Способ автоматического регулирования процесса ректификации в воздухоразделительной установке

Способ автоматического регулирования процесса ректификации в воздухоразделительной установке

Реферат

 

Использование: криогенная техника, а именно управление процессом ректификации в воздухоразделительных установках. Сущность изобретения: изменяют количество отбираемого целевого продукта в зависимости от величины соотношения давлений в нижней и верхней ректификационных колоннах 1, 2. Величину соотношения корректируют в соответствии с отклонением от заданного значения концентрации целевого продукта. 2 ил.

Изобретение относится к области управления ректификационными колоннами и может быть использовано в криогенной технике, в частности в установках разделения воздуха для получения криогенных продуктов заданной концентрации.

Известен способ регулирования процесса ректификации путем изменения количества отбираемого кислорода в зависимости от его состава [1] . Недостаток этого способа заключается в том, что при наличии различных возмущений появляется отклонение концентрации продукционного кислорода от требуемого значения. Причиной такого отклонения является большое запаздывание при управлении процессом ректификации по каналу отбор кислорода - концентрация кислорода, что приводит к низкому качеству регулирования концентрации кислорода из-за большой динамической ошибки и большого времени регулирования.

В качестве прототипа выбран способ регулирования работы установки разделения воздуха, при котором определяют величину парового потока по величине давления в верхней колонне и поддерживают соотношение количества отбираемого кислорода и количества парового потока в верхней ректификационной колонне, корректируя это соотношение по величине отклонения кислорода на контрольной тарелке [2] .

Недостатком этого технического решения является то, что выбранная в качестве регулируемого параметра величина соотношения количества отбираемого кислорода и количества парового потока не обеспечивает при нарушении процесса ректификации требуемого качества его регулирования, так как при изменении нагрузки на установку количество парового потока и значение давления паров в верхней ректификационной колонне неоднозначны из-за наличия в установке линий отбора чистого газообразного азота, технического отбросного азота. При нарушении процесса ректификации изменяется отбор этих продуктов для поддержания требуемого состава и из-за неадекватности изменения количества парового потока и давления паров в верхней колонне появляется динамическая ошибка при регулировании процесса ректификации, что снижает качество регулирования целевых продуктов.

Цель изобретения - повышение качества регулирования концентрации целевого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что при способе автоматического регулирования процесса ректификации в воздухоразделительной установке, заключающемся в измерении давления паров в верхней ректификационной колонне, концентрации продукта и в изменении количества отбираемого продукта из верхней ректификационной колонны, измеряют текущее значение давления паров в нижней ректификационной колонне; определяют величину соотношения давлений в нижней и верхней ректификационных колоннах, поддерживают заданную величину соотношения давлений, изменяя количество отбираемого целевого продукта из верхней колонны. При этом величину соотношения давлений корректируют в зависимости от величины рассогласования текущего и заданного значений концентрации целевого продукта.

Сравнение отличительных существенных признаков заявляемого технического решения и прототипа позволило установить соответствие этого решения критерию "новизна". При анализе других известных технических решений признаки, сходные с существенными отличительными признаками в заявляемом решении, не выявлены, что дает возможность считать это решение соответствующим критерию "существенные отличия".

Возможность достижения положительного эффекта реализуется путем поддержания заданного соотношения между давлениями в верхней и нижней ректификационных колоннах с коррекцией по концентрации целевого продукта, что позволяет уменьшить время регулирования процесса ректификации и повысить качество регулирования концентрации целевых продуктов.

На фиг. 1показано осуществление предлагаемого способа автоматического регулирования процесса ректификации в воздухоразделительной установке, на фиг. 2 изображена графическая зависимость давления пара в верхней колонне от давления паров в НРК1.

Способ автоматического регулирования процесса ректификации осуществляют в воздухоразделительной установке, содержащей нижнюю ректификационную колонну 1 (НРК1) с линией подачи воздуха и верхнюю ректификационную колонну 2 (ВРК 2) с линиями подачи азотной флегмы, кубовой жидкости и потока воздуха из детандера и линиями отбора продукционных азота и кислорода, отбросного азота, конденсатор-испаритель 3, соединенный НРК1 и ВРК 2, сборник жидкого азота 4, исполнительный орган 5, включенный в линию отбора целевого продукта (кислорода), датчики давления паров 6 и 7, установленные соответственно в НРК1 и ВРК 2, датчик расхода продукта 8 и датчик концентрации продукта (кислорода) 9, установленные в линии отбора продукта 8, регуляторы 10, 11, к входам которых подключены соответственно датчики 8 и 9, корректирующий регулятор 12, регулятор отношения 13, к входам которого подключены соответственно датчики 6 и 7, при этом регуляторы 11 и 13 через корректирующий регулятор 12 соединены с регулятором 10, который подключен к исполнительному органу 5, исполнительные органы 14, 15 установлены в линиях подачи чистой и "грязной" азотной флегмы.

Процесс ректификации и его регулирование осуществляют следующим образом.

Воздух под давлением подают в НРК1, в которой он подвергается предварительному разделению, в результате чего в этой колонне 1 образуются кубовая жидкость и азотная флегма. Кубовую жидкость направляют в середину ВРК 2, а "грязную" азотную флегму подают в верхнюю часть верхней колонны 2 через исполнительный орган 14, при этом из сборника жидкого азота 4 через исполнительный орган 15 подают в ВРК 2 чистую азотную флегму и используют для орошения верхней колонны 2. При разделении воздуха получают чистый газообразный азот и жидкий кислород, целевые продукты которых отводят соответственно из верхней части верхней колонны и из ее нижней части.

Предлагаемый способ автоматического регулирования процесса ректификации в воздухоразделительной установке осуществляют следующим образом.

В установившемся режиме работы ВРУ процесс ректификации поддерживается регулированием количества отбираемого целевого продукта, например кислорода. Под давлением возмущающих воздействий происходит нарушение номинального режима работы установки, что может привести к снижению качества целевых продуктов. Так, при изменении количества перерабатываемого воздуха меняется давление паров в нижней колонне 1, при этом соответственно изменяется давление паров и в верхней ректификационной колонне 2 (см. фиг. 2). Поэтому при предлагаемом способе дополнительно измеряют давление паров в нижней ректификационной колонне 11, а электрические сигналы, пропорциональные этому значению и текущему значению давления паров в верхней ректификационной колонне 2, направляют от датчиков давления 6 и 7 через регулятор отношения давлений 13 на корректирующий регулятор 12, которым формируют управляющий электрический сигнал, соответствующий изменению величины соотношения давлений в НРК 1 и ВРК 2.

Затем управляющим электрическим сигналом воздействуют на задание регулятора расхода 10, по сигналу которого регулируют положение исполнительного органа 5, при этом расход кислорода изменяется так, что соотношение давлений в нижней и верхней ректификационных колоннах 1 и 2 принимает прежнее значение. Одновременно задание корректирующего регулятора 12 изменяют в зависимости от электрического сигнала, направляемого с регулятора концентрации 11 и соответствующего величине рассогласования заданного и текущего значений концентрации, измеренной датчиком концентрации кислорода 9. При этом изменяют заданную величину соотношения давлений, а затем регулируют расход продукционного кислорода до тех пор, пока не восстановится заданное решение его концентрации.

При отборе кислорода в аргонной фракции заданный сигнал, соответствующий величине соотношения давлений паров в НРК 1 и ВРК 2, в регуляторе 12 корректируют в зависимости от концентрации кислорода на контрольной тарелке, после которой часть паров поступает в аргонную колонну.

Способ автоматического регулирования ректификации может быть использован в установках для получения чистого газообразного азота, кислорода и других продуктов разделения воздуха.

По предлагаемому способу разрабатывается техническая документация, в которой заложен алгоритм управления процесса ректификации и система, реализующая его.

При этом используются следующие аппаратные средства: дифманометры ДМ3583Ф, вторичные приборы ВФС-М-244РР, регуляторы типа ПРЗ-31, регулятор соотношения РП2-П3 и другие серийно выпускаемые приборы и регулирующую арматуру.

Использование предлагаемого способа позволяет по сравнению с прототипом уменьшить время выхода установки на номинальный рабочий режим и повысить качество регулирования концентрации целевого продукта. (56) 1. Бродянский В. М. и др. Производство кислорода. М. : Металлургия, 1970, с. 367.

2. Авторское свидетельство СССР N 637600, кл. F 25 J 3/04, опублик. 1978.

Формула изобретения

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ В ВОЗДУХОРАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ, заключающийся в измерении давления паров в верхней ректификационной колонне и концентрации целевого продукта и в изменении количества отбираемого целевого продукта из верхней ректификационной колонны, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования концентрации целевого продукта, дополнительно измеряют текущее значение давления паров в нижней ректификационной колонне, определяют величину соотношения давлений в нижней и верхней ректификационных колоннах и поддерживают заданную величину соотношения давлений, изменяя количество отбираемого целевого продукта из верхней колонны, при этом величину соотношения давлений корректируют в зависимости от величины рассогласования текущего и заданного значений концентрации целевого продукта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2