Система автоматического регулирования состава азотоводородной смеси в производстве аммиака

ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН г,: ОГО РЕГУЛИРОДНОЙ СМЕи одю) ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(21) 4015118/31-26 (22) 29,01,86 (46) 30.10.87. Бюл, )п 40 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции и Новолипецкий металлургический комбинат (72) Г.А.Статюха, А.В.Федоров, А.С.Минаков, С.И,Веригин, М.Г,федоров, В.А.Карасева и Т,В.Стельмашенко (53) 66,012-52 (088,8) (5 о) Авторское свидетельство СССР )ф 962206, кл. С О 1 С 1/04, 1981.Федоров А.В" Программный модуль управления составом азотоводородной смеси в производстве аммиака. - В сб.: Химическое машиностроение, вып.33 Киев, 1981, с. 91-95.5 4 г(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКРОВАНИЯ СОСТАВЛ АЗОТОВОДОСИ В ПРОИЗВОДСТВЕ АММИАКА(57) Изобретение относится к системе автоматического регулирования состава аэотоводородной смеси в производстве аммиака, может быть использова- но в химической промьппленности и позволяет увеличить производительность установки за счет повьппения качества регулирования, Система содержит контур регулирования концентрации водорода в циркуляционном газе, датчик 9, регулятор 10, сумматор 11клапан (К ) 25 подачи азота в стадию 3 охлаждения, На выходе первой установки разделения и входе первой установки синтеза расположены измерители 12,15 расхода свежей смеси,1348298 связанные с сумматором 14, подключенным к входам порогового элемента 17,соединенного с входом элемента 19совпадения, и блока умножения 18,соединенного с одним иэ входов блока 24 умножения, Выход элемента 19через компенсатор 22 связан с К 26подачи азота в стадию дозировкии через другой вход блока 24 умножеИзобретение относится к автоматическому управлению химико-технологическими процессами и может быть использовано в промьппленности по производству минеральных удобрений при 5 автоматизации установок синтеза аммиака, работающих на аэотоводородной смеси, получаемой в установках низкотемпературного разделения коксово 10 го газа.Цель изобретения - увеличение производительности установки синтеза аммиака за счет повьппения качества регулирования состава азотоводородной15 смеси.На чертеже приведена функциональная схема системы.Регулируемый процесс осуществляется в несколько стадий, реализуемых2 И на технологических линиях переработки коксового газа с получением аммиака.Очищенный от примесей коксовый газ подают на стадию 1, где в результате низкотемпературного охлаждения и конденсации из газа удаляют ряд фракций (воду, этилен, метан), Затем на стадии 2 происходит отмывка жидким азотом от углекислого газа (СО),30 После этого получают смесь, содержажащую примерно 852 Н и 152 М. Затем на стадии 3 дозировки в смесь добавляют требуемое для синтеза аммиака количество азота. Полученная свежая аэотоводородная смесь охлаж- З 5 дает противотоком прямой поток исходного коксового газа и после компримирования до высокого давления подается на стадию синтеза в цикл синтеза аммиака, В колонне 4 синтеза образуется аммиак. Стадии 1-3 осуния - с сумматором 11. Лругие входыэлемента 19 соединены с выходамивзаимосвязанных пороговых элементов13 и 16. При этом вход элемента 13подключен к измерителю 2, а входыэлемента 16 - к измерителям 20 и 21расхода свежей смеси на выходах соответственно второй установки разделения н второй установки синтеза, 1 ил,ществляются в первой установке разделения коксового газа. Колонна 4 синтеза входит в состав первой установки синтеза. Параллельно к технологической линии со стадиями 1-3 и колонной 4 синтеза подключена вторая технологическая линия со стадиями 5-7охлаждения коксового газа, отмывкиот СО и дозировки соответственно ивторой колонной 8 синтеза,Стадии 5-7 осуществляются во второй установке разделения, а втораяколонна 8 входит в состав второй установки синтеза, Параллельное включение колонн синтеза объясняетсянеобходимостью обеспечения работоспособности всех колонн при уменьшении производительности какой-либо изустановок разделения коксового газаили при выходе иэ строя какого-либокомпрессора подачи аэотоводороднойсмеси.Система регулирования содержитдатчик 9 концентрации водорода вциркуляционном газе, регулятор 1 Оконцентрации водорода в циркуляционном газе, первый сумматор 11, измеритель 12 расхода свежей смеси навыходе первой установки разделения,первый пороговый элемент 3, второйсумматор 14, измеритель 15 расходасвежей смеси на входе первой установки синтеза, второй пороговый элемент 16, третий пороговый элемент17, первый блок 18 умножения, элемент 19 совпадения, измеритель 20расхода свежей смеси на выходе второй установки разделения, измеритель21 расхода свежей смеси на входевторой установки синтеза, компенсатор 22, измеритель 23 положения вен10 15 20 25 30 35 45 50 тиля подачи дозировочного азота на второй установке разделения, второй блок 24 умножения, вентили 25 и 26 подачи дозировочного азота на первую и вторую установки разделения.Датчик 9 предназначен для формирования величины А - концентрации водорода в циркуляционном газеПервый сумматор 11 предназначен для формирования результирующего управления, равного сумме управлений, подаваемых на входы сумматора, и для выдачи результирующего управления на регулирующий орган.Измеритель 12 расхода свежей смеси на выходе первой установки разделения предназначен для формирования величины 0 расхода свежей азотово 1дородной смеси, подаваемой с первой установки разделения коксового газа.Первый пороговый элемент 13 предназначен для сравнения величин, подаваемых на его входы. Если величина, подаваемая на второй вход этого элемента, превышает величину, подаваемую на первый вход этого элемента, более чем на величину константы Й на выходе первого порогового элемента 13 появляется соответствующий сигнал.Второй сумматор 14 предназначен для формирования разности между величиной, подаваемой на его второй вход, и величиной, подаваемой на первый вход этого сумматора.Измеритель 15 расхода свежей смеси на входе первой установки синтеза предназначен для формирования величины Г расхода свежей азотоводородной смеси, подаваемой на вход первой установки синтеза аммиака.Второй пороговый элемент 16 предназначен для сравнения величин, подаваемых на его входы. Если величина, подаваемая на первый вход этого элемента, больше величины, подаваемой на его второй вход, более чем на величину константы Д , на выходе порогового элемента 16 появляется соответствующий сигнал. Третий пороговый элемент 17 предназначен для сравнения величины, подаваемй на егоной константой Л , Если входная величина этого элемента больше константы Д , на выходе порогового элемента 17 появляется соответствующий сигнал,Первый блок 18 умножения предназначен для умножения входной величинына величину 0 = - где 9 - настро 3РРечная константа (,3 = 0,4 - 0,7), аР - также константа, равная эталонной разности расходов Г иЭлемент 19 совпадения предназначен для выдачи сигнала о возможностикомпенсации возмущающего воздействия,который формируется с помощью элемента 19 при наличии сигналов навсех его трех входах. Если хотя бына одном входе элемента 19 нет соответствующего сигнала, отсутствует исигнал на выходе элемента 19 совпадения,Измеритель 20 расхода свежей сме .си на выходе второй установки разделения предназначен для формированиявеличины расхода свежей азотоводорэдной смеси, подаваемой с второй установки разделения коксового газа.Измеритель 21 расхода свежей смеси на входе второй установки синтезапредназначен для формирования величины Г расхода свежей азотоводороднойсмеси, подаваемой на вход второйустановки синтеза,Измерители 12, 15, 20 и 21 могутбыть реализованы на базе промышленных расходомеров,Компенсатор 22 предназначен для выработки управляющего сигнала, корректирующего подачу дозировочного азота на первой установке разделения и компенсирующего возмущающие воздействия, возникающие при изменение положения дознровочного вентиля подачи азота на второй установке разделения, Передаточная функция компенсатора 22 задается из условия инвариантности концентрации А кположению дозировочного вентиля подачи азотана второй установке разделения при эталонном значении разности Г 1 - 0, (т е, при Г - 0.1 = Р). В частном случае компенсатор 22 может иметь структуру усилительного звена.Измеритель 23 предназначен для формирования и передачи сигнала по величине Ч - положению дозировочного вентиля 26 подачи азота на второй установке разделения. В частном случае измеритель 23 может быть реализован с использованием датчика давле 134829810 15 ния, фиксирующего величину давления воздуха, перемещающего шток вентиляВторой блок 24 умножения предназначен для уточнения величины управления, вырабатываемого компенсатором 22, умножением ее на величину, формируемую в первом блоке 18 умножения.Вецтиль 25 подачи дозировачцога азата на первой установке разделения предназначен для изменения количества азата, подаваемого в азотавадарадну и смесь, получаемую в первойустановке разделения коксового газа.Изменение положения этого вентиля приводит к изменению концентрацииводорода и смеси ца выходе устанавки разделения и в системе циркуляции, Система работает следующим образом,При помощи датчика 9 формируется величина А концентрации водорода в циркуляциаццам газе первой установки синтеза, которая подается на вход регулятор 1 О В камеру задания регулятора 1 О подается задание па величине А, При помощи регулятора 10 формируется управление из условия устрице 1 ця рассогласования между заданием ца А н з 11 ачецием А. Это управление подаетея на вход первого сумм;1 тара 11, С помощью измерителя 12 Формируется величина 0 расхода свежей смеси ца выходе первой устанавки разделения, которая подается на вход первого порогового элемента 13 и втОрого сумматора 14, При помощи измерителя 15 формируется величина 1., ресхада свежей смеси на входе первой установки синтеза и падается на другой вход второго сумматора 14Г помощью последнего формируется разность между величинами расходов01Бь 1 хадцая ие:п 1 чица второго сумматора 14 (Г 1 - 0.1 подается на вход третьего пар 1 гав га элемента 1/ и на вход пер.-ага блока 18 умнаж 11 ия, С помащь 1 и третьего парагавага элеМЕНта 17 ВЕЛцгц 111.1 раз 11 аСтн Г - 01 -1 СРаВНИВаЕТСЯ С попа,цтЕЛЬНОй КОЦС- тантай а и прц Г, - 0 ) а выдается сигнал ца пер :,и. в.:ад элемецта 19 совпадения, С цамаи 1 ью измерителя 20 Формируется ве:1 ичцна (1 расхода свежей смсси ца выходе Второй установки разделения и падается на вход первого порогового элсмецта 3 и вход вта -70 75 30 35 40 45 50 рого порогового элемента 16. При помощи измерителя 21 формируется величина Г расхода свежей смеси на вхогде второй установки синтеза и подается ца вход второго порогового элемента 16, При помощи первого порогового элемента 13 сравниваются величины О, и О и при 0 ) 0+А, вьща 2ется сигнал на второй нход элемента 19 совпадения, д,-. константа. При помощи второго порогового элемента 16 сравниваются неличины г и Г и при ОГ + Д где 1 - конг фста 11 та выдается сигнал на третий вход элемента 19 совпадения, С выхода элемента 19 подается сигнал на первый вход компенсатора 22, вкл чая кампенсатор 22 в случае поступления сигнала на все три входа элемента 19. Если хотя бы на одном входе элемента 19 отсутствует сигнал,компенсатор 22 выключается. При помощи измерителя 23 формируется величина Мг положения дозировочного вентиля 26 подачи азота на второй установке разделения и подается на второй вход компенсатора 22. При помощи первого блока 18 умножения формируется произведение разности Г - Она константу О, Сформированная величина подается на второй вход второго блока 24 умножения, С помощью компенсатора 22 при наличии сигнала о включеции от элемента 19 совпадения вырабатывается компенсирующее воздействие для возмущения по И . Выходнаявеличина компенсатора 22 подается на первый вход второго блока 24 умножеция, где умножается на выходную величину первого блока 18 умножения. Выходная величина второго блока 24умножения подается на вход первого сумматора 11, с помощью которого суммируется управление, вырабатываемое регулятором 10, с выходной величиной второго блока 24 умножения и выдается результирующееуправление на вентиль 25 подачидозиравочнаго азота на первой установке разделения, С помощью вентиля25 изменяют подачу азота и поддерживают требуемую величину концентрациии циркуляциаццам газе первой установки синтеза Описанный учет расходов 11 0 и Г позволяет корректировать положецие вентиля 25 с помощью компенсатора 22 и блока 24 умножения лишь348.") 8 15 35 10 Составитель Т,ГолешинаРедактор М.Петрова Техред Л.Сердюкова Корректор О,Кравцова Заказ 5159/22 Тираж 455 ПодписнсеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открь 1 тий113035, Москва, Ж, Раушская аб д,4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул,Проектная,4 71 при действительном наличии воэмушающего воздействия, Для регулирования концентрации водорода в системе циркуляции второй установки синтеза может быть использована система регулирования, аналогичная предлагаемой,либо система, приведенная и качестве прототипа.Система может быть реалиэонаа как с использованием УВМ, так и на базе стандартных аналоговых средств автоматизации.Данная система обеспечивает по сравнению с прототипом более высокое качество регулирования состава аэотоводородной смеси в производстве аммиака, поскольку позволяет камнесировать одно из наиболее мощных ноэмущений, поступающих на колонну синтеза. Компенсация рассматриваемоговозмущения приводит к существенномуповьппению стабильности технологического процесса и увеличению его производительности,Ф о р м у л а и з о б р е т е и и я Система автоматического регулирования состава азотоводородной смеси в производстве аммиака, состо,шая из двух параллельных технологических линий, каждая из которых включает в себя установки разделения коксового газа и синтеза аммиака, содержащая измерители расхода свежей смеси на входе первой и второй установок синтеза, датчик концентрации водорода в циркуляционном газе первой установки синтеза, соединенный с входом регулятора, и вентили подачи дозировочного азота на первую и вторую установки разделения, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увели,чения производительности установки синтеза аммиака за счет повышеия качества регулирования состава аэо,товодородной смеси, она дополнительо содержит дна с умматора, измерители васхода свежей смеси на выходепервой и второй установок разделения,три пороговых элемента, дна блокаумпожеия, элемент совпадения, компенсзт 1, измеритель положения вентиляподачи дозироночного азота на вторуюустановку разделения, при этом выход измерителя расхода снежей смесиа нь;ходе первой установки разделенияпараллельо подключен к первым входам первого порогового элемента ивгорого сумматора вторые входы ко-.орого связаны с выходами измерителейрасхода свежей смеси соответственноа выходе второй устаовки разделения и входе первой установки синтеза,герный и второй входы второго порогового элемента подключены к выходамизмерителей расхода свежей смеси навыходе второй установки разделенияи входе второй установки синтеза,выход второго сумматора параллельносоединен с входами первого блока уможеия и третьего порогового элемента, додкпючеого своим выходом кпервому входу элемента совпадения,втройтретий входы которого свяэапь с выходами соответственно первогои второго пороговых элементов, вых эдемета . совпадения соединен спсрньм входом компсатора, второйвход которого связан с выходом измерителя положения вентиля подачи доэироночного азота на вторую установку разделения, выход компенсатораподключен к перному входу второгоблока умножеия, соединенного своимнторьм нходом с выходом первого блока уможеия, а выходом - с первымвходом первого сумматора, выход регулятора связан с вторым входом первого сумматора, выход которого подключен к вентилю подачи дозировочного азота на первую установку разделения.