Устройство для автоматической защиты процесса нитрования

,804862 07 В 43 05 Р 27/О ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОР ТВУ МУ С щения быстродействия и надежности работы устройства, оно дополнительно содержит датчики электропроводности реакционной массы в нижней и верхней частях реактора, температуры хлад- агента, напряжения на двигателе мешалки, давлений нитрующего и нитруемого компонентов, элементы И и электропневматический дискретный преобразователь, при этом датчики электропроводности реакционной массы в нижней и верхней частях реактора подключены к входам второго и третьего блоков уставок, первый выход второго блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых связаны с третьим и четвертым входами первого элемента ИЛИ, второй выход второго блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы которых связаны с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ, третий выход второго блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, выходы которых связаны с первым и вторым входами четвертого элемента ИЛИ, четвертый выход третьего блока уставок через свой фильтр параллельно соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, выходы которых связаны с первым:и торым входами второго элемента ИЛИ,ервый выход третьего блока уставок ерез свой фильтр параллельно соеднен с вторым входом второго злемена И и первым вкодом девятого эле(2) 3763579/23-26(7 1) Ленинградский ордена ОктябрьскойРеволюции и ордена Трудового Красного Знамени технологический институтим, Ленсовета и Ордена ТрудовогоКрасного Знамени химико-фармацевтический завод "Акрихин"(56) Авторское свидетельство СССРУ 306868, кл, В 01 Л 3/00, 1970,Безопасность труда в проьвпиленности, 1973, В 10, с. 57-58,(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПРОЦЕССА НИТРОВАНИЯ в реакторе непрерывного действия с мешалкой, содержащее блоки уставок, датчики давления хладагента, расходовнитрующего и нитруемого компонентов,фильтры, датчик температуры реакционной массы, подключенный к первомублоку уставок, элементы ИЛИ, клапанаварийного сброса реакционной массыи дозировочные насосы, при этом выход первого элемента ИЛИ через первый усилитель мощности подключен кдозировочным насосам, а выход второго элемента ИЛИ связан с вторым усилителем мощности, выходы третьего ви четвертого элементов ИЛИ подключе- пны к первому и второму входам перво- чго элемента ИЛИ, о т л и ч а юнщ е е с я т что, с целью повн т ем,.1194862 мента И, выход которого связан с пятым входом первого элемента ИЛИ, вто"рой выход третьего блока уставок через свой фильтр параллельно соединенс вторым входом третьего элемента Ии .с первым входом десятого элементаИ, выход которого связан с третьимвходом третьего элемента ИЛИ, третийвыход третьего блока уставок черезсвой фильтр параллельно соединен свторым входом шестого элемента И ипервым; входом одиннадцатого элементаИ, выход которого связан с третьимвхоДом четвертого элемента ИЛИ, четвертый выход. третьего блока .уставокчерез свой фильтр параллельно соединен с вторым входом восьмого элемента И и первым входом двенадцатогоэлемента И, выход которого связан стретьим входом второго элемента ИЛИ,первый выход. первого блока уставокчерез свой фильтр параллельно соеди 1Изобретение относится к управлениюпотенциальноопасными процессами хижческой технологии и касается, в частности, вопросов автоматической защитыпроцессов нитрования, сульфирования,хлорирования и других экэотермических процессов, осуществляемых в реакторах непрерывного действия (РНД)полного заполнения и интенсивногоперемешивания с целью предотвращениявыхода нх в область предаварийныхи аварийных режимов, которое можетнайти широкое применение в химической, нефтехимической, лакокрасочной,химико-фармацевтической, витаминной,пищевой и других специализированныхотраслях промышленности при синтезелекарственных препаратов, витаминов,полупродуктов, красителей лаков ипротивокоррозионных присадок к топлину для двигателей внутреннего сгорания,Наличие перемешивания являетсяважнейшим условием безопасного протекания процесса нитрования, Так какнитрование углеводородов протекаетглавным образом в кислотном слое, топри прекращении перемешивания и про 1 нен с вторыми входами первого и девятого элементов И, второй выход первого блока уставок через свой фильтрпараллельно соединен с вторыми входами седьмого и двенадцатого элементовИ, датчики расходов и давлений нитру.ющего и нитруемого компонентов черезсвои фильтры параллельно подключенык входам пятого элемента ИЛИ, выходкоторого соединен с вторыми входами.пятого и одиннадцатого элементов И,датчики давления и температуры хладагента через свои фильтры подключенык шестОму и седьмому входам первогоэлемента ИЛИ, датчик напряжения черезсвой фильтр параллельно соединен свторыми входами четвертого и десятого элементов И, а выход второго усилителя мощности через электропневматический дискретный преобразовательсвязан с клапаном аварийного сбросареакционной массы,2должающейся подаче реагентов в реакторе может накопиться большое количество органической фазы и нитрующейсмеси, очень медленно реагирующих на5 границе раздела фаэ в силу расслоения реакционной массы, Повторноевключение мешалки вызывает быстроепротекание реакции нитрования органической фазы в кислотном слое с бурным10 выделением большого количества тепла.Охлаждающая система реактора несправляется с отводом такого количества тепла, происходит резкое повышение, температуры реакционной массы,15 оканчивающееся выбросом, а иногда и. ее взрывом,Для реакторов последних разработок, характеризующихся большим значе" 20 нием критерия,Рейнольдса (160000):,при котором обеспечиваются практически безградиентные условия протеканияреакции нитрования и тем самым устраняются причины ее диффузионного тор можения, тепловая нагрузка являетсявозросшей и малейшие нарушения в режи.ме перемешивания могут явиться причиной весьма серьезных аварий.50 55 Особое значение поэтому приобретает оперативность контроля за наличием перемешивания, Использование дляэтих целей тахогенератора оказываетсянеэффективным при отрыве лопастей мешалки или поломке ее вала сигнал оботсутствии перемешивания не поступит.Существукщий. контроль за наличиемперемешивания по измерению мощности,потребляемой двигателем мешалки, также не дает достоверной информации:здесь оказывается большая чувствительность данного параметра к состоянию сальникового уплотнения валамешалки и правильному выбору установленной мощности двигателя.Отсутствие перемешивания, как показали экспериментальные исследования, быстрее всего можно определитьпо скачкообразному приращению электропроводности, происходящему в моментостанова мешалки вследствие расслоения реакционной массы на два слоя:верхний - органический и нижний -кислотный, При этом знак приращениясигнала по электропроводности зависит от места установки датчика,При его расположении в нижней частиреактора и останове мешалки он оказывается погруженным в кислотныйслой и сигнал по электропроводностиувеличится, а при расположении егов верхней части и останове мешалкион оказывается погруженным в органический слой, и сигнал по электропроводности уменьшится, Это свойстворезкого изменения сигнала по электропроводности в противоположных направлениях можно испольэовать для.современной и надежной передачи информации о возникновении аварийнойситуации в результате останова мешалки сразу по двум информационным каналам измерения одного и того же параметра реакционной массы в разныхзонах реактора. Следует отметитьтакже относительную простоту конструкции датчика по измерению электропроводности, высокую чувствительность самой измерительной системы иее превосходные динамические характеристики,Наряду с контролем наличия перемешивания по электропроводности реакционной массы, целесообразно также фиксировать подачу напряжения не- . посредственно к статорной обмотке двигателя мешалки, что позволяет по 5 10 15 20 25 30 35 40 45 лучить дополнительные гарантированные сведения о действительном состоянии мешалки, Это позволяет крометого, контролировать как исправностьсиловых контактов магнятиого пускателя двигателя мешалки, так и сам,факт подачи напряжения к двигателю.При нарушении дозировки, вызванном отказами в подаче нитруемого илинитрующего компонентов. происходитрезкое изменение электропроводностиреакционной массы. При этом, еслипроизошло нарушение в подаче нитрующего компонента в сторону уменьшения расхода, электропроводность возрастает, если нитруемого, то уменьшается,Электропроводность реакционноймассы является оперативным показателем изменения температурного режимав реакторе и поэтому наряду с двумядатчиками по косвенному контролювеличины данного параметра, расположенными в верхней и нижней частяхреактора, и датчиком температуры реакционной массы, установленным всредней зоне реактора, удается практически охватить температурным контролем реакционную массу по всему обьему реактора.При этом, чтобы правильно выработать соответствующие управляющие воз"действия при аварийном отклоненииэлектропроводности реакционной массы,замеряемой одновременно двумя датчиками, устанавливают следующую особенность: при отклонении сигналов поэлектропроводности, в противоположных направлениях аварийная ситуацияв реакторе возникает вследствие ос-танова мешалки; при отклонении сигналов по электропроводности в одномнаправлении причиной аварийной ситуации могут быть нарушения либо температурного режима, либо дозировкиисходных компонентов,Повышению надежности устройства защиты процесса нитрования путем устранения его ложных срабатываний способствует использование резервирования датчиков по контролю за возникновением аварийной ситуации и применение как новых логических элементов, так и новой взаимосвязи между элементами, при которых командный импульс на исполнительный механизм выработки противоаварийного управляющего воздействия поступит при нали 5 11948чии сигналов как минимум от двух датчиков о наличии аварийной ситуации,При поступлении сигнала о возникновении аварийной ситуации толькоот одного датчика исполнительный ме 5ханизм не срабатывает,Это позволяет свести к минимумувероятность логических срабатыванийавтоматической системы защиты АСЗпри относительно незначительных затратах .на повышение ее надежности,При этом система защиты остаетсяработоспособной .при любом виде отказе одного из трех .информационныхканалов контроля наличия аварийной 15ситуации.Возможность контроля состоянияпротекания процесса при использовании.двух датчиков электропроводности иодного температурного позволит исключить влияние локальных кратковременных (как правило неопасных) перегревов реакционной массы на ложноесрабатывание АСЗ,Сочетание одного входного (первичкого) параметра и двух выходных (вто"ричных) параметров для правильностиконтроля возникновения аварийной ситуации (отклонение температуры, останов мешалки, нарушение дозировки) ЗОи выработки противоаварийных управляющих воздействий (останов процессапрекращение процесса) предотвращаетложные срабатывания системы защитыпо той причине, что реактор как объект.защиты, являясь фильтром для случайных высокочастотных колебаний, действующих на вход объекта, не пропустит кратковременных колебаний входных параметров, а если длительностьих воздействий возрастает, что ужесамо по себе опасно, так как за этовремя произойдут и отклонения выходных параметров объекта. Только приналичии отклонений как минимум по 45двум параметрам (одного - входного,а другого - выходного) поступит сигнал о выработке противоаварийныхуправляющих воздействий,Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности работы устройства,На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства автоматической системы защиты (АСЗ); на фиг, 2 - струк. 55 турная, схема логического автомата за. щиты; на фиг, 3 - динамика электропроводности реакционной массы по 62двум датчикам при останове и повторном включении двигателя мешалки; нафиг. 4 - структурная схема контроляналичия напряжения на одной из фазстаторной обмотки двигателя мешалки,Устройство (фиг, 1) для автоматической защиты процесса питрованиясодержит реактор 1 непрерывногодействия полного зайолнения, змеевик2 и рубашку 3 охлаждения, мешалку 4и двигатель 5 привода мешалки, клапан6 аварийного сброса реакционной массыдозировочные насосы 7 подачи исходныхкомпонентов, входной и выходной патрубки 8 и 9 хладагента, переток 10реакционной массы в следующий реактор, датчики 11 и 12 давления итемпературы хладагента, датчик 13напряжения на двигателе мешалки, дат"чики 14 и 15 расхода и давления нитрукщего компонента, датчики 16 и 17расхода и давления нитруемого компонента,. датчик 18 температуры реакционной массы в реакторе, датчики 19и 20 электропроводности реакционноймассы в верхней и нижней частях реактора, преобразователи 21-24, вторичные приборы 25-27Первый, второй,и третий блоки 28-30 уставок, регулирующий прибор 31, клапаны 32 и33 на линии подачи хладагента в рубашку и змеевик, информационные каналы 35-52, логический автомат 53завиты (ЛАЗ) и управляющие каналы54 и 55 временного останова и полногопрекращения процесса,Логический автомат защиты (фиг, 2)содержит фильтры 56, первый - двенадцатый элементы И 57-68, первый - пятый ИЛИ 69-73, первый и второй усилители 74 н 75 мощности и электропневматический дискретный преобразователь 76,Устройство работает следукщим образом.Число уставок на каждом из блоков29-30 выбирается с учетом количествапротивоаварийных управлякщих воздействий, возможных по отклонению контролируемых параметров и их эффективности, а значения уставок, выбираемых по каждому из параметров, определяются исходя из требований попредотвращению возникновения экстремальных условий для развития аварийной ситуации,Для блока 28 по измерению температуры реакционной массы значениеуставок на выработку противоаварий- .ных управляющих воздействий выбираются из условия: Н(останов процесса)Нг (прекращение процесса),Значения уставок на электропроводности реакционной массы выбираютсяиэ следующих условий неравенства:для блока 25 связанным с датЧиком,расположенным в верхней части реактора Н(останов мешалки) ( Н (иаругшение дозировки) (НВ (останов процесса)Н(прекращение процесса);дляблока 26, связанным с датчиком,расположенным в нижней части реактора Н (останов мешапки)Н (нарушен2ние дозировки) )Н(останов процессаН(прекращение процесса).При достижении текущим значениемпараметров заданных значений уставок,выставленных на датчиках 11, 15 и 17преобразователе 21, вторичных приборах 22 и 23, блоках 28-30 уставок,отсутствии напряжения на датчике 13вырабатываются дискретные аварийныесигналы по каналам 34-52, поступающие,в ЛАЗ 53,Логика автомата защиты синтеэирована. таким образом, что выработкапротивоаварийного управлякщего воздействия осуществляется при достижении аварийного значения уставок какминимум по двум параметрам одновременно, исключив таким образом, воэможность ложного срабатывания системы защиты от случайного отклоненияодного из трех параметров,Лишь при наличии отклонений в параметрах хладагента показания датчиков 1 и 12 не дублируются показаниями воздействия, направленное наостанов процесса, .а вырабатываетсясразу, как только от них поступитсоответствующая информация.При нарушении дозировки прежде .всего отклоняются входные параметры,контролирующие режим ее протекания,а именно: расход нитрующего и нитруемого компонентов (датчики 4 и 167и давление их в линии подачи (датчики 15 и 17) и лишь при отклонениисигнала по одному из датчиков электропроводности поступит команда навременной останов процесса путем прекращения подачи дозируемых компонентов в реактор. Если после останова процесса отклонение температуры реакционной массы и электропроводности достигнет следующих аварийных значений уставокН и Н, то на основе полученнойвходной информации по каналам 44,48:и 52 хотя бы по двум измерительным каналам вырабатывает противоаварийное управляющее воздействие по каналу 55, направленное на прекращениепроцесса, реализуемого путем сбросасодержимого реактора.О Во избежание ложных срабатыванийот случайных наводок постороннимисигналами предусмотрена " фильтрациякратковременных возмущений с помощьюКС-фильтров с повторителями. В выход ных управляющих цепях установленыусилители 74 и.75 мощности, а в выходной цепи сброса реакционной массырасположен электропневматический дискретный преобразователь 16 типа 20 П 1 ПР. Логические элементы 57, 58и 65 совместно с логическим элементом 69 вырабатывают команду на отсечку подачи дозируемых компонентов припревьппении температуры реакционной 25 массы и наличии сигналов об этом хо 1тя бы по двум информационным каналамиз трех: 43 (температура реакционноймассы), 45 и 49 (электропроводностьреакционной массы).ЗО Информационные каналы 34 и 35 сигнализируют об отклонении параметровхладагента (температуры и давления),связаны с входами логического элемента 69.35Логические элементы 59 и 60 66 иУ71 вырабатывают команду на отсечкупри нарушении гидродннамического режима и наличии сигналов об этом хотябы по двум информационным каналам изтрех: 46 и 50 (электропроводностьреакционной массы), 36 (напряжениена статорной обмотке двигателя мешалки), поступающей на вход элемента 69.Информационные каналы 37-42 сигнализируют об отклонении входных параметров, характеризующие нарушениережима дозировки в подаче двух компонентов, а именно: понижение расходов компонентов каналы 37 и 40, минимальное понижение(каналы 39 и 4)и максимальное повышение каналы(39 и4)давление в линии подачи компонентов, и поступающие на вход элемента73. 55 Логические элементы:61 и 62, 67и 72 срабатывают команду на останов процесса при нарушении режима дозировки и наличии сигналов об этом хо 9 1 гя бы по двум информационным каналам из трех: 47 и 45 электропроводность реакционной массы ) и сигналу на выходе элемента 72, поступающему на вход элемента 69.Логические элементы 63 и 64, 68 и 70 вырабатывают команду на сброс реакционной массы при дальнейшем отклонении температурного режима в реакторе.и наличии сигналов об этом хотя бы по двум информационным ка иалам из трех: 44 (температура реакционной массы ) 48 и 52 (электропроводность реакцйонной массы), поступающей на вход усилителя 75 мощности. 194862На фиг. 3 представлена динамикаизменения электропроводности реакционной массы при расположении датчика-кондуктометра в нижней ( кривая 1 и верхней (кривая 2) частил Греактора, где ьи- времязапаздывания сигнала соответственнопри останове мешалки и ее последующем пуске,0Использование предлагаемого устройства для процессов нитрования позволит в 5 раэ увеличить его быстродействие и повысить надежность 15 работы, сократив количество ложныхотказов и срабатываний.11.94862 оставитель Г, Огаджановехред М,Гергепь Корректор Г, Решетни Редактор Ю. Серед Филиал ПППитф,город, ул, П ная,Заказ 7381/29 ВНИИПИ по 113035, Тираж 383Государственного коми лам изобретений и от осква, Ж, Раушска Подписноетета СССРрытийнаб д, 4/5