Способ диагностирования и управления работой детандера в криогенной установке

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 815553 А 1 ЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОР ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения им. 40-летия Октября "Криогенмаш" (72) Ю.Б,Чучалов, И.С.Рабинович, Б,И,Рожинский, Л.П.Ронжин и Л.С.Проворный (56) Архаров А.М. и др, Криогенные системы. Основы теории и расчета, М,: "Машиностроение", 1988, с, 282-289.Авторское свидетельство СССР М 1291797, кл. Е 25 В 49/00, 1985.(54) СПОСОБ Д)АГНОСТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ДЕТАНДЕРА В КРИОГЕННОЙ УСТАНОВКЕ Изобретение касается контроля и управления детандерами, используемыми в составе криогенных установок, в том числе воздухоразделительных установок, гелиевых и водородных ожижителей.Целью изобретения является расширение рабочего диапазона детандера и обнаружение и устранение нарушения температурного режима его работы,при котором образуется недопустимое количество жидкости. На фиг. 1 представлена схема системыавтоматического контроля и управления, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 представлена графическая интерпретация процесса расширения газа в детандере - ТЗ- диаграмма; на фиг. 3 представлен алгоритм , диагностики и управления работой детандера в криогенной воздухоразделительной уста(5 Ц 5 Р 25 В 49/00(57) Использование: криогенная техника, в частности контроль и управление детандерами в составе криогенных установок, в том числе установок разделения воздуха, водородных и гелиевых ожижителей, Сущность изобретения; способ позволяет осуществлять диагностику работы детандера. При диагностировании сравнивают разность октальпий насыщенного пара и газа на выходе детандера с допустимой разностью энтальпий, Если эта разность энтальпий больше допустимой, то выдают предупредительный сигнал и воздействуют на величину детандерного потока газа, изменяя ее до тех пор, пока не установится требуемое значение энтальпии, соответствующее допустимой доле жидкости в газе. 3 ил. Пример осуществления предложенного способа диагностирования и управления работой детандера в криогенной воэдухоразделительной установке: воздух после регенераторов 1 поступает на разделение в нижнюю колонну 2, часть воздуха через исполнительный элемент 3 подают на расширение в турбодетандер 4, Другая часть воздуха - "петля" - возвращается в регенератор 1, затем смешивается с детандерным потоком. После охлаждения в турбодетандере 4 воздух поступает на разделение в верхнюю ректификационную колонну 5,В качестве продуктов разделения из установки отводятся газообразный кислород, газообразный азот и некоторое количество жидкого кислорода,Система автоматического контроля, диагностики и управления содержит управляющую микроЭВМ бтипа ТВСО - 1 (терцинал вычислительной связи с объектом), на входыФ1 ох 1 оых которой подаот сигналы от датчиков температуры 7 и 8, датчиков давления 9 и 10, установленных соответственно на входе и вьходе детандера 4, Управляющие воздействия от микроЭВм б подают на исполнительный элемент 3, установленнь 1 й навходном патрубке детандера 4.Способдиагностирования и управления работой детандера реализуется следующим образом ( см,фиг. 2, 3):с помощью датчиков 7, 8, 9, 10 измеряют и вводят в микроЭВМ 8 значенил температур Твх, Твых и давлений Рох, Рьых газа на входе и выходе детандера 4, По известной зависимости, для данного давления на выходе Рвых, вычисляют температуру сухого НЭСЫЩЕННОГО ПЭРЭ Тнас = 1 (Роых)Измеренную температуру Твых сравниваот с Тнас. при этом, если ТоыхТнас, т.е, газ находится в состоянии перегретого пара, то упраоляющее воздействие не формируют и процедура диагностирования нормально завершается. Иначе, если Тоых = Тнас, то нэ выходе детандера гэз находится в состоянии либо насыщенного пара, либо о сдстоянии парожидкостной смеси. Для разрешения этой неоднозначности и для определения доли жидкости Х в газе недостаточно знать температуру и давление газа на входе, так как изотермы и иэобары в области парожидкостной смеси под линией насыщения практически нет пересекаютсл (см.фиг. 2).В этом случае для определения истинного состоянилгаза на выходе детэндера необ- ХОДИМО ЗНЭТЬ ЕГО ЭНТЭЛЬПИЮ 1 вых КОТОРОГО прямым способом как функцию давления и температуры,о области парожидкостной смеси определить также невозможно, Поэтому с помощью специальной компьютерной программы на фортране определяют теплофизические свойства газа; энтальпию НЭСЫЩЕННОГО ПЭРЭ нас = (Рвых), ЗНТЭЛЬПИЮ газа нэ входе 1 вх = Г(Ром, Твх), энтропию и энтальпию газа при адиабатном расширении Зад= г(Рвх, Тох)Затем, пользуясь преобразованной формулой расчета адиабатного КПД ц 6вычисляют расчетную энтальпию газа 1 оыхна выходе детэндерэ; 1 Роым =1 ох цлд(ох 1 лд) (2) При этом КПДАД задается констанЩй, предварительно определенной в Обла 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сти перегретого пара. Затем рассчитывают разность Л 1, полученную между энтальпией газа нас в области насыщенного парэ и энтальпией Р оых газа на выходедетандеРРэ: 61=1 с - 1 Р (3) С учетом того что Х = Х( Л 1), где Х - долл жидкости в газе, сравнивают Ь 1 с заданным допустимым значением Л д(соответствующее. допустимой доле жидкости о газе Хд). При этом, если выполняется условие Л 1.Л д, то на выходе детандерэ газ находится в состоянии с долей жидкости не превышающей допустимую величину Хд. На этом процедура диагностирования нормально завершается.Если же Л 1Л 1 д, то на выходе детан-. дера - парожидкостнал емкость с недопустимой долей жидкости, о чем выдается предупредительный сигнал оператору. Одновременно, в соответствии с ПИ- законом регулирования формируют и выдают на вентиль 3 (см.фиг, 1) величину управляющего воздействия О = Х (Ь 1 - Лд ) где д - устаока регулятору (соответствуощая допустимом доле жидкости Хд),В результате изменяютсл энтальпия газа на входе 1 вх и разность энтальпий Л 1, таким образом, что устанавливается требуемый режим с заданной долей жидкости Хд в газе на выходе детэндера.Эффективность применения предложенного способа управления работой детандера, заключается о предупреждении аварийных ситуаций на детандерэх и, как следствие, в увеличении длительности рабочей кампании криогенных установок,Фориула изобретения Способ диагностирования и управления работой детандера в криогенной установке путем контроля входных и выходных температур и давлений рабочего газа, по которым периодически с заданной частотой определяют адиабатный КПД, и вычисления энтэльпии газа на входе и выходе детандера, энтропии и энтальпии газа при адиабатном расширении, отл ича ю щийся тем,что, с целью расширения рабочего диапазона детандера и обнаружения и устранения нарушения температурного рекима его работы, при котором образуетсл недопустимое количество жидкости, определяют температуру и энтальпио насыщенного пара, а энтальпио газа на входе и выходе детандера, энтропию и знтальпию газа при адиабатном расширении оычисляют при условии равенства температуры газа на выходе из детан1 В)5553 Иэображение процесса расаирения, гцдетандере н. Т-У диаграмме дера и температуры насыщенного пара, после чего рассчитывагот разность энтальпии насыщенного пара и газа на выходе детандера, сравнивают зту разность с допустимой разностью энтальпии, соответствующей допустимой доле жидкости в газе, причем, если эта разность равна или меньше допустимой разности энтальпий, то процедура диагностирования нормально завершается, а если эта разность больше допустимой, то выдают предупредительный сигнал о нарушении температурного режима детандера и одновременно воздействуют на величину детан дерного потока в соответствии с величинойрассогласования, устанавливая энтальпию газа, соответствующей допустимой доле жидкости в газе.1815553 Е цикла контроль параметров, Рвх, Твх, Рвых,Твых обращение к полиномуТйас е( Рвых ) норм. выход ыхТиас нет нет 7ь 1 ь 1 д да3 угнал опе ато в ь 1 1- 1 эСоставитель Ю.ЧучаловТехред М.Моргентал Корректор Г.Кос Редактор За 5 аз 1632 Тираж Подписное ВНИИПИ 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 Ъ Ъаснавходе детан дара -сухой кдщцен ный пар либо парожидкост.- ная смесь определение тепл иэи ческих свойств воздух 1 вх= 1(Рвх,Твх) 5 ад= 1 (Рвх,Твх)1 адз(Рвых 5 ад) 1 нас:( Рных)выходе детандерапарожидкостная смесь,доля жидкости большедопустимой асчет и выдача управего врэдействия наентиль 5 по ПИ-эакону егулированияУ(а 1 - ь 1 д)гдеь 1 д- р щу