Способ управления процессом синтеза аммиака

(50 4 С 30 ИСА ТОР СКОМУ газа на выход ренным значен ка на входе и колонны) по иэм концентрацииыходе колонны реде из.ляютмерен ежей от циониу онно син я схо исимос и значеи вьппе втор ащают по байза и по- холодноГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(71) Киевский ордена Ленина поли"технический институт им. 50-летияВеликой Октябрьской социалистической революции и Новолипецкий металлургический комбинат(54) (57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СИНТЕЗА АММИАКА путем регулирования температуры в зоне реакции колонны синтеза и регулирования подачициркуляционного газа по холодномубайпасу, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повьппенияпроизводительности процесса за счет улуч"шения качества регулирования температуры в зоне реакции, регулируюттемпературу в зоне реакции иэменени"ем подачи циркуляционного газа побайпасу на выход колонны синтеза,измеряют силу тока, протекающего поспирали нагревателя колонны, расходысвежей азотоводородной смеси и циркуляционного газа, поступающего в колонну синтеза по верхнему байпасу,концентрацию аммиака на входе и выходе колонны, температуру циркуляционного газа на входе колонны и степень коверсии смеси, по ным параметрам расходов св водородной смеси и циркуля о газа, поступающего в кол за по верхнему байпасу, опр сумму расходов смеси и газ рассчитывают отношение суммы ра дов смеси и газа к лерепаду тем тур на колонне, сравнивают теку значение в зоне реакции с заданными значениями температуры зажигания и при значении температуры в зоне реакции вьппе первого заданного значения изменяют подачу циркуляционного газа по байпасу на выход колонны синтеза в зависимости от квадрата силы тока, протекающего по спирали нагревателя колонны, с коррекцией параметров настроек регулятора температуры в зоне реакции по степени конверсии смеси, суммы расходов смеси и газаи отношения суммы расходов смеси и газа к перепаду температур на колон 5не, при значении температуры в зоне реакции ниже первого заданного значения подачу циркуляционного газа по байпасу на выход колонны синтеза дололнительно регулируют в э от степени конверсии смеси, а нии температуры в зоне реакц рого заданного значения пр подачу циркуляционного газ пасу на выход колонны синте дают циркуляционный газ по му байпасу.1 12701Ъ оИзобретение относится к автоматическому управлению химическими процессами и может быть использовано впромышленности по производству минеральньгх удобрений при автоматизации 5колонны синтеза аммиака,Целью изобретения является повышение производительности процессаза счет улучшения качества регулирования температуры н зоне реакции.На чертеже представлена схемасистемы автоматического регулирования, реализующей данный способ,Система состоит из объекта 1 регулирования (представлена колонна 15синтеза с подводными магистралями),измерителя 2 температуры в зоне реакции, сумматора 3, делителя 4, сумматора 5, квадратора 6, Формирователя 7 степени конверсии смеси, первого 20задатчика 8, второго задатчика 9,элемента 1 О сравнения, регулятора11, сумматора 12, первого реле 13,третьего задатчика 14, формирователя15 параметров настройки, первого ком" 25пенсатора 16, второго реле 17 .второго компенсатора 18, первого 19 ивторого 26 логических элементов,первого 21 и второго 22 сигнализаторов, измерителей 23 и 24 расхоцовсвежей азотоводородной смеси в колоннуи циркуляционного газа по верхнему байпасу, измерителя 25 температуры циркуляционного газа на входеколонны, измерителя 26 температуры 35газа на выходе колонны, измерителей27 и 28 концентрации аммиака на входе и выходе колонны, измерителя 29силы тока, протекающего по спиралинагревателя колонны, 40Способ осуществляют следующим образом,При помощи измерителя 2 Формируют величину температуры в зоне реакции, которую подают на первые входы 45,элементов 10, 19 и 20, При помощиизмерителей 23 и 24 формируют величины расходов свежей азотоводороднойсмеси в колонну и циркупяционногогаза по верхнему байпасу, и формиро Ованне величины подают на входы сумматора 3, При помощи. измерителей 27и 28 Формируют величины концентрацийаммиака на входе и на выходе колонных 1 и х и подают их на входы формирователя 7. При помощи измерителя 29формируют неличину сила тока 1 протекающего по спирапи нагренателя колонны, и подают ее на входы квадратора 6. При помощи сумматора 3 формируют величину, равную сумме расхода свежей азотоводородной смеси в колонну и циркуляционного газа по верхнему байпасу (Р+Ч), которую подают на первые входы детлителя 4 и Формирователя 15. При помощи сумматора 5 Формируют разность температур газа на выходе, колонны и циркуляционного Газа на входе (Т) которую поДают на второй вход делителя 4. При помощи последнего формируют величину отношения суммы расхода свежей смеси в колонну и циркуляционного газа по верхнему байпасу к перепрду температуры на колонне, и полученное отношение подают на второй вход формирователя 15, При помощи квадратора 6 Формируют величину, пропорциональную квадрату тока, протекающего по спирали нагревателя колонны, и полученную величину подают на вход первого компенсатора 16. При помощи формирователя 7 формируют величину, равную степени конверсии смеси в колонне 3 =(х -х,)/(Я- х), которую подают на второй вход . второго реле 17 и на четвертый вход Формирователя 15 параметров настройки, 8=100. При помощи первого задатчика 8 формируют величину Т, равную температуре зажигания в колонне, которую подают на третьи входы второго логического элемента 20 и первого логического элемента 19, При помощи элемента 10 сравнения Формируют величину рассогласования между измеренной температурой й н зоне реакции и заданием по этой температуре, формируемым с помощью второго задатчика 9. Величину рассогласования подают на вход регулятора 11, С помощью регулятора 11 вырабатывают управляющее воздействие из условия устранения рассогласования между измеренной температурой и заданием, управление подают на первый вход сумматора 12. Регулятор может иметь ПИД-структуру При помощи Формирователя 15 изменя" ют параметры настройки регулятора 11 в соответствии с изменением величины К, Р+Ч, 1, К. Например:1К= - (а, +а, К+а (Р+Ч)+ао 1 2К=аК+а К(Р+Ч)+а 11 О=а К+аз(Р+Ч)+аз 1, 1270где Ко, К, Р - коэффициент усиления,время изодрома и время предварения регулятора;К - коэффициент усилениявентиля байпаса подачи циркуляционной смеси на выход колоннысинтеза - величина,подаваемая на третий 10вход формирователя 15;К = (Г+Ч)(С-). При помощи первого компенсатора 16 формируют величину управения, компенсирующего возмущения, возникающие вследствие измекения режима работы нагревателя колонны синтеза, и выходную величинукомпенсатора 16 подают на второйвход сумматора 12. Передаточнаяфункция компенсатора 16 имеет вид 201 вУК( 9где Ю У .ь- передаточные функциипо каналам возмущения(и-);У - положение регулирующегооргана - вентиля бай"паса - подачи циркуляционной смеси на выход З 0колонны синтеза.При помощи второго компенсатора18 формируют величину управления,компенсирующего возмущения, возникающие вследствие изменения степениконверсии смеси в колонне, выходнуювеличину компенсатора 18 подают натретий вход сумматора 12. Передаточная функция компенсатора 18 имеетвид4011 вЯ : .Лгде Ив - передаточная функция по каналу (1-с).С помощью сумматора 12 получают управление, равное сумме управлений, подаваемых на входы сумматора; выходная величина сумматора 12 подается на вход первого реле 13, и при замкнутой це и реле 13 упра ление поступает на вход третьего задатчика 14, с помощью которого на объекте реализуется управление по положению вентиля М, Задатчик 14 обладает памятью, и в случае отсутствия выходного сигнала первого реле 13 поддерживает на объекте управление, выдан 114 4ное на объект ранее. При помощи первого логического элемента 19 производится сравнение измерений температурыс температурой Т зажигания,Если температурапревьшает температуру Т более чем на величину константы Ь , подаваемой на второй входэлемента 19, производится отключе-ние второго компенсатора 18,путемразмыкания цепи второго реле 17,Величина В выбирается такой, чтобыТ+ Вс , где с, - оптимальнаятемпература в зоне реакции.Таким образом, второй компенса-.Эх,тор 18 работает лишь при-О.ЭПри помощи второго логического элемента 20 сравнивают температуру йс температурой Т, Если температурай превышает температуру Т более3чем на величину константы 4, подаваемой на второй вход элемента 20, производится отключение эадатчика 14от сумматора 12 путем размыканияцепи первого реле 13, При этом также выключается регулятор 11 и с помощью первого сигнализатора 21 выдает-ся сигнал о повышении температуры свыше величины Т +А; а с помощьювторого сигналиэатора 22 выдаетсясигнал на включение регулятора с регулирующим органом - вентилем Щ )холодного байпаса, Константа А задается такой, чтобы обеспечиваласьвозможность регулирования температуры й с помощью вентиля холодного байпаса. Приведенная система регулирования может быть реализована как на стандартных элементах, так и на средствах вычислительной техники.Данный способ обеспечивает высокое качество регулирования температуры в зоне реакции колонны синтеза как в пусковом режиме, так и в режиме нормальной эксплуатации, поскольку по- . зволяет компенсировать ряд возмущающих воздействий на колонну и учитывает изменение характеристик колонны в процессе ее работы. Компенсация рассматриваемых возмущений и учет изменения харак 1 еристик колонны приводят к существенному повышению стабильности работы установки синтеза в целом и увеличению производительности колон12 70114 Слободяник едакт роизнодствен каз 6092/18 ВНИИПИ по 113035, Составитель Г. ОгаджановТехред Н.Глущенко Корректор В, Бутя Тираж 450 Подписноеосударственного комитета СССРлам изобретений и открытийсква, ЖРаушская наб д. 4/5 играфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4