Способ автоматического управления процессом пуска аппарата с неподвижным слоем катализатора

ОЮЗ СОВЕТСНИК ОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 19) (111 48 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ 11 ь УПРАВЛЕА С НЕПОД Грею ии га 4 в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Уфимский нефтяной институти Московский химико-технологическийинститут им,Д.И,Менделеева(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГОНИЯ ПРОЦЕССОМ ПУСКА АППАРАТВИЖНЬМ СЛОЕМ КАТАЛИЗАТОРА(57) Изобретение относится к способам автоматического управления процессом пуска аппарата с неподвижнымслоем катализатора, может быть ис 0 4 В О 1 Д 19/00 8/023 С 0 пользовано в химическои промышленности и позволяет интенсифицироватьи повысить качество пускового процесса. Способ реализуется САР, включающий контур регулирования скоростиразогрева слоя по измеренному температурному градиенту в поперечном сечении и высоте слоя катализатора воздействием на пульсирующую подачу греющего газа на вход аппарата (датчики2 температуры в объеме слоя), вычислительные блоки 5, 6, регулятор 7скорости разогрева, сумматоры 8, 9,регуляторы 10, 11 и генератор 12 периодических колебаний. 3 з.п. ф-лы,1 ил.Изобретение относится к автоматизации процессов химической технологии и может быть использовано в химической промышленности при автоматизации пусковых процессов разогрева аппара тов с неподвижным слоем зернистого материала.Цель изобретения - интенсификация и повышение качества пускового процесса.10Задача управления процессом разогрева зернистого материала, возникающая при пуске аппаратов с неподвижными слоями, является важной но до конца нерешенной. Длительность опе 15 рации разогрева промышленных аппаратов с неподвижными слоями зернистого материала составляет десятки часов. И от результата выполнения этой пусковой операции во многом зависит эф 20 фективность функционирования химико- технологических систем, содержащих такие аппараты.Решение задачи усложняется тем, что такие характеристики зернистого слоя как однородность, структура и плотность упаковки зернистого материала в объеме слоя не остаются постоянными в ходе выполнения пуска и претерпевают значительные измененияв процессе эксплуатации от пуска к пуску аппарата. В связи с этим наилучшим будет такое управление, которое интенсифицирует и одновременно повышает качество процесса разогрева, и обеспечивает сохранение этого свойства в условиях изменяющихся характеристик слоя зернистого материала.На процесс теплопереноса от газа к зернистому материалу существенное влияние оказывает гидродинамика потока газа в неподвижном слое. Установлено, что от скорости потока газа в слое зависит интенсивность перено- . 45 са тепла зернистому материалу. Так при малых скоростях потока процессы переноса тепла между потоком газа и зерном идут более интенсивно для плохо обтекаемых частиц. С увеличением скорости потока возрастание коэффициентов теплообмена происходит быстрее у хорошо обтекаемых частиц. Следовательно, интенсифицировать и одновременно повысить качествопроцесса разогрева неоднородного по структуре слоя можно создавая наилучшие условия для теплопереноса как хорошо обтекаемых (в зонах с малой плотностью упаковки зернистого материала), так и плохо обтекаемых в зонах с большой плотностью упаковки зернистого материала.Одним из путей интенсификации процесса теплообмена в неоднородном слое является подача греющего газа пульсирующим потоком, в котором скорость газа периодически изменяется от минимального значения до максимального. В соответствии с изложенным пульсирующая подача греющего газа создает наиболее благоприятные условия теплообмена попеременно для всех частиц неоднородного по структуре упаковке слоя, а следовательно, интенсифицирует процесс разогрева зернистого материала.На чертеже представлена принципиальная схема автоматического управления процессом пуска аппарата с неподвижным зернистым слоем, реализующая предлагаемый способ.Схема содержит аппарат 1 с неподвижным слоем зернистого материала, датчики 2 температуры в объеме слоя, индукционный нагреватель 3 газа на входе в слой, исполнительный механизм с регулирующим органом 4 на линии подачи газа в слой, вычислительные блоки 5 и 6, регулятор 7 скорости разогрева, сумматоры 8 и 9 регуляторы 10 и 11 и генератор 12 периодических колебаний.Способ осуществляют следующим образом.Греющий Газ от пусковой топки через индукционный нагреватель 3 подают на вход зернистого слоя. Индукционным нагревателем 3, изменяя температуру газа на входе слоя, стабилизируют скорость разогрева слоя на заданном значении. Для этого датчиками 2 (например, многозонные термопары) измеряют температуры в и точках слоя. Количество датчиков и их размещение по слою определяют опытным путем из условия получения информации о температурном состоянии (поле) слоя в требуемом объеме.Сигналы Т; (1 щ 1,2 ,и) подают на вход вычислительного блока 5, в котором определяют среднюю температуру Т,р по формуле1) Т = -Т. и 1Величина Т, характеризует в целом состояние процесса разогрева слоя в данный момент времени . По этой величине в вычислительном блоке 6 определяют текущую скорость разогрева 5 слоя, например, по формуле конечных разностейТ(Т(,)Т (с ) = (2)10где ТР ( ) и Т, (;, ) - средняятемпература в моменты времении 1 соответственно,3:1,2,Сигнал Т, с выхода блока 6 направляют на вход регулятора 7, на который подают также и задание Т,по скорости разогрева слоя.В регуляторе сигналы сравнивают,вычисляют рассогласование дТ, = 20= Т, - Т, и по этой величине формируют выходной сигнал БР, которым регулируют мощность индукционного нагревателя и, в конечном итоге температуру протекающего через него газа.25При этом величину О 1, а в конечномитоге температуру газа на входе слояизменяют с помощью эффективного индукционного нагревателя по величинедТ, так, что обеспечивается стабилизация скорости разогрева слоя назаданном значении Т,Осуществляют пульсирующую подачугаза в слой с помощью регулирующегооргана 4. Для этого на выходе генератора 12 формируют периодический сигнал 1, изменяющийся, например, посинусоидальному законуи = Б, + Б 5 дпыс, (3)где 3 - частота колебаний;401 и п - постоянная составляющая ио Т 3амплитуда колебаний;воемя.Сигнал У направляют на исполнительный механизм регулирующего органа 4. В результате на входе в слойдействует пульсирующая подача газа спостоянной составляющей С, и амплитудным значением С ; Параметры пульсирующего потока газа подбираютсяопытным путем либо по результатамрасчетов по математической модели разогрева слоя,В условиях воздействия возмущений(например, изменение физико-химических параметров греющего газа), а также проявления нестационарности характеристик зернистого слоя, которая; ГьТ = макс. Т; (5)фе 3С выхода блока 5 сигналы Т, и Т направляют на сумматор 8, а Т и Т, - на сумматор 9. На выходе сумматоров 8 и 9 формируют сигналы дТм - разность средней и минимальной температур и дТм- разность максимальной и средней температур равные:(7) макс макс ТР 3 начения величин дТмц и дТмакс характеризуютнеоднородность температурного поля слоя. Действительно, чем меньше значения дТи дТ тем равномернее в объеме слоя прогрет зернистый материал, следовательно, однороднее температурное состояние слоя.Сигналы ЬТ и дТНаправляют на входы соответственно регуляторов 10 и 11, куда подают также задания дТ ма и дТ соответственно. Последние определяют заданный уровень неоднородности температурного поля в слое зернистого материала. В регуляторах корректируют постоянную составляющую и амплитуду пульсаций подачи греющего газа. Для этого сигналы дт ;к, и дтмин сравнивают с ьт Э и дТмз по результатам сравнения корректируют параметры, в частности постоянную составляющую и амплитуду проявляется и в ходе выполнения пуска (например, спекание материала в локальных зонах слоя), а не только от пуска к пуску, для обеспечения требуемого качества процесса разогрева необходимо корректировать параметры пульсирующей подачи газа. Корректировку параметров осуществляют при отклонении величин, характеризующих неоднородность температурного поля слоя, от их заданных значений. При реализации предлагаемого способа в качестве корректируемых параметров приняты постоянная составляющая и амплитуда пульсаций, а величин, характеризующих состояние слоя - минимальная Т, максимальная Т , и средняя Т температуры.В вычислительном блоке 5 одновременно с Т,. определяют также величины Ти Т, по формулампульсирующей подачи газа по следующей формуле;(. ) - К(лТ(с. )-ьТ,), (8) фЩ. фс 3входные с гналы р е гуля то - ра;входной сигнал в момент времени С3выходной сигнал регулятора; у(,)=угде аТ(1) =и аТ аТ у=У;У-у( )и у(1: )- выходные сигналы в моментвремени С и С, соответственно, =,2,; К= К; К настроечный параметр регуОлятора, который подбирается опытным путем.П р и м е р. При локальном перегреве слоя, что характерно для участков слоя с малой плотностью зернистого материала, нарушается заданный уровень неоднородности температурного поля и ьТЬТ . В этом 25 случае регулятор 10 в соответствии с формулой (8) уменьшает амплитуду У пульсирующей подачи газа пропорционально отклонения ьТ (разность максимальмаксной и средней температур) от ьТ , ЗО (заданное значение). Такое изменение амплитуды приводит к снижению козффициента теплоотдачи от газа к материалу и, следовательно, к устранениюфф ц 35 та теплоотдачи оказывается чрезмерным и максимальная температура приближается к средней температуре на более близкое расстояние, чем заданный уровень неоднородности, т.е. ока О зьвается, что аТ ,аТ , то регулятор в соответствии с формулой (8) увеличивает пропорционально отклонению Т. ., от ьТ амплитуду пульсирующей подачи газа45Пусть нарушение требуемого уровня качества разогрева обусловлено отклонением минимальной температуры от средней и величина отклонения такова,. что ТьТ. Причиной такого на рушения является ухудшение процесса теплообмена в зонах слоя с плотной упаковкой зернистого материала. В этом случае регулятор 11 в соответствии с формулой (8) уменьшает составляющую пульсирующей подачи газа пропорционально отклонения ь.Т,Ь от а Т, Такое оздействие схемы уп,МИНравления интенсифицирует теплообмен греницего газа зон слоя с плотной уц.оковкой зернистого материала, что нриФводит к выравниванию температурного поля. Кроме того, уменьшение значения Ц может вызвать снижение скорости разогрева слоя в целом. Однако снижение скорости разогрева слоя вызывает срабатывание регулятора 7, который компенсирует нежелательное уменьшение темпа разогрева слоя увеличением температуры газа на входе слоя и тем самым стабилизирует заданную скорость разогрева слоя.коррекция параметров регулирующего воздействия - пульсирующей подачи греющего газа, выполняется избирательно в зависимости от характера отклонения регулируемых величин от заданного уровня качества процесса разогрева. Использование предлагаемого способа повышает управляемость пусковым процессом, а следовательно, улучшает динамические свойства объекта управления.Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и яСпособ автоматического управ - ления процессом пуска аппарата с неподвижным слоем катализатора путем измерения температурного градиента ъ поперечном сечении и по высоте слоя катализатора, подачи - газа на вход аппарата и регулирования температуры газа на входе путем подвода тепла, отличающийся тем, что, с целью интенсификации и повышения качества пускового процесса, осуществляют пульсирующую подачу газа на вход аппарата, по измеренному температурному градиенту определяют скорость разогрева слоя и текущие значения параметров неоднородности температурного поля в слое, стабилизируют скорость разогрева слоя на заданном значении изменением температуры газа на входе аппарата, определяют рассогласование текущих значений парамет - ров неоднородности температурного поля в слое с их граничными значени -ями и в зависимости от величины этого рассогласования корректируют параметры пульсирующей подачи газа на вход аппарата.2. Способ по п.1, о т л и ч а вщ и й с я тем, что в качестве текущих значений параметров неоднородности температурного поля в слое при301480 Составитель Г.ОгаджановРедактор М.Бланар Техред Л.Сердюкова Корректор И.Эрдейи Заказ 1174/8 Тираж 511 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул,Проектная,4 нимают величины разности средней температуры в слое и ее минимального значения и максимальной температуры в слое и ее среднего значения.3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве параметров пульсирующей подачи газа на вход аппарата используют амплитуду и постоянную составляющую пульсаций подачи газа.Ю4. Способ по пп.1-3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что амплитуду пуль саций подачи газа корректируют пропорционально величине отклонения разности максимальной температуры вслое и ее среднего значения от заданного. значения этой разности, апостоянную составляющую пульсаций подачи газа корректируют пропорционально величине отклонения разности средней температуры в слоеи ее минимального значения отзаданного значения этой разности.