Устройство для автоматического управления процессом пиролиза в трубчатой печи

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПИРОЛИЗА В ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ Изобретение относится к устройствам для автоматического уцравления пиролизными печами в производстве олефинов и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности для производства этилена и других мономеров.Известно устройство для автоматического управления процессом пиролиза в многопоточной трубчатой печи, содержащее датчик, регулятор и регу 10 лирующий клапан для регулирования температуры пирогаза на выходе изЪпечи, датчики температуры стенок змеевиков, усреднители, узел вычисле 15 ния функции жесткости и регулятор средней функции жесткости, блок выбора максимального. сигнала и регулятор максимальной температуры, регуляторы и регулирующие клапаны на лини 20 ях подачи топлива в отдельные рядь горелок, а также датчики расхода сырья в змеевики печи 1 . Устройст во осуществляет регулирование средней функции жесткости воздействием на подачу топлива в отдельные ряды горелок в зоне начальных участков змеевиков и поддерживает максимальную температуру стенок пирозмеевиков на их конечных участках воздействием на подачу топлива в соответствующие ряды горелок.Известно также устройство для автоматического управления тепловым режимом трубчатой пиролизной печи, содержащее последовательно соединенные датчик температуры пирогаза на выходе печи, регулятор и клапан подачи топлива в печь, датчик расхода сырья в печь, подключенньй к первому входу блока управления, датчик температуры поверхности стенки змеевика, соединенный со -входом блока сравнения, блок;коррекции и клапаны на линиях подачи топлива в отдельные ряды горелок 12.Общим недостатком известных устройств является то, что управление887 б 2 50 величиной реакционной зоны процессапиролиза осуществляется без учетавыхода целевых продуктов с печи,который в определяющей степени зависит от температурного профиля по дли-,не змеевика В результате этого температурный профиль по длине змеевика.отличается от оптимального, что снижает производительность печи по целевым продуктам. 1 ОЦелью изобретения является повышение производительности печи.Цель достигается тем, что известное устройство дополнительно содержит датчик расхода топлива в печь,,цатчики и регуляторы расхода топлиВа в отдельные ряды горелок и датчиксостава пирогаза на выходе печи, приэтом датчик расхода топлива в печьпараллельно подключен ко второму входу блока управления и первому входублока коррекции, выход блока сравнения связан с третьим входом блокауправления, четвертый вход которогосоединен с выходом блока коррекции,подключенному, своим вторым входом к,датчику расхода сырья в печь, а третьим входом - к датчику состава пи.рогаза, выходы датчиков расхода топлива в отдельные ряды горелок параллель-,но подключены к остальным входам блока коррекции и ко входам своих регуляторов, выходы которых связаныс клапанами на линиях подачи топлива,а выходы блока управления подключенык регуляторам расхода топлива в отдельные ряды горелок.На рисунке схематично изображена .крупнотоннажная пиролизная печь 1,состоящая из конвективной 2 и радиантной 3 секций. Расход сырья в печь40измеряется датчиком 4. Общий расходтоплива на печь измеряется датчиком5, температура пирогаза на выходе изпечи измеряется датчиком би регулируется регулятором 7 и клапаном 8.Расходы топлива в отдельные ряды го-,релок измеряются датчиками 9,и регулируются регуляторами 10 и клапанами11. Информация от датчиков расхода5 и 9 поступает на входы блока 12коррекции, На входы этого блока поступает также информация от датчика4 и датчика 13 состава пирогаза. Выход блока 12 соединен со входом блока 14 управления, другой входкоторо-. 55го соединен с датчиком 15 температуры поверхности стенки змеевика через блок 16 сравнения. Входы блока о 414 подсоединены .также к датчикам 4 и 5. Выходы блока 14 .управления подсоединены к камерам задания регул-. - торов 1 О расхода топлива в отдельные ряда горелок.Устройство работает .следующим образом.Контур регулирования, состоящий из датчика б, регулятора 7 и клапана 8, осуществляет стабилизацию температуры пирогаза на выходе из печи и при этом устанавливает определенный общий расход топлива на печь, .измеряемый датчиком 5.Контуры регулирования, состоящие из датчиков 9, регуляторов 1 О и клапанов 11, стабилизируют расходы топлива в отдельные ряды горелок.Информация от датчиков 5 и 9 поступает на входы блока 12, где вна. чале сглаживается но закону СИЗ ЕЬ 13 (Р 1 "И )где Г "ф- измеренное, значение расходатоплива на и-ом шаге; Г - сглаженное значение расходана ишаге; Г - сглаженное значение расхоГн 3да на и-ом шаге; Ф- - коэффициент сглаживания, равный 0,8-,1,0, подбирается экспериментальным путем. Цикл сглаживания информации равен 1 раз в 5 мин. Затем в блоке 12 путем решения системы уравнений, данными которой является текущая информация, поступающая от датчиков 4, 5, 9 и 13, определяются коэффициенты модели пиролиза % М 4%УИ,+ + "+ 4 тОГ 0 "С АМФМь , г, В = - + + + 1 иЭ, 10 рГ 2 СсеФфт 8 + - ++р ИЪ . 4 1"2 б ИЪК 1=Гс1 =(1=4-.э) где Г - текущие сглаженные значения расходов топлива в общий коллектор (Го) и отдельныеряды горелок (Г 4 и т.д.), поступающие от датчиков 5 и 9, нм /час;3 Г - измеренное датчиком 4 зна- С чение расхода сырья в печь, кг/час;887620 5 8 .- текущее значение выхода и 5 9 -ого целевого продукта (1 = 1 т 5) в печи, в кг/час,1 йЪп В 1 -(3) з1 оп Уогде С - измеренная датчиком 13 кон центрация 1-ого целевого продукта в пирогазе, вес.7; 1 в ,метановодородная фракция:О : 2 - этьен; 3 - этан; 4 - гропилен; 5 - бутилен-дивинильная фракция. 5 Рассчитанные из системы уравнений (2) коэффициенты К сглаживаются по закону, аналогичному (1)(4) К =К.,ф.1.М 1 МГм-1 ) 2 ф где К 1 - значение коэффициента, рассчитанное из системы (2) на 1,м.1-ом шаге; Кр, 1 - сглаженное значение коэффициента на 1 Мшаге, К- сглаженное значение ко- ьМ эффициента на М-ом шаге,30 оС - коэффициент сглаживания, определяется экспериментально в пределах 0,7-,"1,0. Цикл срабатывания блока 12 по. расчету коэффициентов равен 1. раз в 25-35 мин. 3В блоке 14 на основе информации, поступающей от датчиков 4 и 5, с выхода блока 16 сравнения и с выхода блока 12, а также из заданных значений расходов целевых продуктов с пе- фф чи, определяются управляющие воздействия регуляторов расхода топлива в отдельные ряды горелок. Вначале решается система уравнений относительно неизвестных Г 45ь Г 3 .6 - и а= - ф - + "+ -Го Го 1 СМ 3 сза 2. К 2.См 10 (5)го Го Ро Ъ 4, 5иЪэ о = - + - +- - К Рг, о " Г, где К См - сглаженные значения коЯ (1=1-:5) эффициентов модели,поступающие из блока 12; Г - искомые значения управляющих воздействий,выдаваемые регуляторомрасхода топлива в отдельные ряды горелок,мм 3/ч;8) - заданные значения рас(1=1-5) ходов целевых. продуктовс печи, кг/ч.Прежде чем блок 13 выдаст значения Гв качестве заданий на соответ 1ствующие регуляторы, в блоке 16 проверяется значение температуры стенкипирозмеевика на его конечном участке.Если измеренное значение температурыстенки нь вьппе допускаемого, то рассчитанные значения Г 1 без всякойЪкорректировки формируются и выдаютсяна соответствующие .регуляторы Еслиже измеренное. значение температурыстенки больше допускаемого значениярассчитанные значения Г подлежаткорректировке в зависимости. от разности температур:ЬТ=Т ф" 1 (6)Если ЬТ=.0-10 С, тоба=0-3 нм/чо 3 3Если ОТ=10-20 С, тоЬГ =3-5 нм/ч (7)о З 1 3Если ь 20 С, то Г=5+8 нм/чКорректировка значений Г осуществляется по законурз э+, ф1 1то есть увеличивается расход топливав регулируемые ряды горелок, тем самым снижается расход толива в последний нерегулируемый ряд 1 орелок,обогревающий пирозмеевик на конечном участке, и температура стенкиэтого, наиболееподверженного опасности перегрева, участка змеевикаснижается, Общий расход топлива напечь, устанавливается клапаном 8,остается неизменным.Значения 6 Гдля каждой конкретной печи определяются. экспериментально в указанных пределах,Цикл срабатывания блока 14 совпадает с циклом срабатывания блока 12,цикл срабатывания блока 16 составляет от 5 до 15 мин и выбирается экспе"риментально для конкретной пиролизнойпечи.При изменении заданий по выходамцелевых продуктов устройство осуществит перераспределение тепла по длине пирозмеевика таким образом, чтобытекущие выходы целевых продуктов спечи соответствовали заданным.Таким образом, изобретение позволяет управлять выходами целевых про 887620дуктов с печи плавным регулированием температурного профиля по длине .ирозмеевика, одновременно осуществляется контроль.и регулирование температуры стенки участка пирозмеевика, З который, испытывает наибольшую тепЛовую нагрузку. Это. позволяет увеличить производительность пиролизной печи по целевым продуктам.Вместо датчиков. расхода топлива 16 в отдельные ряды горелоки общего расхода топлива в данном устройстве могут быть использованы соответственно датчики давления топлива на отдельных рядах горелок и общего 15 давления топлива. на печь.Использование данного устройства позволяет увеличить выход основных целевых продуктов на 1-37.ЮФормула изобретенияУстройство для автоматического управления процессом.пиролиза в труб чатой печи, содержащее, последовательно соединенные датчик температуры пирогаза на выходе печи, регулятор и клапан подачи топлива в печь, датчик расхода сырья в печь, подключен- ЗО ный к первому входу блока управления, датчик температуры поверхности стенки змеевика, соединенный со входом блока сравнения, блок коррекции н клапаны на линиях подачи топливав отдельные ряды горелок,. о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения. производительности печи,оно дополнительно содержит датчикрасхода топлива в печь, датчики нрегуляторы расхода топлива в отдельные ряды горелок .и датчик составапирогаза на выходе печи,. при этомдатчик расхода топлива в печь параллельно подключен.ко второму входублока управления и первому входублока коррекции, выход блока сравнения связан с третьим входом блокауправления, четвертый вход. которогосоединен с выходом блока коррекцииподключенному своим вторым входом кдатчику расхода сырья. в печь, а третьим входом - к датчику состава пирогаза, выходы датчиков расходатоплива в отдельные ряды горелок параллельно.подключены к остальнымвходам блока коррекции .и ко входамсвоих регуляторов, .выходы которыхсвязаны с клапанами на линиях подачитоплива, а выходы блока управленияподключены к регуляторам расходатоплива в отдельные ряды горелок.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 416375, кл. С 10 6. 9/20, 1970.2, Авторское свидетельство СССР9507615, кл. С 10 0 9/20, 1973.887620 Составитель Г.Огаджановецова Техред З.фанта ктор Т Подписикомитета СССРоткрытий я наб., д. филиал ППП "Пат Ужгород, ул ктна 0685/5 Тираж 55 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Раушска