Способ автоматического управления процессом регенерации раствора

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Д ф "ф а шик ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Тараненко Б,Ф. и др, Автома" тическое управление газопромысловыми объектами. М., "Недра", 1976, с. 134-140.2. Авторское свидетельство СССР У 709102, кл. В 01 0 1/00, 1978.(54)(57) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРА ЛЕБИЯ ПРОЦЕССОМ РЕГЕНЕРАЦИИ РАСТВОРА 0% (И)3 с 5 ц В 01 0 3/00 6 05 Э 2/00; путем изменеяия подачи теплоносителяв зависимости от концентрации реге"нерированного раствора, определяемойпо температуре его кипения и величине абсолютного давления в испарителео т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повыщения экономичностипроцесса при заданной концентрации .регенерированного раствора, дополнительно определяют текущую и максимално допустимую скорость паровой фазыв регенераторе и в зависимости отуказанных величин и от температурыраствора в испарителе изменяют рас"ход флегмы.Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированиютехнблогических процеесов и можетбыть использовано в газодобывающейпромьпиленности на газовых месторождениях, обустроенных абсорбционнымиустановками подготовки газа с установками регенерации раствора, например диэтиленгликоля (ДЭГ).Известен способ автоматическогоуправления процессом регенерациирасъвора путем изменения расходовтеплоносителя и флегмы и зависимости от температуры в испарителе инад верхней тарелкой регенератора Ц.Недостатком способа являетсябольшая погрешность поддержания концентрации регенерированного растворанри изменяющемся абсолютном .давлениив испарителе,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук изобретению является способ автоматического управления технологическим процессом, .заключающийся в изменении подачи теплоносителя .или загрузки,аппарата" по раствору в зависимости от концентрации упаренногораствора, определяемой по, величинетемпературы его кипения, величине абсолютного давления и уровня жидкости 1.2.Недостаток известного способасостоит в том, что при поддержаниизаданной концентрации регенерированного раствора имеют место значительные технологические затраты,т.е. не обеспечивается экономичностьпроцесса.Цель изобретения - повышение экономичности процесса при заданнойконцентрации регенерированного раствора,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления процессом регенерации раствора путем изменения подачи теплоносителя в зависимости от концентрации регенерированного раствора, определяемой по температуре его кипения и величине абсолютного давления в испарителе, дополнительно определяют текущую и максимально допустимую скороств паровой фазы в регенераторе и в зависимости от указанных величин и от температуры раствора в нспарителе изменяют расход фле глад,На чертеже изображена схема автоматической системы управления, реализующей предлагаемый способ.Ероцесс регенерации насыщенного 5раствора, поступающего в регенератор 1 по линии 2, осуществляетсяв регенераторе 1 и испарителе 3 засчет подводимого по линии 4 теплоносителя, например пара. В испарителе3 из раствора испаряется низкокипящий компонент, например вода, парыкоторого проходят регенератор 1 снизу вверх. При этом паровая фаза 15обогащается парами низкокипящего компонента, а жидкая фаза, движущаясясверху. вниз, - высококипящим компонентом, например диэтиленгликолем.Из испарителя 3 по линии 5 выходит регенерированный раствор, а изрегенератора 1 по линии 6 - пароваяфаза, которая конденсируется в дефлегматоре 7 за счет подвода хладоносителя, например воздуха, от вентилятора 8. Сконденсированные парыв виде жидкости из дефлегматора 7доступают в емкость 9, в которой вакуум-насосом 10 создается абсолютноедавление меньше атмосферного.Из емкости 9 часть жидкости (фланг 300 мы) насосом 11 по линии 12 подаетсяв регенератор 1, а другая часть жидкости (дистиллят) по линии 13 отводится в промканализацию.Цель процесса регенерации - полу чить регенерированный раствор заданной концентрации. В процессе регенерации раствора имеют место технологические затраты, обусловленные, восновном использованием теплоносите ля, необходимостью подачи хладоносителя для конденсации паров, потерей высококипящего компонента сдистиллятом.Автоматическое управление процес- Р сом регенерации раствора осуществляют следующим образом.Датчиками 14 и 15 измеряют температуру и абсолютное давление в испарителе 3. По измеренным значениям 50 этих параметров при помощи блоха 16вычисляют концентрацию регенерированного раствора.При этом используют следующуюформулу:55С 100 М Х (М у+Я-К 11)Р: К 1 О ", К,-ь-а/т-Со); (3)ЕР К 1 О--47/СТ Со) 1 ф где С - концентрация высококипящего компонента (напримердиэтиленгликоля), мас,Х;Х - молярная доля высококипящего компонента в растворе;М 1 М - молекулярная масса соответ.ственно низко- и высококипящего компонентов,кг/кмоль;абсолютное давление в испа.рителе, Па,давление насыщенного паранизкокипящего компонента, Па;давление насыщенного паравысококипящего компонента, Па,температура в испарителе,К;43 К;133,322 Па/мм рт.ст - коэф.фициент перевода размерностикоэффициенты, определяемыеэкспериментально по равновесным кривым компонентовраствора. Т -Со -К Для водного раствора, например диэтиленгликоля, п 1 : 1691;,1: 8,006; 1 д = 3035; Ь = 9,270; М = 18; М= 106.Сигнал, пропорциональный концент рации регенерированного раствора, подают соответственно на первые входы блоков 17 и 18 регулирования концентрации раствора и вычисления допустимой скорости паровой фазы. На второй вход блока 17 при помощи блока 19 задания концентрации раствора подают сигнал, пропорциональный концентрации раствора. Блок 17 регулирования концентрации в зависимости от разности между вычисленной и заданной концентрацией раствора воздействует (например, по пропорционально-интегральному закону) на исполнительный механизм 20 и, следовательно, на расход теплоносителя до тех пор, пока концентрация регенерированного раствора не станет, равной заданному значению,Таким образом, при помощи датчиков 14 и 15, блоков 16-19 и исполнительного механизма 20 поддержива с 1 (5)сд сд 1 6) 5( с (У)и достигается минимум текущих технологических затрат, например,щ где Т ч 1 йуд 00+ ЦЧ пп, (8) максимально допустимаятемпература раствора, дляраствора диэтиленгликоля,например, Т = 437,4 К;фтекущая и максимально допустимая скорость паровойфазы в регенераторе, м/с,заданная концентрация регенерированного раствора,мас.Х;расход теплоносителя,руб/кг;затраты энергии. на приводвентилятора, кВт/ч;цена энергии, руб/кВт ч;расход дистиллята, кг/ч;цена высококипящего компонента раствора, руб/кг;концентрация дистиллят.,мас,Ж,ОЭ Сй45 50 Ц,55Нют заданную концентрацию регенерированного раствора. Последняя можетбыть поддержана при различных расходах флегмы.Получение заданной концентрациирегенерированного раствора при увеличенном расходе флегмы связано сувеличением расхода теплоносителяи хладагента для конденсации паровв дефлегматоре,Однако при этом уменьшается содержание ценного высококипящегокомпонента в дистилляте, сбрасывае",мом в промканализацию, т.е. уменьшаются его потери.При увеличении расхода флегмыи обеспечении заданной концентрациирегенерированного раствора путемувеличения расхода теплоносителяувеличивается скорость паровойфазы в регенераторе и абсолютное давление в испарителе. Первое можетпривести к нарушению процесса (эахле25быванию аппарата), а второе - кувеличению температуры в испарителеи термическому разложению раствора.И то, и другое недопустимо. Существует оптимальный расход флегмы, т.е.такой, при котором удовлетворяютсяЗО условияМаксимально допустимую скоростьпаровой фазы определяют по известнойформуле Р. О,эОэК где К 1 - коэффициент, зависящийот расстояния между тарелками регенератора и уровнясветлой жидкости над верхним краем прорезей колпачка;ч / 3611(- плотность жидкои фазы, кг/м5 - плотность паровой фазы,кг/мЗВ свою очередь 1 О 15 Текущую скорость паровой фазы определяют при помощи блока 21 вычисления. текущих технологических затрат и скорости паровой фазы по Формуле К. = Р( , - /т 0)где к = 8314,3 - универсальная газовая постоянная, м.м/кмоль 20К,1 - содержание воды в паровойфазе, кмоль/кмоль; .=Х-(.С.4) Х); (М)с 6 - относительная летучесть 25воды.Так как Х =Х(Р 1) (выражения2:1), то плотность паровой фазы является фучкцией абсолютного давленияи температуры. 30Плотность жидкой Фазы зависит оттемпературы и концентрации раствора.Для раствора диэтиленгликоля плотность жидкой фазы определяют поФормуле35У= 4 а (1+ О,жК/400 - О,Оаз(С 100)9 О(1-0,64 10 Т 1 ца)Таким образом, для вычисления Япо выражениям (9)-(12) необходимознать температуру и давление в нижней (наиболее опасной) части регенератора и концентрацию раствора,Значения температуры и абсолютногодавления в нижней части регенерато,ра 1 практически совпадают со значениями таких же параметров виспарителе 3, Поэтому в предлагаемом способе управления при помощидатчиков 14 и 15 измеряют эти пара"мет 1 ы, а при помощи блока 18 по 50формулам (9)-(12) вычисляют макси,мально допустимую скорость паровойфазы,са: 4 (Э фЬ) ТД/С 1 Гд РМ), ИЗгде 3 - расход дистиллята, кг/сф1 - расход флегмы, кг/с;д - диаметр регенератора, м,М - молекулярная масса дистиллята (флегмы), кг/кмоль.При этом расход дистиллята измеряют датчиком 22, расход флегмы - датчиком 23, а температуру и абсолют ное давление - датчиками 14 и 15. Сигналы от всех датчиков вводят в блок 21 вычисления текущих технологи ческих затрат и скорости паровой фазы.Текущую и максимально допустимуюскорости паровой фазы сравниваютв блоке 24 вычисления штрафа запревышение скорости паровой Фазы,при помощи которого также вычисляютштраф за превышение скорости паровойфазы по алгоритмуо(ы - ю), если сои где .Г, - штраф за нарушение условия (6), руб/ч;сС 4 - коэффициент пропорциональности, (руб/ч)/(м/с).Значение коэффициента оС принимают достаточно большим, например, С: 10 б.Штраф за нарушение условия (5) вычисляют при помощи блока 25 вычисления штрафа за превышение температуры, на входы которого подают максимально допустимое (при помощи бло" ка 26 задания максимально допустимой температуры) и текущее значение (при помощи датчика 14) температуры Штраф вычисляют по алгоритмуО, ееи Т 7",г и ф)сС (Т -Т), если ТТгде сА- коэффициент пропорциональности, (руб/ч)/ К.Значение С 1 принимают достаточно большим, например сС =10а- 6Кроме скорости паровой фазы при помощи блока 21 по формуле (8) вычисляют текущие технологические затраты, Для этого при помощи датчиков 27,22,28 и 29 измеряют соответственно расход теплоносителя, расход и концентрацию дистиллята, мощность пригода вентилятора и сигналы от этих датчиков подают на вход, блока 21.Вычисленные значеният Гь 1 Г. суммируют при помощи блика 30 вычис736 Таким образом, предлагаемыйспособ автоматического управления позволяет поддерживать заданную концентрацию регенерированного раствора при минимальных технологических затратах и обеспечении условий (5) 1 Ои (6) нормальной эксплуатации установки регенерации раствора. Составитель В.Каклюгин Редактор П.Курах Техред С.Легеза Корректор Г.ОгарТираж 682 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 2739/3 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 1088 ления целевой функции. В результате получают значение9=3 фГ +Г, Иб) где 3 - целевая функция, Руб/ч.Целевая функция (16) имеет экстре .мум (минимум) при оптимальном значении расхода флегмы, Поиск оптимального расхода флегмы осуществляют при помощи блока 31 экстремального регулирования путем изменейия задания регулятору 32. расхода флегмы. Последний, сравнивая текущий расход флегмы с заданным, воздействует на исполнительный механизм 33 до тех пор, по; ка расход флегмы в регенератор 1 не ,:станет равным значению, эадайному ,:блоком 31.В качестве алгоритма поиска опти мального расхода фиегмы может быть использован один из известных алгоритмов. Применение способа управленияна абсорбционных установках комплексной подготовки газа позволяет уменьшить технологические затраты напроцесс регенерации раствора диэти.ленгликоля ориентировочно на 5-77,т.е. повысить экономичность процесса регенерации.1