Устройство для имитации и управления пиролизной печью

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ СПУБЛИН 09) ТАЦИИ И УПР ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(56) Авторское свидетельство СССРВ 747880, кл. С 10 С 9/20, 1978.Авторское свидетельство СССРВ 881111, кл. С 10 С 9/20, 1979. С 10 С 9/20, С 05 Р 27/00(5 Й) УСТРОЙСТВО .ДЛЯ ИМИ ЛЕНИЯ ПИРОЙИЗНОИ ПЕЧЫО (57 Изоб етение относ) ится к устройству для имитации и управления пиролизной печью, может быть использовано в химической промьппленности и позволяет повысить производительность печи и оперативно обучать персонал, Устройство содержит датчики (Д) 2 и 3 расхода сырья и пара, связанные с соответствующими регуляторами ч и 5, воэ1291599 действующими на исполнительные механизмы (ИМ) 6 и 7 подачи сырья и парав печь 1, На выходе последней установлены Д 8 температуры, связанныйчерез регулятор 9 с ИМ 10 подачи топлива в печь 1, и Д 14 давления, Навыходе эакалочно-испарительного аппарата 13 установлены Д 12 состава иЛ 15 температуры пирогаза, соединен.1Изобретение относится к устройствам для управления и автоматическойимитации работы пиролизной печи и может быть использовано в химическойи нефтехимической промышленности приавтоматизации производства олефиновсредней и большой мощности,Целью изобретения является повышение производительности печи и оперативности облучения персонала.На фиг,1 представлена схема реали зации устройства; на фиг,2 - результаты имитации случайного процесса изменения состава пиролизного сырья(1 - иэопарафинов, 2 - н-парафинов,3 - нафтенов, 4 - ароматических углеводородов) бензиновой пиролизной печив производстве этилена типа ЭП;на фиг.3 - изменение выходов продуктовпиролиза (1 - этилена, 2 - пропилена)бензиновой пиролизной печи в производстве этилена типа ЭПв зависимости от изменения состава сырья и времени работы печи.Устройство содержит пиролиэную печь 1, датчики 2 и 3 расходов сырья и пара в печь, регуляторы 4 и 5 расходов сырья и пара, регулирующие клапаны 6 и 7 подачи сырья и пара, датчик 8 и регулятор 9 температуры на выходе печи, регулирующий клапан 10 подачи топлива в печь, датчики 11 и 12 состава сырья и пирогаза, закалочно-испарительный аппарат ЗИА 13, датчик 14 давления на входе ЗИА и датчик 15 температуры на его выходе, первый - третий блоки 16 - 18 умножения, первый и второй интеграторы 19 и 20, блок 2 1 расчета выходов продуктов, первый и второй блоки 22 и 23 коРрекции, блок 24 прогнозирования выходовпродуктов,ные с последовательно связанными блоком 18 умножения, генератором 20 иблоком 23 коррекции, Устройство содержит также последовательно соединенные блок 25 программаторов, блок24 прогнозирования выходов, блок 17умножения, интегратор 19, блок 27прогнозирования параметров аппарата.3 ил. 2блок 25 программаторов, блок 26 вычитания, блок 27 прогнозирования параметров ЗИА и блок 28 представления информации.5 Устройство работает следующим образом,Блок 25 программаторов позволяетзадавать в процессе имитации работыузла печь-ЗИА различные законы иэсменения расхода сырья в печь Р (1),пара Р (С), температуры процесса пиролиза Т(Т), состава пиролизного сырья С (С), где=1-3 (1 = 1 - иэопара 315фины, 2 - н-парафины, 3 - нафтены),Закон изменения ароматических углеводородов (1=4) определяется из выражения; 3СИ) = 1-СС,. (1)-120 С помощью блока 25 программаторовзадается также интервал времени ,на котором имитируется и исследуетсяработа узла печь-ЗИА. 25В третьем блоке 18 умножения определяется текущее значение расходакоксообразующих продуктов пиролиза,за который принята фракция с температурой начала кипения=200 С:нкР ВР - О (2)13 100Сгде Р - расход сырья в печь, измеряемыйдатчиком 2 расхода, т,ч;В - выход коксообразующйх продуктов пиролиза, измеряемый датчиком 12 мас,7.;Р, - расход коксообразующих продуктов, идущий с выхода узла 40 печь-ЗИА, т/ч.Во втором интеграторе 20 определяется текущая величина интеграла;(3) Во втором блоке 23 коррекции определяются значения параметров имитато 5 ра работы ЗИА.Вначале определяются величины изменения давления на входе в ЗИА и температуры на его выходе из-за закоксовывания узла печь-ЗИМ:ьР 1=Р - К - КТР - КатГ ; (4) ьт =т - К, - К,ТР - К тг", (5) после чего определяются параметры имитатора ЗИА по формулам 10 15Рч ФдР(7)13значения давления навходе в ЗИА и темпера 20туры на его выходе, измеряемые соответственно датчиками 14 и 15,кг/см и С;25температура пирогазана выходе из печи, измеряемая датчиком 8,расходы сырья и парав печь, измеряемые датчиками 2 и 3, т/ч;параметры имитатораработы ЗИА, определяются и корректируютсяпри работе устройствапо формулам (6) и (7)в пределах: К,где Р и Т Т Р и Р" К - К 1 кгс/см0 005 - О 015 ----Э Эт400,3-0,9С/т,К 1К - К - параметры, отражающиезависимость давления,на входе и температуры 45на выходе незакоксованного ЗИА от режимаработы печи, определяются экспериментальнодля каждого конкретного производства этилена,Для производства типа ЭПони равны: К =0,25 кгс/см; К =21,0 х х 10 кгс/ч/ТСсм; К = 53,0 х х 10 кгс/ч/Т С см; К а =332,4 С; 55 К =567,0 х 10 ч/т; К =864 х 10 ч/т.В первом блс ке 16 умножения осуществляется расчет величины изменения выходов продуктов пиролиэа в зависимости от степени закоксовыванияузла печь-ЗИА, определяемой по величине изменения давления ьР, . Расчет ведется по формулеьВ=Ы 1 ьръъ (8)где ьР - величина изменения давлеМния на входе в ЗИА, определяемая в блоке 23, кгс)см;коэффициенты, отражающиевлияние изменения давленияна выходе в ЗИА на выходх-го продукта пиролиза (1==1-137), см /кгс;- номер продукта пиролиэа:1 - водород; 2 - метан,3 - ацетилен, 4 - этилен,5 - этан, 6 - пропилеи,7 - дивинил, 8 - бутилены,9 - бутаны, 10 - бензол,11 - толуол, 12 - бензин,13 - фракция с температурой начала кипения. 200 С,Коэффициенты определяются экспериментально для каждого конкретногопроизводства и являются постоянными величинами, не зависящими от изменениядавления,Для производства этилена типа ЭП 300 они равны: , = -0,2;= -1,9;А = -0,024; о, = -1,2;= 0,3;В блоке 26 вычитания определяетсясостав пирогаза, соответствующий незакоксованному узлу печь-ЗИА, Расчетведется по формуле,В; =В; - ьВ;, (9)где В. - концентрация -го продуктапиролиза, измеряемая датчиком 12, мас,7.;ьВ; - величина изменения выхода-го продукта иэ-за закоксовывания узла печь-ЗИА, мас.Х;оВ - расчетное значение концент 1рации -го продукта в пирогазе на выходе незакоксованного узла печь-ЗИА, мас.7.;Информация о значениях величин В .поступает на вход блока 21, куда поступает также информация о групповомсоставе сырья (С) от датчика 11.Блок 11 на основании последних четырех замеров величин Са и соответствующих им значений В; определяеттекущие значения выходов продуктовпри пиролизе отдельных классов угЛеводородов В; . Расчет осуществляется7 1291599ния на входе ЗИА и температуры пирогаза наего выходе.ПмРассчитанные величины В, (г.), Р;, дРР Т" поступают на входы блока 5 ф 328 представления информации. На основании полученной информации выбирается стратегия управления пиролизной печью в зависимости от состава пиролизного сырья, которая реализуется 10 на объекте.При имитации работы пиролиэной печи в производстве этилена типа ЭП (фиг.2 и 3) значения расхода сьфья, пара в печь и температуры15 пирогаэа на ее выходе постоянны и равны Р =7,5 т/ч, Р =4,0 т/ч, То=840 С, а изменение состава сырья носитслучайный характер, описываемый нормальным законом распределения, и реализуется в блоке программаторов с помощью генератора случайных чисел, Время исследования=1214 ч. Максимальный диапазон изменения выхода этилена и пропилена от действия возмущений по составу сырья 1,39 и 0,73 мас,соответственно, а средние выходы из-за эакоксовывания узла печь-ЗИА снижаются на 1,4 и 1,0 мас, ,Формула изобретения Устройство для имитации и управления пиролиэной печью, содержащее контуры регулирования расхода сырья и пара в печь и температуры на выходе печи, каждый из которых содержит последовательно соединенные датчик, регулятор и регулирующий Клапан, датчик состава сырья, подключенный к первому входу блока расчета выходов продуктов, датчик состава пирогаэа, блок программаторов и блок представления информации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности печи и оперативности обучения персонала, оно дополнительно содержит датчики давления на входе закалочно-испарительного аппарата и5 температуры на его выходе, два блока коррекции, три блока умножения, два интегратора, блок вычитания, блоки прогнозирования выходов продуктов и параметров закалочно-испарительного аппарата, при этом выход блока расчета выходов продукта соединен с первым входом первого блока коррекции, подключенного своими другими входами к 8датчикам расхода сырья, пара и температуры на выходе печи, а выходом - к первому входу блока прогнозирования выходов продуктов, датчик состава пирогаза параллельно соединен с первыми входами блока вычитания и третьего блока умножения, подключенного своим вторым входом к датчику расхода сырья, а выходом - к входу второго интегратора, датчик давления на входе закалочно-испарптельного аппарата параллельно соединен с первыми входами второго блока коррекции и блока прогнозирования параметров эакалочно-испарительного аппарата, датчик температуры на выходе эакалочно-испарительного аппарата параллельно соединен с вторыми входами второго блока коррекции и блока прогнозирования параметров эакалочно-испарительного аппарата, выход второго интегратора параллельно подключен к третьим входам второго блока коррекции и блока прогнозирования параметров закалочноиспарительного аппарата и второму входу блока прогнозирования выходов продуктов, четвертый, пятый и шестой входы второго блока коррекции подключены соответственно: к датчикам температуры на выходе печи и расходов сырья и пара, первый выход второго блока коррекции параллельно связан с четвертым входом блока прогнозирования параметров эакалочно-испарительного аппарата и третьим входом блока прогнозирования выходов продуктов, второй выход второго блока коррекции соединен со входом первого блока умножения, подключенного своим выхо- дом к второму входу блока вычитания, выход которого связан с вторым входом блока расчета выходов продуктов, четвертый, пятый и шестой входы блока прогнозирования выходов продуктов подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам блока программаторов, четвертый выход которого параллельно соединен с седьмым входом блока прогнозирования выходов продуктов и первым входом второго блока умножения, подключенному своим вторым входом к первому выходу блока прогнозирования выходов продуктов, выход второго блока умножения соединен с первым входом первого интегратора, второй вход которого связан с пятымвыходом блока программаторов, первый выход первого интегратора параллельно соединен с четвертым входом блокапро9 1291599 1 Огнозирования выходов продуктов и пя" формации, соединенному своим вторым тым входом блока прогнозирования па- входом с вторым выходом первого инраметров закалочно-испарительного ап- тегратора, а третьим входом - с втопарата, выход которого подключен к рым выходом блока прогнозирования выпервому входу блока представления ин ходов продуктов.,0 ЦО Время лоадега, 508 Л Составитель Г,ОгаджановРедактор Н,Егорова Техред М.Ходанич Корректор М,По Заказ 204/29 ВНИИПИ Государс по делам изобр 113035, Москва, И