смеси на входе колонны конденсации, составу газа на входе колонны синтеза и положениям клапанов холодных байпасов данного и предыдущего по ходу газа слоев катализатора.1 12294Изобретение относится к автоматизации химикотехнологических процессов и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений при автоматизации процесса синтеза аммиака,Цель изобретения - повышение производительности процесса и увеличение срока службы катализатора путемулучшения качества регулирования Отемпературы,На чертеже приведена принципиальная схема реализации предлагаемогоспособа,Азотоводородная смесь (АВС) послесжатия в четвертой ступени компрессора 1 и охлаждения в конечном воздушном холодильнике 2 поступает вколонну 3 конденсации, где барботирует через слой жицкого аммиака и По сигналам с датчиков 1 О - 21рассчитываются приращения регулируемьгх параметров и параметров возмущений за интервал времени, значениекоторого выбирается меньшим минимального времени транспортного запаздывания по любому каналу возмущения;4 т 5ьу (г. )=1 ьА К,+Т К +ЬБ К.+5 +ьЯ К+ Ц (1),.1где 6 у(г.1) - рассчитанное измене,/ние степени открытия холодного бай 1 таса 3-го слоя катализатора на момент времени цикла расчета01 " номер слоя катализатора- номер параметра возмущающеговоздействия (х - температура газана входе в колонну синтеза,температура вторичной конденсации,температура АВС на входе в колонну конденсации,- состав газана входе в колонну синтеза);6 А - изменение -го параметра1возмущения за выбранныйинтервал времениЬТ - изменение температуры 3-гослоя катализатора, эг вреЯ и Ь Б , - изменение степени открытия холодного байпаса 3-гои ( - 1) слоя катализатора за время С;К , К , К , К - экспериментальные5козщ 3 ициенты;константа вывода на заданиедля 3-го слоя катализатора,смешивается с циркуляционным газомВ(ЦГ), Из колонны 3 конденсации газовая смесь направляется в выноснойтеплообменник 4, в котором нагретыйгаз разветвляется на основной (ОП) 2и байпасные потоки (БП). ОП газапроходит встроенный теплообменник 5,нагревается там до температуры реакции теплом прореагирававшего газа и последовательно сверху вниз 3проходит полки (1 - 1 У) катализатора колонны 6 синтеза, Перед каждойполкой ОП смешивается с холоднымбайпасным газом. На катализатореколонны 6 синтеза протекает экэотер 35мическая реакция образования аммиака. Прореагировавший газ выходитиз колонны 6, поднимаясь по центральной трубе и нагревая во встроенном теплообменнике 5 входящий реак 40ционный поток, После колонны 6 газовая смесь проходит через подогреватель 7 питательной воды высокогодавления, выносной теплообменник 4,сепаратор 8 и возвращается на циркуляционную ступень компрессорагде компенсируются потери давленияв системе. Далее ЦГ подается на вторичную конденсационную систему,состоящую из конденсационной колонны503 и испарителей 9 жидкого аммиака,где отделяется жидкий аммиак, а ЦГсмешивается с аэотоводородной смесью,Управляющее воздействие по холодному байпасу для 3-го слоя катализа тора на текущий момент цикла расчета 1, определяется по уравнению у; (, ) =у( )+у(ф-)(2) Температуру азотоводородной смеси на входе в колонну конденсации измеряют датчиком 10 температуры, а температуру вторичной конденсации определяют датчиком 11 температуры,температуру и состав газа на входе н колонну синтеза измеряют с помощью датчика 12 температуры и газоанализатора 13, а температуры в слоях катализатора измеряют датчиками 14 - 17 температуры, Положения (степени открытия) регулирующих органов холодных байпасов определяют датчики 8 - 21, они же регулируют подачу газа по холодным байпасам, а управление процессом производится с помощью вычислительного устройства 22.Способ осуществляют следующим образом.где у (С ) - текущее (установленноеона предыдущем интервалевремени) значение степени открытия холодногобайпаса 1-го слоя катализатора на момент времениВ уравнение (1) входит параметризменения степени открытия холодного байпаса для того же рассчитываемого слоя (1) катализатора за интервал времени С (интервал между двумяциклами опроса параметров и расчетауправляющего воздействия), Реализация управляющего воздеиствия происходит после опроса параметров ирасчета, Поэтому, если на предыдущемцикле реализуется управляющеее воздействие , т.е. Ь уО, то при текущем цикле опроса параметров и расчета ЬБ также не равно нулую, Крометого, если оператор-технолог вмешивается в процесс управления и вручную производит изменение степениоткрытия холодного байпаса по рассматриваемому слою катализатора в промежутке между выдачей автоматическогоуправляющего воздействия по даннымпрошлого цикла опроса параметров иопросам параметров на текущий цикл,то произошедшее изменение степениоткрытия холодного байпаса по рассматриваемому слою катализатора так,же будет учтено,Необходимость этого учета диктуется инерционностью объекта. Поэтому рассчитанное управляющее воздействие учитывает изменение степениоткрытия холодного байпаса и не допускает перерегулирования" процесса, так как предлагаемый способуправления учитывает не только возмущения, но и отклонение регулируемой величины, т.е,температуры в слоях катализатора, которое через 2мин (выбранный интервал воздействия)еще не скажется в полной мере,При расчете управляющего воздействия - степени открытия холодногобайпаса для 1-слоя - учитываетсяизменение степени открытия холодного байпаса предыдущего слоя (кроме1-го слоя) за интервал времени С,равный времени между двумя циклами.Учет этого изменения вызываетсятехнологической особенностью колонны синтеза аммиака полочного типа,в которой изменение степени открытияхолодного байпаса для предыдущего слоя является возмущением для регулируемой температуры последующегослоя катализатора.Величина П является задаваемойтехнологическим персоналом величиной, с помощью которой регулируютскорость достижения заданного значения температуры в слое катализатора. Величина Б определяется из 1 О условий;1+ В, при (Т - Т.)+р- В при (Т - Т ) .//О при - э (Т, - Т,) . +Е2)где Т и Т; - текущее и заданное 15 значейие температуры )-го слоя катализатора;В- численное значение константы вывода на задание в 1-ом слоекатализатора;Я - погрешность регулирования.Если рассогласование между текущей и заданной температурами в слоекатализатора превышает заданную величину погрешности регулирования б, 25а все возмущения отстутствуют (между циклами опроса и расчета), товеличина В входит в расчет ьу(С )1и степень открытия холодного байпаса увеличивается, а температура вслое уменьшается при (Т- Т,)+Яи степень открытия холодного байпаса уменьшается, а температура в слоеувеличивается при (Т; - Т, ) - /с/.Величина скорости вывода темпера турного режима полки на заданноезначение выбирается из условий технологической эксплуатации колоннысинтеза, При свежем (активном) катализаторе колонна синтеза быстрее реа.40 гирует на изменение степени открытияхолодного байпаса, При разрушениии отравлении катализатора "отклик"температуры на изменение расходахолодного газа становится менее быст рым. Поэтому, задавая величину можно регулировать скорость выводатемпературы в слое на заданное значение.Рассчитанные по формулам (1)(Э) управляющие воздействия выдаются на исполнительные механизмы1 Ь - 21 соответствующих холодныхбайпасов. Использование предлагаемого спо соба управления позволяет поддерживать заданные температуры в слоях катализатора колонны синтезааммиака при различных возмущающих121295 Составитель Г,Ог Техред М.Пароцай Реда И.Дерб орректор Т,кол 2 Под комитета СССР и открытий ушская наб д исно иал ППП "Патент", г.ужгоро Проектная,воздействиях с точностью до 2 С,о,а также производить автоматическийвывод на заданный температурныйрежим при достижении автотермического режима колонны как в периодпуска агрегата, так и при любом Заказ 716/31 ВНИИПИ Го по дел 113033, МоТир аж 4 ударственного ам изобретений ква, Ж, Раначальном включении управления, Это позволяет снизить расход природного газа на 900 тыс.нм в год и дополнительно выработать 700 т аммиака в год,атакже пронзить срок спужбыка - тализатора ко.опнцсинтеза аммиака,