Устройство автоматической защиты процесса нитрования

(19) (1) 3/02, О 05 О 27/00 1)5 В 01 ) 19/00 ЕНИ Е ИЗОБ ОПИ ии инст.СахненСя гаев нност ения, тся вой коных за- зоИзоб для упр процесс ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЩИТЫ ПРОЦЕССА НИТРОВАНИЯ (57) Изобретение относится к защите пот циально-опасных процессов нитрован аварийный режим которых сопровождае резким изменением параметров газо фазы, и может найти широкое примене в химической, нефтехимической, хими фармацевтической промышленност Целью предлагаемого технического ре ния является расширение функциональ возможностей и повышение надежности щиты процесса нитрования. Сущность и ретение относится к устроиствам авления потенциально опасными ами химической технологии, касается, в частности, вопросов автоматической защиты процессов нитрования, осуществляемых в реакторах смешения полунепреры вного и неп реры вно го действия (РПНД, РНД с целью предотвращения выхода процесса в область предаварийных и аварийных режимов, которое может найти широкое применение в химической, нефтехимической, лакокрасочной, химико- фармацевтической, витаминной, пищевой и бретения состоит в применение неконтактной многофункциональной системы измерения, работающей в импульсном режиме и дающей информацию о технологических параметрах (температуре, обьемном расходе и составе) отходящей газовой фазы. Для реализации одновременного контроля нескольких параметров газовой фазы в вытяжной системе реактора используются закономерности переноса тепловой метки потоком отходящей газовой фазы по контрольному участку, и фиксируя лишь время переноса и изменение температуры метки, удается с помощью одного первичного измерительного преобразователя практически реализовать многопараметрический контроль параметров газовой фазы для своевременного обнаружения аварийных режимов. Трехпараметрический контроль позволяет исключить ложные срабатывания и опасные отказы при выработке противо- аварийных управляющих воздействий, направленных в зависимости от степени аварийности процесса либо на отсечку подачи компонента, либо на аварийный сброс содержимого реактора, 7 ил. других отраслях промышлснности при синтезе лекарственных препаратов, витаминов, красителей, противокорроэионных присадках к маслам и антидетонационных добавок к топливам.Цель изобретения - расширение области применения и повышение надежности защиты процесса нитрования;На фиг. 1 приведена динамика изменения параметров газовой фазы и температуры реакционной массы при импульсном возмущении по подаче нитрующего компонента; на фиг, 2 - функциональная схемаустройства автоматической защиты (АСЗ) процесса нитрования; на фиг. 3 - блок-схема устройства; на фиг. 4- структурная схема логического мажоритарного двухканального автомата защиты (ЛАЗ); на фиг, 5 - блоксхема неуравновешенного моста с усилителем; на фиг. 6 - временная диаграмма работы отдельных блоков и формирования дискретных управляющих импульсов; на фиг. 7 - рафик разделения информации в блоке обработки сигналов АСЗ процесса нитрования,Устройство (АСЗ) пооцесса нитрования (фиг,2) содержит реактор 1 с рубашкой 2 и змеевиком 3, в которые подается хладагент параллельным потоком, мешалку 4, двигатель 5 привода мешалки, избирательный клапан 6 выгрузки или аварийного сброса, патрубок 7 и 8 подачи исходных компонентов, входной и выходной патрубки 9 и 10 хладагента, вытяжную систему реактора 11 выхода газообразных продуктов реакции, переток реакционной массы 12 первичный измерительный преобразователь (ПИП), 13 и вторичный измерительный преобразователь (ВИГ 1) с регулятором 14 температуры реакционной массы, регулирующие клапаны 15 и 16 одного принципа действия на входных линиях змеевика и рубашки, ПИП 17 параметров газовой фазы, ВИП 18 с блоком задания (БЗ) определения значений аварийных сигналов, ЛАЗ 19 вь- работки противоаварийных управляющих воздействий, направленных либо на временный останов процесса - отсечку подачи дозируемых компонентов с помощью клапанов 20 и 21, либо на полное прекращение процесса - аварийный сброс содержимого реактора с помощью клапана 6.Устройство информационного обеспечения и выработки противоаварийных управляющих воздействий АСЗ процесса состоит(фиг.3) из нагревателя 22, ПИП температуры газовой фазы в виде измерительного 23 и компенсационного 24 термопреобразователей сопротивления, включенных дифференциально в плечи неуравновешенного моста постоянного, тока, обьециненного с усилителем в один блок 25, порогового устройства 26, нуль-органа 27, коммутатора (перек ючателя) 28 с временной задержкой, построенного на базе элементов системы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), блока 29 управления (БУ), генератора 30 тепловых импульсов, частотомера-хронометра 31, блока 32 обработки сигнала, ВИП с БУ; расхода газового потока 33. состава газовой фазы 34 и ее температуры 35, Каждый ВИП снабжен БЗ на два предельных значения, меньшее 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 из которых 01 - расход, С 1 - состав и Т 1 -температура) связано с отсечкой подачикомпонентов при достижении текущего значения (как минимум двумя иэ них) заданного, Большее из заданных значений уставок(02, С 2, Т 2) связано с аварийным сбросамреакционной массы, осуществляемым по такому же мажоритарному принципу. Приэтом 36-41 - импульсные линии дискретныхаварийных сигналов ЛАЗ 19; 42 и 43 - импульсные линии противоаварийных управляющих воздействий,ЛАЗ 19, собранный на базе интегральных помехозащищенных низковольтныхмикромодулей серии транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), устроен следующимобразом (фиг.4).Для фильтрации входных сигналов, повышающей помехозащищенность ЛАЗ, используются последовательно соединенныеК 1 С 1-фильтры и повторители 44,Основными элементами ЛАЗ являютсямикромодули, реализующие логическуюфункцию умножения И 45-50, а также микромодулиреализующие логическую функцию сложения ИЛИ 51 и 52, В выходныхуправляющих цепях останова и прекращения процесса установлены согласующиеэлектронные усилители 53 и 54 мощности, ав выходных цепях отсечки компонентов исброса реакционной массы дополнительновведены последовательно соединенныезлектропневматические дискретные преобразователи 55 и 56 и пневматические усилители 57 и 58 мощности,Устройство АСЗ процесса нитрованияработает следующим образом,При включении ПИП в измерительнуюсхему неуравновешенного моста постоянноготока с усилителем У (фиг,5) через контактК 1 коммутатора 28 (фиг.3) задействован постоянный резистор Й 1 и с помощью термопреобразователя 23 сопротивленияпроводится измерение температуры Тг газовой фазы в вытяжной системе реактора(поз, 6.1 на фиг, 6). Временная задержка насрабатывание коммутатора выбираетсядостаточной (например, тср = 2 с) для болееточного измерения температуры газовогопотока с учетом инерционности самоготермопреобразователя. До срабатываниякоммутатора каналов к выходу неуравновешенного моста постоянного тока с усилителем 25 подключен вход ВИП с БЗ 35через контакт К 2 коммутатора 28 измере-.ния температуры и вход блока 32 обработкисигнала.При очередном срабатывании коммутатора каналов (переключение из состояния 1в состояние 11) в измерительную схему через контакт коммутатора 28 подключаетсякомпенсационный термопреобразователь24 сопротивления, и синхронно выход блока 25 через контакт К 2 коммутатора 28 подключается параллельно к входу порогового 5устройства 26 первым входом нуль-органа27 и блока 32 обработки сигнала (поз, 6.2)длительностью т 1 т 6,По команде с блока 29 управления ввиде импульса на поз, 6.3 длительностью 10т 1 - т 2 генератор 30 тепловых импульсовформирует в контролируемом газовом потоке тепловую метку длительностью т 1 -тз (поз. 6.4) с одновременным включениемчастотомера-хронометра 31 для отсчета 15времени переноса тепловой метки по контрольному участку (поз. 6,5), длительностьпереноса которой ( т 1 - т 4) содержит информацию об объемном расходе газовогопотока. 20С целью повышения быстродействияизмерительной схемы измерительный 23 икомпенсационный 24 термопреобразователи сопротивления включены в смежные плечи неуравновешенного моста постоянного 25тока (фиг, 5), где К 2 и Вз - резисторы мостовой схемы измерения.В результате такого подключения срезается размытый задний фронт тепловойметки, перенесенной потоком. в зону контроля. При прохождении переднего фронтатепловой метки в зоне установки измерительного термопреобразователя 23 сопротивления выходной сигнал блока 25возрастает (Ос = 1(б,с) на поз. 6.1), срабатывает пороговое устройство 26 (поз. 6.6),по сигналу с которого частотомер-хронометр 31 прекращает отсчет времени переноса тепловой метки по контрольномуучастку (т 4 на поз. 6,5) и в работу включается 40нуль-орган 27 (поз. 6.7), При прохожденииметкой зоны установки компенсационноготермопреобразователя 24 сопротивлениязадний фронт метки срезается и выходнойсигнал блока 25 (Ос на поз. 6,1) уменьшается, а пороговое устройство 26 в моментвремени а возвращается в исходное состояние. В блоке 32 обработки сигнала определяется интегральная температуоа метки,которая, наряду с временем переноса метки по контрольному участку, используетсядля расчета состава и расхода газовой фазы(фиг. 7).Нэ оси абсцисс тм определяют времяприхода метки в зону контроля,Нэ оси ординат обозначены: Ог - показания ВИП 33 по измерению расхода газа,Вдел - показания ВИП 34 по контролю состава газовой фазы, При этом- тарировочные характеристики блока 32 по изменениго состава газа при регламентном 1, предава рийном 2 и аварийном 3 режимах;- зави симость изменения времени прихода метки в зону контроля от объемного расхода абаза; тр, тп, та - время прихода метки в зону контроля в регламентном, предаварийном и аварийном режимах; Ор, Оп, ба - расход газа в регламентном, предаварийном и аварийном режимах соответственно; йр, Йп, йа - показания ВИП 31 по изменению состава газовой фазы соответственно в регламентном, предаварийном и аварийном режимах,Точки 4 и 5 (фиг,7) определяют соот ветственно показания ВИП ЗЗ и 34 согласно составу (4) и расходу (5) газовой фазы в регламентном режиме. Точки б и 7 (фиг.7) определяют соответственно показания ВИП 33 и 34 согласно составу (6) и расходу (7) газовой фазы в предаварийном режиме,Точки 8 и 9 (фиг. 7) определяют соответственно показания ВИП 33 и 34 согласно составу (8) и расходу (9) газовой фазы в аварийном режиме,При уменьшении выходного сигнала блока 25 до нуля срабатывает нуль-орган 27 (временная отметка т 6 на поз, б, 7), по команде которого коммутатор 28 переводит схему неуравновешенного моста из состоянияв состояние- в режим измерения температуры отходящей газовой фазы, и начинается очередной цикл измерения параметров газовой фазы, Измеренные значения сигналов поступают на ВИП 33-35. При достижении текущим значением параметров заданных значений уставок вырабатываются дискретные аварийные сигналы по каналам 36-41, поступающие в ЛАЗ 19 (фиг. 4), При подаче сигналов с меньших значений БЗ через фильтрующие ячейки логические элементы И 45-47 совместно с логическим элементом ИЛИ 51 вырабатывают противоаварийное управляющее воздействие на отсечку подачи дозируемых компонентов при наличии аварийных сигналов хотя бы по двум информационным каналам из трех: Тг, 6, С. Выходной сигнал с элемента ИЛИ 51 последовательно поступает на вход электронного усилителя 53 мощности и через электро- пневматический дискретный преобразователь 55 и пневматический усилитель 57 мощности по информационному каналу 42 подается на клапаны 20 и 21 (фиг.2) отсечки подачи исходных компонентов,Логические элементы И 48-50 совместно с логическим элементом ИЛИ 52 вырабатывают противоаварийное управляющеевоздействие, направленное на сброс реакционной массы, при достижении текущими значениями параметров больших значений БЗ при наличии аварийных сигналов хотя бы по двум информационным каналам из трех: Тг, Ог, С, Далее выходной сигнал с элемента ИЛИ 52 последовательно через электронный усилитель 54 мощности, алектропневматическийдискретный преобразователь 56 и пневматический усилитель 58 мощности по информационному каналу 43 подается на клапан 6 аварийного сброса реакционной массы (фиг,2),Таким образом, в ЛАЗ 19 анализируется информация о значении температуры, расхода и состава газовой фазы с использованием мажоритарного принципа по выработке противоаварийных управляющих воздействийисключающего режимы локных срабатываний и опасных отказов АСЗ, позволяя существенным образом повысить надежность защиты процессов нитрования. Формула изобретения Устройство автоматической защиты процесса нитрования в реакторе, содержащем отсечные клапаны подачи компонентов и клапан аварийного сброса, трубопровод газового потока, нагреватель, генератор тепловых импульсов, измерительный и ком" пенсационные преобразователи сопротивления, неуравновешенный мост с усилителем, блок управления тепловыми метками, частотомер-хронометр, блок преобразования сигнала, измеритель расхода газового потока, причем выход с блока уп" равления через генератор тепловых имПульсов соединен с нагревателем, а выходы с измерительного и компенсационного преобразователей сопротивления через соответственно первый и второй входы неуравновешенного моста с усилителем связаны с первым входом блока преобразования сигнала, первый выход которого соединен с измерителем расхода газового потока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью 5 расширения области применения и повышения надежности, оно дополнительно снабжено нуль-органом, коммутатором, пороговым устройством, измерителями состава и температуры газового потока, 10 логическим мажоритарным двухканальнымавтоматом защиты, причем измерители расхода, состава и температуры снабжены блоками задания на нижнее и верхнее их значения, первый выход с неуравновешен ного моста сусилителем связан с пороговымустройством и нуль-органом, второй выход соединен с измерителем температуры газового потока, первый выход с порогового устройства направлен к второму входу 20 нуль-органа, а второй выход связан с коммутатором, первый выход которого соединен параллельно с блоком управления тепловыми импульсами и с первым входом частотомера-хронометра, а второй 25 выход связан с третьим входом неуравновешенного моста с усилителем, первый выход с порогового устройства соединен с вторым входом нуль-органа, а второй выход соединен с вторым входом 30 частотомера-хронометра, выход которогосвязан с вторым входом блока преобразования сигнала, второй выход которого направлен к измерителю состава, первый и второй дискретные, выходы измерителей 35 расхода, состава и температуры газовогопотока соединены соответственно с первым-шестым входами логического мажоритарного двухканального автомата защиты, первый выход которого связан параллель но с приводами отсечных клапанов подачикомпонентов, а второй выход соединен с управляющим выходом привода клапана аварийного сброса,1685500 70 оставитель А, Прускохред М.Моргентал ектоГ М, Максимиш К актор В. Данко Т ССС Уж комбина а, 101 Произ род, ул, Гага атен твЕн нс-иэдатЕль 552 Тираж ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, )К, Раушская наб., 4/5