Способ автоматического регулирования процесса разделения воздуха в криогенном комплексе и устройство для его осуществления

(5115 Г 25 3 3/04 ТВО ВОЗДУХА ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Архаров А.М, и др. - Криогенные системы, - М,: Машиностроение, 1987, с, 30,Анисимов И,В, - Автоматическое регулирование процесса ректификации. - М.: Мостоптехиздат, 1961.Абрамов А,В. и др,-Автоматизация воздухоразделительных установок, - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1983, с. 34, 35.(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯВ КРИОГЕННОМ КОМПЛЕКСЕ И 5 О 1809269 А 1 УСТРОИС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ. НИЯ(57) Использование: изобретение относится к криогенной технике. Сущность изобретения: в установку вводят каскадную схему управления, с помощью которой осуществляют автоматическое регулирование процесса путем управляющего воздействия на расходы потоков азотной флегмы одновременно в верхнюю ректификационную колонну и потребителю в соответствии с основным и корректирующим сигналом.При этом дополнительную информацию и концентрации кислорода в чистом газообразном ааоте на выходе из верхней части нижней колонны 1 и информацию о концентрации продукционного кислорода на выходе из конденсатора-испарителя 3, используют для формирования корректирующих сигналов, что позволяет повысить точность регулирования процесса разделения2 с,п. ф-лы,3 ил,Изобретение относится к холодильнойехних-: и мажет быть использовано при упрэвг внии воздухоразделительными установками в криогенных комплексах.Целью данного изобретения являетсяповышение точности регулирования и экономичности,На фиг, 1 изображена схема предложенного устройства; на фиг, 2 - изменение,концентрации кислорода во времени дляизвестного технического решения (график1) и для предлагаемого технического решения (график 2) в промежуточном сеченииверхней ректификационной колонны, нафиг, 3 - графики 3 и 4 изменения концентрации кислорода во времени в промежуточном сечении нижней ректификационнойколонны соответственно для прототипа ипредлагаемого технического решения.Устройство содержит нижнюю ректификационную колонну (НРК) 1, верхнюю ректификационную колонну (В РК) 2,соединенные между собой через конденсатор-испаритель 3, сборник 4 жидкого азота,переохладитель 5, блок теплообменников,детандерные агрегаты 7, 8, 9, исполнительные органы 10, 11, 12, 13, 14, регуляторы 15,16, основные регуляторы 17, 18, корректирующие регуляторы 19, 20, датчики 21, 22уровня криогенной жидкости, датчики23,24,25,26 концентрации кислорода.Исполнительный орган (вентиль) 10 установлен в криогенной магистрали дроссельного потока воздуха, соединенной сНРК 1, Через переохладитель 6 проходяткриогенные трубопроводы, которые соединяют: куб азотной флегмы НРК 1 через исполнительный орган 11 (регулирующийклапан) с первым вводом в ВРК 2, сборник4 жидкого азота через исполнительный орган 12 со вторым вводом потока орошенияв ВРК 2, сборник 6 жидкого азота черезисполнительный орган 43 с устройством выдачи жидкого азота в криогенное хранилище. При этом к исполнительному органу 11подключен через регулятор 15 датчик 2уровня азотной флегмы, установленный вкубе НРК 1. В криогенной магистрали жидкого кислорода на выходе из конденсатораиспарителя установлен исполнительныйорган 14, к которому через регулятор 16подключен датчик 22 уровня жидкого кислорода, установленный в конденсаторе-испарителе, К исполнительному органу 12подключен через основной регулятор 17датчик 25 концентрации кислорода, установленный на промежуточной тарелке ВРК2, к основному регулятору 17 через корректирующий регулятор 20 подключен датчик26 концентрации кислорода, установленный на выходе конденсатора-испарителя 3.Сборник 4 азота соединен криогенным трубопроводом с потребителем продукционного жидкого азота через исполнительный5 орган 13, к которому подключен основнойрегулятор 18 с датчиком 23 концентрациикислорода на промежуточной тарелке НРК1, а к основному регулятору 18 через корректирующий регулятор 19 подключен датчик10 24 концентрации кислорода, установленный на выходе из верхней части НРК 1,Процесс разделения воздуха и его регулирование осуществляется следующим образом.15 В НРК 1 подают охлажденные в блоке 6поток воздуха, предварительно расширенный в агрегате 7, и дроссельный поток воздуха через вентиль 10.В результате предварительного разде 20 ления в НРК 1 образуется кубовая жидкость(азотная флегма) в нижней части колонны ичистый азот в верхней части. Азотная флегма из нижней части отводится, охлаждаетсяв переохладителе 5 и подается в среднюю25 часть ВРК 2,При этом расход азотной флегмы регулируют, меняя положение исполнительногооргана 11 в соответствии с командным сигналом регулятора 15, на который поступает30 информация в виде электрического сигналаот датчика 21 уровня азотной флегмы. Чистый газообразный азот конденсируется вконденсаторе-испарителе 3 и сливается всборник 4 жидкого азота, в который посту 35 паеттакжежидкийазотизциркуляционногохолодильного цикла, Из сборника 4 выходятдва потока, один поток подается в ВРК 2, ивторой поток жидкого азота - выдают потребителю в систему криогенного хранилища.40 Указанные потоки охлаждаются в переохладителе 5. Из нижней части ВРК 2 черезконденсатор-испаритель 4 отводится продукционный жидкий кислород, на дальнейшее переохлаждение. Расход жидкого45 кислорода регулируют исполнительным органом 14 по командному сигналу регулятора16 в соответствии с сигналом от датчика 22уровня жидкого кислорода. Из верхней части ВРК 2 отводят поток чистого газообраз 50 ного азота, который вместе с потоком азота,расширенным в турбодетандерах 8 и 9,поступает в переохладитель 5, затем в блок6 теплообменников,В установившем режиме работы уста 55 новки на ее выходах получают продукты разделения воздуха с определенной величинойконцентрации: жидкий и газообразныйазот, жидкий кислород и др. Под действиемвнешних возмущений режим работы установки нарушается, что приводит к значи10 50 ции, Одновременно срабатывает цепь коррекции, при этом задание, которому соответствует определенный электрический сигнал основного регулятора 17, изменяеттельным отклонениям концентрации выходных криогенных продуктов, Для восстановления требуемых величин концентрации в предложенном способе стабилизируют технологические параметры концентрации кислорода, основным регулятором 17 изменяют положение исполнительного органа12 в соответствии с величиной рассогласования текущего и заданного значения концентрации кислорода на промежуточной контрольной тарелке верхней колонны, иизменяют расход потока азотной флегмы вВРК 2, восстанавливая заданное значение,Дополнительно измеряют текущее значение концентрации на выходе конденсатора-испарителя 3 и при отклонении текущего значения от заданного в соответствии с сигналом рассогласования корректирующимрегулятором 20 изменяют задание основному регулятору 17 и концентрация кислорода принимает требуемое значение,Одновременно регулируют расход потока азотной флегмы потребителю, воздействуя регулятором 18 на исполнительный орган 13 в соответствии с сигналом рассогласования между текущим и заданным значениями концентрации кислорода на промежуточной контрольной тарелке в Н РК 1. Дополнительно измеряют текущее значение концентрации кислорода на выходе из верхней части НРК 1 и корректируют зто значение с заданным, изменяя корректирующим регулятором 19 задание основному регулятору 18, чтобы концентрация кислорода восстановила требуемое значение.Кроме того, в устройство вводится каскадная схема автоматического регулирования, содержащая основные регуляторы 17, 18, корректирующие регуляторы 19, 20 и датчики 23, 24, 25, 26 концентрации кислорода, которая необходима для управления параметрами, концентрация кислорода на промежуточных тарелках ВРК 2 и НРК 1, концентрация кислорода на выходе конденсатора-испарителя 3 и на выходе из верхней части НРК 1, Так информация о составе продукта поступает от датчика 25 концентрации кислорода. нэ промежуточной тарелке ВРК 2 на вход основного регулятора 17, в нем формируется командный сигнал, поступающий на вход. исполнительного органа 12, который меняет свое положение в соответствии с командным сигналом и регулирует расход потока орошения жидкого азота в ВРК 2. При этом текущее значение выравнивается с заданным значением концентра 20 25 30 35 40 45 ся электрическим сигналом, поступающим на его вход через корректирующий регулятор 20 в соответствии с информацией, поступившей от датчика 26 концентрации кислорода на выходе из конденсатора-испарителя 3,На нижней ректификационной колонне 1 аналогично работает схема, в которой на основной регулятор 18 поступают злектрические сигналы от датчика 23, а через корректирующий регулятор 19 от датчика 24, Основной регулятор 18 формирует командный сигнал на исполнительный орган 13,Формула изобретения 1, Способ регулирования процесса разделения воздуха в криогенном комплексе путем измерения концентрации кислорода технологических потоков в промежуточных сечениях верхней и нижней ректификационных колонн, изменения расходов потоков орошения и азота из стержня жидкого азота, о т л и ч а ю щ,и й с я тем, что, с целью повышения точности регулирования и зкономичности, дополнительно измеряют текущее значение концентрации кислорода на выходе из верхней части нижней колонны, и по нему корректируют заданное значение концентрации кислорода в промежуточном сечении нижней колонны, а также измеряют текущее значение концентрации кислорода на выходе из конденсатора-испарителя, и по нему корректируют заданное значение концентрации кислорода потока в промежуточном сечении верхней колонны, при этом расход потока азота из сборника регулируют по изменению концентрации кислорода в промежуточном сечении нижней колонны, а расход потока орошения в верхнюю колонну регулируют по изменению концентрации кислорода в промежуточном сечении верхней колонны.2, Устройство для автоматического регулирования процесса разделения воздуха в криогенном комплексе, содержащее верхнюю и нижнюю ректификационные колонны, соединенные с конденсатором-испарителем, первый и второй исполнительные органы, установленные в линиях, соединяющих сборник жидкого азота соответственно с вводом потока орошения в верхнюю колонну и с потребителем азота, первый и второй основные регуляторы, датчики концентрации кислорода, которые установленынэ промежуточных тарелках верхней и нижней колонн, отл и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, установка дополнительно содержит первый и второй корректирующие регуляторы, дополнительные датчики концентрации кислороаказ 1278 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 да, один из которых установлен на выходе из конденсатора-испарителя и подключен посредством первого корректирующего регулятора к первому основному регулятору, а другой установлен на выходе из верхней части нижней колонны и подключен посредством второго корректирующего регулятора к второму основному регулятору. при этом датчики концентрации кислорода, установленные на промежуточных тарелках верхней и нижней колонн, соединены 5 посредством первого и второго основногорегуляторов соответственно с первым и в 1 орым исполнительными ооганами.