Способ контроля циклического адсорбционно-десорбционного процесса очистки газа от примесей при термовакуумной регенерации адсорбента

ОПИСАН ИЗОБРЕТ ПАТ Г Комитет Российской Федераци. о патентам и товарным знака(76) Чеков Юрий Федорович; Ремизов Валерий Васильевич; Сула Анатолий Сергеевич(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЦИКЛИЧЕСКОГО АДСОРБЦИОННО-ДЕСОРБЦИОННОГО ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ ПРИМЕСЕЙ ПРИ . ТЕРМОВАКУУМНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ АДСОРБЕНТА(67) Использование. изобретение относится г. химической технологии и применяется в регенеративных адсорбционных системах очисткигазов от газообразных сорбируемых примесей и осушки газа, Сущность: контроль. процесса осуществляют по совокупности геометрических образов, формируемых ги) ктт гц) 4004 э 13 с 1 г 51) 5 В 010 53 П ОВ 2700 из разности температур адсорбента и контрольной дсзг) инер нсгс вещества, пс",.;ещенггсг о в адсорбент, в режиме десорбции с обратой разностью этих температур в предшествующем рс)киме адссрбции и с температурой адссрбента при десорбции, из количества выдепяющегося десорбата с остаточным давлением в адсорбере на отрезке времени нагрева в режиме десорбц)1)г и нагий технопогических огра) гггчеггггг по перечист)е)1 ньггт параметрам и ограни гения на временной интервал стабипизации температ) ры адссрбента в режиме дессрбции, а о начале и скорости из зенений хода процесса судят по деформации котуров сфсрвгосванных образов отнсситепьно этагюнсв и пиний ограничений дпя нескольких поспедсватепьных циклов процесса. 4 илИзобретение относится к химической технологии и может быть использовано в регенеративных адсорбционных системах очистки газов от двуокиси углерода, оксидов азота, сероводорода, диоксида серы, мета на, других сорбируемых примесей, а также при адсорбцианной осушке газов при термовакуумной регенерации адсорбента. Предпочтительно использование предлагаемого способа контроля в регенеративных 10 адсорбционных системах очистки, в которых производится последу ощее концентрирование и извлечение сорбируемой примеси, в частности в системах очистки воздуха замкнутых помещений. 15В современной химической технологии эЪсорбционнс-дессрбционный процесс очистки осуществляется в многоадсорберных, чаще всего в двухадсорберных, системах очистки, управляемых задаваемым 20 программно-временным алгоритмом, когда адсорберы работают циклически попере-менно в режимах адсорбции и десарбции примеси. Контроль за ходом технологического процесса при этом осуществляют путем 25 измерения текущих значений параметров, характеризующих режимы адсарбции и десорбции, и сравнения их с наперед зэданнымл допустимыми значениями, Для выявления недопустимых изменений хода адсорбционно десорбционного процесса вводятся технологические рграничения по отдельным параметрам процесса, а по факту аыхадэ текущих значений параметров ээ пределы, этих ограничений судят о нарушении про цесса. Большое количество контролируемых параметров, их взаимозависимость, изменения условий протекания процесса и влияние множества различных факторов на процесс очень сильно усложня 1 от систему 40 обработки и представления информации о состоянии процесса и делают известный способ контроля малоэффективным. Попытки использования обобщенных параметров для контроля адсорбционна-десарбцианно го процесса в известных способах контроля. например па разности температур в начале и конце адсорбента по ходу потока очищаемого газа и по разности температур в адсорбенте и контрольной дозе инертногс 50 вещества, не позволяют обеспечить целост-, ный контроль всего адсорбционно-десорбционнаго процесса в системе очистки.Известные способы контроля адсорбционна-дессрбционнаго процесса очистки га за обладают существенными недостатками. В области появления ранних признаков изменений хода технологического процесса сигналы, поступающие ст пороговых устройств аб этих изменениях, соизмеримы с погрешностями измерения параметров, что приводит к недопустимому уменьшению достоверности распознавания признаков нарушений процесса до значений 0,3-0,65. Крдме того, проявление значительной части нарушений компонент процесса "маскируется" компенсаторными механизмами (обратными связями) регулирующих устройств технологического процесса. А повышение достоверности контроля за счет повышения точности измерения параметров технологического процесса до величин относительных погрешностей не более 0,3 - 0,5 и введение.снтроля "внутренних" параметров, характеризующих компенсаторные механизмы, на практике реализовать маловероятна,Известен способ контроля, в которомиспользовался в предложенной совокупно- .сти параметров для. формирования геомет-. рических образов такой параметр как разность температур эдсорбента и контрольной дозы инертного вещества, являющийся достаточна информативным для оценки хода десарбцианнаго процесса, но использовался ан в сочетании с другими параметрами процесса, чта дало новый положительный эффект.Следует заметить, чта ни в прототипе, ни в других известных способах контроля эдсорбционно-десорбцианнагс процесса не производилось формированиегеометрических образов состояния процесса подобно предложенному. Такие образы невозможно сформировать просто в нашем сознании ввиду ограниченности физлческих возможностей восприятия информации и памяти человека, субъективизма восприя-. тия информации и памяти человека. субъективиэма восприятия им тех или иныхявлений, тогда как для оценки изменений хода процесса приходится сравнивать талька на одном контрольном кадре ат 5 до 10 и более текущих образов и эталонов для выявления развития деформаций геометрических фигур (образов) относительно этэлоЦелью изобретения является повышение достоверности контроля хода эдсорбционно-десорбционного процесса и обеспечение воэможности оценки изменений его хода ва времени эксплуатации путем образного, представления информации об основных параметрах технологическогопроцесса для оперативной ега коррекции.Поставленная цель достигается тем, чта контроль адсорбцисннс-десарбцианнога процесса осуществляют пс совокупности геаметрических образов, формируемых изразности температур эдсорбента и контрольной дозы инертнога вещества. псме 2004313щенного в адсорбент, в режиме десорбции с обратной разностью этих температур в предшествующем режиме адсорбции и с температурой адсорбента при десорбции из количества выделяющегося десорбента с 5 30 35 40 45 отработавшим в режиме адсарбции адсорбентом отсекается клапанами от тракта си 55 остаточным давлением в адсорбере на отрезке времени нагрева и линий технологических ограничений по перечисленным параметрам и ограничения на временной интервал стабилизации температуры адсорбента в режиме десорбции, а о начале и скорости изменений хода процесса судят по деформации контуров сформированных образов относительно эталонов и линий ограничений для нескольких последовательных циклов адсорбция-десорбция.. На фиг. 1 представлена 2-адсарберная система очистки газа с устройствами сбора и преобразования информации, в которой реализуется предложенный способ контроля; на фиг. 2 - структурная схема организации процесса образного контроля состояния адсорбционно-десорбционного процесса; на фиг. 3 - совокупность формируемых образов для каждого из адсорберав системы очистки; на фиг. 4 - фрагмент контрольного кадра текущего состояния адсорбционно-десорбционного процесса выдаваемого на дисплей ЭВМ,Регламент циклического адсарбцианно-десорбционного процесса по предлагаемому способу проводится следующим образом. Пусть адсорбер А 1 см. фиг. 1) находится в режиме адсорбции, адсарбер А 2 - в режиме десорбции. Этому циклу процесса соответствует положение клапанов, показанное на фиг. 1, где зачерненные клапаны закрыты, незачерненные - открыты, Загряз;йенный примесью газ газадувкой Г подает, ся в трубки 1, ааполненные адсорбентам, и. аналогичную трубку 2, заполненную инертным веществом, адсорбера А 1. После ачистки в адсорбере А 1 ат примеси газ поступает в нагреватель Н 2, разогревается и далее направляется в межтрубнае пространство адсорбера А 2, находящегося в режиме реге нерации, и, отдав тепло адсорбенту регенирируемого адсорбера А 2, выходит из системы очистки. Полость адсарбера А 2 с стемы очистки и подсоединяется к вакуумному насосу ВН, с помощью которого откачивается десорбируемая в процессе термовакуумной регенерации примесь, В ходе процесса осуществляется контроль температуры от первичных преобразователей температуры адсорбента 3 и контрольной дозы инертного вещества 4 при адсорбции, адсарбента 5 и контрольной до 15 20 зы инертного вещества 6 при десорбции, остаточного давления 7 в адсорбере А 2, расхода десорбата 8. С помощью преобразователей - ЬТ) и ЛТ производится контра 1 ь обратной разности и разности температур адсарбента и контрольной дозы инертного вещества соответственно при адсорбции и десорбции. Информация о перечисленных параметрах с преобразователей поступает в ЭВМ, где производится формирование по ней текущих геометрических образов со- стояния адсорбционно-десорбционного процесса в контролируемом цикле адсорбция-десорбция в каждом из адсорберов системы очистки, По завершении режима десарбции в адсарбере А 2 согласна заданной с помощью ЭВМ программе или ат незявисимага прсгра".мна-временного устройства, управляющего технологическим процессом очистки) фармиру.тел команда на переключенле режимап работы адсарберав, при зтам А 1 пгреклачается в режим десарбции, а атрегенгрираванньцл А 2 - в режим адсарбции,Ва время режима адсарбции в одном из адсорберав в другам проходит режим десарбции, в сваю очередь состоящий из режима нагрева и охлаждения адсарбента. В предлагаемом способе контроль параметров и формирование совокупности геометрических образов производится на отрезке времени нагрева адсарбента и равном ему па времени отрезке предшествующего режима адсарбции в контролируемом адсорбере, Ограничение на временной и.тервал стабилизации температуры адсарбента при нагреве необходима с одной стороны длл выравнивания паля температур в адсарбенте и абеспеченил полноты десарбции да заданного остаточного содержания примеси, с другой - для обеспечения полноты контроля хода процесса, в частности оценки работы регулируащих устройств.Контроль циклического адсароцианна-десарбцианнаго процесса очистки газа ат примеси (см, Фиг. 2) осуществляется следуащим образам. Текущая информация о параметрах, характеризующих адсорбционно-десарбционный процесс,. с аналого-циФровых преобразователей: 9 с заданной частотой регистрации поступает в ЭВ ".110 и загисываетсл в файл тг;ущих данных 11. Длл каждого адсарбера системы очистки арганизуетсясвай Файл, куда записывается инФормация а текущем режиме десарбции и предшествующем ему режиме адсорбции и таким образам фармируетсл массив образной базы данных 12, В блоке формирования диагностических образов 13 по извлекаемой из базы данных 12 инфар 200431351015 речисленной комбинаций параметров, 20характеризующих ход адсорбционно-десорбционного процесса в каждом из адсорбе 3035 При неизменных управляющих воздействиях, например, когда темп разогрева ад сорбента задан установленной мощностью нагреВателя и постоянным расходом газа через систему очистки, и начальных условиях режима десорбции вид сформулированных геометрических образов остается 45 неизменным лишь при неизменном состоянии компонент процесса (исправность агрегатов и аппаратов системы, постоянство адсорбционных свойств адсорбента, исправность контуров регулирования парамет ров, соответствия режимов агрегатов и положений клапанов по тракту системы заданной программе работы системы очистки). Любое отклонение компонент адсорбционно-десорбционного процесса от 55 мации формируются геометрические образы иэ заданных комбинаций параметров адсорбционно-десорбцион ного процесса, а также линий технологических ограничений, В эту комбинацию параметров для каждого адсорбера системы очистки входят: температура адсорбента при десорбции Т и предшествующей ей адсорбции Та, разность температур адсорбента и контрольной дозы инертного вещества при десорбции ЬТ и их обратная разность при адсорбции (- Ь Т) остаточное давление в адсорбере Рол и количество выделяющегося десорбата при десорбции 6, а также предельно допустимые значения перечисленных параметров и интервал стабилизации температуры тв режиме десорбции. Принцип формирования совокупностй .геометрических образов, составленных из пе Ф ров системы очистки газа от примеси, ясен из фиг, 3, Эта совокупность составлена иэ управляющих воздействий или их параметрических проявлений (температуры адсорбента при десорбции Т и остаточного давления в адсорбере Рост), параметров отклика на управляющее воэдействие(разность температур адсорбента и контрольной дозы инертного вещества . ЬТ; количество удаляемого десорбата 6, начальных условий процесса десорбции, температура адсорбента Та и обратная разность температур адсорбента и контрольной дозы инертного вещества (- ЬТ) впредшествующем режиме адсорбции). заданного программой режима приводит к деформации геометрического образа процесса, а степень и темп роста этой деформации от цикла к циклу является мерой тенденций нарастания отклонений контролируемого процесса от нормы.Сформированную по первому или любому последующему заведомо нормальному циклу работы для каждого из адсорберов совокупность геометрических образов записывают в постоянную память базы данных 13 как эталон нормального состояния адсорбционно-десцрбционного,процесса.Туда же записывается эталонный образ предотказного состояния технологического процесса, который формируется по тем же параметрам, что и эталон нормального состояния, при наличии характерных неисправностей и отклонений компонент технологического процесса, при которых дальнейшее его ведение невозможно или может привести к тяжелым последствиям.Образы предоткаэных состояний формируют путем имитации характерных неисправностей и отклонений в процессе и по мере накопления информации при длительной работе системы образ предоткаэного состояния адсорбционно-десорбционного про цесса может корректироваться, в частности,человеком-оператором, с помощью додсистемы образного диалога и вводится в базу знаний 14 взамен прежнего образа предоткаэного состояния.Сформированный образ текущего состояния, эталоны исправного и предотказного состояния процесса и несколько образов предшествующих контролируемого циклу адсорбция-десорбция поступают "на устройство отобракения информации 15.Далее для всех перечисленных образов по формализованным ключевым признакам автоматически устройством 16 проводится сравнение образов и по развитию их деформации формируется решение по результатам контроля 17, которое используется для коррекции в ту или иную сторону хода адсорбционно-десорбционного процесса. При затруднениях или появлении не формализуемых признаков деформации геометрических образов в образный диалог "оператор - ЭВУ" вступает человек; следящий за ходом процесса с использованием соответствующих технических средств образного диалога 18 (дисплей, клавиатура пульта, и т.п,), По результатам образного диалога человеком - оператором принимается решение по результатам контроля, а также корректируются эталонные образы предотказного состояния по мере накопления информации о процессе и эталоны нормального состояния 19, например при изменении характеристик адсорбера послеремонта. В случае необходимости оператор может эатребо 2004313 10вать и получить от системы контроля детальное объяснение логики принятия решения, как это делается в стандартных экспертных системах, Оператор в рамках разрешенных диалоговых конструкций дает ответ или обращается со встречным запросом к базе данных 12 и базе знаний 14, Диалог завершается формированием системой контроля окончательного заключения 17, Описанный диалог длится в среднем не более 2 - 4 мин, а общее время формирования заключения не превышает 3-5 мин, Периодичность процедуры контроля задается периодичностью циклов адсорбция-десорбция в каждом адсорбере системы очистки, чаще всего - это соответствует 30-180 мин. При формировании заключения по результатам образного анализа процесса используются три основных решения:1) продолжить эксплуатацию в том жережиме (технологический процесс протекает нормально);2) продолжить эксплуатацию, внестикоррекцию в режим адсорбции или десорбции по результатам контроля;3) прекратить эксплуатацию (дальнейшее ведение процесса недопустимо),Фрагмент визуализации данных контроля технологического адсорбционно-десорбционного процесса представлен на фиг, 4, где четко просматриваются деформации выбранных авторами геометрических образов при нарушениях процесса при длительной многоцикловой работе системы очистки (в данном случае ухудшение вакуумирования десорбера при регенерации изза износа вакуумного насоса).Описанная процедура образного контроля состояния адсорбционно-десорбционного процесса осуществляется с помощью программного обеспечения графики высокого разрешения для персональных компьютеров (графический стандарт программного обеспечения компьютеров ОгарЫса 1-Кегпе Яуяегл (ОК) и его отечественный аналог), Программное обеспечение систе;лы образного контро- . ля включает в себя ряд ста рдантных модулей программ, таких как;модуль подготовки исходных данных цикла контроля, обеспечивающий формирование исходных параметрических данных для каждоо отдельного геометрического образа;модуль образного контроля, обеспечивающий директорный режим автоматического просмотра дерева решений с обращением в необходимых случаях к оператору для образного сопоставления текущей и эталонной информации;51015203040 4550 модуль программы корректировки эталонов и просмотра базы данных,Каждый из перечисленных модулей состоит в свою очередь из ряда стандартных подпрограмм, например записи данных в каталог, свертки строки текста в массив елых положительных чисел, вывода формата геометрических фигур, задания вопросов оператору с меню ответов, написанная текста из файла, формирования по дереву обратного просмотра и т.п.Использование предлагаемого способа контроля адсорбционно-десорбционного процесса очистки газа по сравнению.с известными способами контроля обеспечиваютследующие и реимущества:повышается чувствительность к малым отклонениям в ходе технологического процесса и ранним проявлениям неисправностей или нарушений работы койпонентпроцесса, что позволяет оценить степень и скорость изменений состояния адсорбционно-десорбционного процесса от цикла к циклу;повышается достоверность способаконтроля эа счет эффективного предупреждения ложных сигналов, связанных с отказами отдельных датчиков, ибо в предложенном способе контроля эти отказы легко выявляются из сопоставления геометрическихобразов в кадре, так как при неизменности оставшейся совокупности образов изменяется вид только того образа, в формировании которого задействован параметр от отказавшего датчика;обеспечивается распознавание трудно выявляемых отклонений в ходе процесса, вызванных отказами устрайств автоматического регулирования;повышается надежность и достоверность контроля за счет снижения требований к точности датчиковой аппаратуры;обеспечивается корректировка хода адсорбционно-десорбционного процесса в сторону улучшения задолго до появлениянеобратимых отклонений в нем,Результаты испытаний системы образного контроля состояния технологического процесса показали, что достоверность распознавания ранних признаков отклонений процесса от нормы достигала не менее 0,992, тогда как при использовании обычных методов допускового контроля эта достоверность колебалась от 0,35 до 0,98.55(56) Голубятников В.АШувалов В,В. Авто.матизация производствеЬых процессов в химической промышленности; Учебник для техникумов 2-е иэдперераб. и доп. М,: Химия, 1985, с. 192.12 2004313 Авторское свидетельство СССРМ 590003, кл, В 01 О 53/02, 1978. Формула изобретения СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЦИКЛИЧЕСКОГО АДСОРБЦИОН НО-ДЕСОРБЦИОН НОГО пРОцессА Очистки ГАзд От пРиме СЕЙ ПРИ ТЕРМОВАКУУМНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ АДСОРБЕНТА путем измерения и ввода в ЭВМ текущих параметров процесса, включая измерение разности температур в адсорбенте и контрольной дозе инер тного вещества, помещенного в адсорбент, гази десорбции, отображения информации и сравнения ее с эталонной, отличающийся тем, что контроль осуществляют по совокупности геометрических образов в виде 20 замкнутых фигур на контрастном фоне, формируемых на отрезке времени нагрева адсорбента при десорбции из разности температур адсорбента и контрольной до 25 Авторское свидетельство СССРМ 1243785, кл. В 01 О 53/02, 1986. зы инертного вещества в режиме десорбции с обратной разностью этих температур в предшествующем режиме адсорбции, разности температур с температурой адсорбента при десорбции, количества выделившегося десорбата с остаточным давлением в адсорбере и линий технологических ограничений по перечисленным параметрам и ограничения на временной интервал стабилизации температуры адсорбента врежиме десорбции, а о начале и скорости изменений хода процесса судят по деформации Фигур сформированных текущих образов относительно эталонных образов, сформированных из перечисленных выше параметров в исходном и предотказном состояниях процесса и линий ограничений для нескольких последова-. тельных циклов адсорбция-десорбция.