Способ автоматического управления процессом пуска аппарата с неподвижным слоем катализатора

 

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом пуска аппарата с неподвижным слоем катализатора, может быть исГреющий газ пользовано в химической промышленности и позволяет интенсифицировать и повысить качество пускового процесса . Способ реализуется САР, включающий контур регулирования скорости разогрева слоя по измеренному температурному градиенту в поперечном сечении и высоте слоя катализатора воздействием на пульсирующую подачу греющего газа на вход аппарата (датчики 2 температуры в объеме слоя), вычислительные блоки 5, 6, регулятор 7 скорости разогрева, сумматоры В, 9, регуляторы 10, 11 и генератор 12 периодических колебаний. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л

С0103 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 В Ol J 19/00 8/02, G 05 D 27 00

I

l ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

11 1

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Греюи ий еа3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3975936/31 26 (22) 18. 11.85 .(46) 07.04.87. Бюл. М 13 (71) Уфимский нефтяной институт и Московский химико-технологический институт им.Д.И.Менделеева (72) А.И.Кобяков, В.В.Кафаров, В.П.Мешалкин и Г.M.Притыко (53) 66.012-52(088.8) (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПУСКА АППАРАТА С НЕПОДВИЖНЬ1М СЛОЕМ КАТАЛИЗАТОРА (57) Изобретение относится к спосо- . бам автоматического управления процессом пуска аппарата с неподвижным слоем катализатора, может быть ис„„SU„„ I 301480 A 1 пользовано в химической промышленности и позволяет интенсифицировать и повысить качество пускового процесса. Способ реализуется САР, включающий контур регулирования скорости разогрева слоя по измеренному температурному градиенту в поперечном сечении и высоте слоя катализатора воздействием на пульсирующую подачу греющего газа на вход аппарата (датчики

2 температуры в объеме слоя), вычислительные блоки 5, 6, регулятор 7 скорости разогрева, сумматоры 8, 9, регуляторы 10, 11 и генератор 12 периодических колебаний. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1301480

Изобретение относится к автоматизации процессов химической технологии и может быть использовано в химичес кой промышленности при автоматизации пусковых процессов разогрева аппаратов с неподвижным слоем зернистого материала.

Цель изобретения — интенсификация и повышение качества пускового процесса.

f0

Задача управления процессом разогрева зернистого материала, возникающая при пуске аппаратов с неподвиж— ными слоями, является важной но до конца нерешенной. Длительность опе15 рации разогрева промышленных аппаратов с неподвижными слоями зернистого материала составляет десятки часов.

И от результата выполнения этой пусковой операции во многом зависит эф20 фективность функционирования химикотехнологических систем, содержащих такие аппараты.

Решение задачи усложняется тем, что такие характеристики зернистого слоя как однородность, структура и плотность упаковки зернистого материала в объеме слоя не остаются постоянными в ходе выполнения пуска и претерпевают значительные изменения в процессе эксплуатации от пуска к пуску аппарата. В связи с этим наилучшим будет такое управление, которое интенсифицирует и одновременно повышает качество процесса разогрева, и обеспечивает сохранение этого свойства в условиях изменяющихся характеристик слоя зернистого материала.

На процесс теплопереноса от газа к зернистому материалу существенное влияние оказывает гидродинамика потока газа в неподвижном слое. Установлено, что от скорости потока газа в слое зависит интенсивность перено- . 45 са тепла зернистому материалу. Так при малых скоростях потока процессы переноса тепла между потоком газа и зерном идут более интенсивно для плохо обтекаемых частиц. С увеличением скорости потока возрастание коэффициентов теплообмена происходит быстрее у хорошо обтекаемых частиц. Следовательно, интенсифицировать и одновременно повысить качество процесса разогрева неоднородного по структуре слоя можно создавая наилучшие условия для теплопереноса как хорошо обтекаемых (в зонах с малой плотностью упаковки зернистого материала), так и плохо обтекаемых в зонах с большой плотностью упаковки зернистого материала.

Одним из путей интенсификации процесса теплообмена в неоднородном слое является подача греющего газа пульсирующим потоком, в котором скорость газа периодически изменяется от минимального значения до максимального. В соответствии с изложенным пульсирующая подача греющего газа создает наиболее благоприятные условия теплообмена попеременно для всех частиц неоднородного по структуре упаковке слоя, а следовательно, интенсифицирует процесс разогрева зернистого материала.

На чертеже представлена принципиальная схема автоматического управления процессом пуска аппарата с неподвижным зернистым слоем, реализующая предлагаемый способ.

Схема содержит аппарат 1 с неподвижным слоем зернистого материала, датчики 2 температуры в объеме слоя, индукционный нагреватель 3 газа на входе в слой, исполнительный механизм с регулирующим органом 4 на линии подачи газа в слой, вычислительные блоки 5 и 6, регулятор 7 скорости разогрева, сумматоры 8 и 9 регуляторы 10 и 11 и генератор 12 периодических колебаний.

Способ осуществляют следующим образом.

Греющий Газ от пусковой топки через индукционный нагреватель 3 подают на вход зернистого слоя. Индукционным нагревателем 3, изменяя температуру газа на входе слоя, стабилизируют скорость разогрева слоя на заданном значении. Для этого датчиками 2 (например, многозонные термопары) измеряют температуры в и точках слоя. Количество датчиков и их размещение по слою определяют опытным путем из условия получения информации о температурном состоянии (поле) слоя в требуемом объеме.

Сигналы Т; (i=l,2,,,n) подают на вход вычислительного блока 5, в котором определяют среднюю температуру Т,р по формуле

1301480

Величина Т,р характеризует в целом состояние процесса разогрева слоя в данный момент времени. По этой величине в вычислительном блоке 6 определяют текущую скорость разогрева слоя, например, по формуле конечных разностей

Т.,(t ) Т., (Т (t,.) =. (2)

t. .— t.

10 где Т„ (t„) и Т, (t ) — средняя температура в моменты времени и t соответственно, J 3:!

1,2,...

Сигнал Т, с выхода блока 6 на— правляют на вход регулятора 7, на который подают также и задание Т, по скорости разогрева слоя.

В регуляторе сигналы сравнивают, вычисляют рассогласование лТ, = Т, — Т, и по этой величине формируют выходной сигнал U,, которым регулируют мощность индукционного нагревателя и, в конечном итоге температуру протекающего через него газа.

При этом величину У1, а в конечном итоге температуру газа на входе слоя изменяют с помощью эффективного ин— дукционного нагревателя по величине ьТ, так, что обеспечивается стабилизация скорости разогрева слоя на заданном значении Т

Осуществляют пульсирующую подачу газа в слой с помощью регулирующего органа 4. Для этого на выходе генера- 35 тора 12 формируют периодический сиг— нал U. изменяющийся, например, по синусоидальному закону

1П = U + U in(dt, (3) где — частота колебаний;

40 и и п — постоянная составляющая и о ITl амплитуда колебаний; воемя.

Сигнал U направляют на исполнительный механизм регулирующего органа 4. В результате на входе в слой действует пульсирующая подача газа с постоянной составляющей G и амплитудным значением С ; Параметры пульсирующего потока газа подбираются опытным путем либо по результатам расчетов по математической модели разогрева слоя.

В условиях воздействия возмущений (например, изменение физико-химических параметров греющего газа), а также проявления нестационарности характеристик зернистого слоя, которая (4) %

if(Ги)

Т = макс. Т; (5) < с

С выхода блока 5 сигналы Т, и Т„„„ направляют на сумматор 8, а Т, и

T„ „ — на сумматор 9. На выходе сумматоров 8 и 9 формируют сигналы аТ„„„ — разность средней и минимальной температур и аТ„„„ — разность максимальной и средней температур равные: (6) (7) KT„„— Т „, Т„

Значения величин aТ„„„и aT„«, характеризуютнеоднородность температурного поля слоя. Действительно, чем меньше значения ьТ H тем равномернее в объеме слоя прогрет зернистый материал, следовательно, однороднее температурное состояние слоя.

Сигналы hT и ьТ„„д направляют на входы соответственно регуляторов

10 и 11, куда подают также задания аТ „, и ЬТ„„„ соответственно. Последние определяют заданный уровень неоднородности температурного поля в слое зернистого материала. В регуляторах корректируют постоянную составляющую и амплитуду пульсаций подачи греющего газа. Для этого сигналы

6Т „ и аТ„„„ сравнивают с hT„, 3 и аТ„„„по результатам сравнения корректируют параметры, в частности постоянную составляющую и амплитуду проявляется и в ходе выполнения пуска (например, спекание материала в локальных зонах слоя), а не только от пуска к пуску, для обеспечения требуемого качества процесса разогрева необходимо корректировать параметры пульсирующей подачи газа. Корректировку параметров осуществляют при отклонении величин, характеризующих неоднородность температурного поля слоя, от их заданных значений. При реализации предлагаемого способа в качестве корректируемых параметров приняты постоянная составляющая и амплитуда пульсаций, а величин, характеризующих состояние слоя — минимальная T„„„, максимальная Т„ „, и средняя Т„ температуры.

В вычислительном блоке 5 одновременно с Т,.„ определяют также величины. Т„ „ и Т„ „., по формулам

1ЗО1 8О пульсирующей подачи газа по следующей формуле; (t. ) — K(AT(t. )-AT,), (8)

jAT„„„(t„); AT„„(t )) минз макс 1

;лТ входные с гналы регулято- ра; входной сигнал в момент времени ! выходной сигнал регулятора;

aT(t. ) y=(U;U )—

55

y(t ) — выходные си гн алы H момен т и у(t ) вРемени t u t соответ- 15

1 4" 1 ственно, 1=1,2,...; — настроечный параметр регуа т . лятора, который подбирается опытным путем.

П P и м е Р. При локальном перегреве слоя, что характерно для участков слоя с малой плотностью зернистого материала, нарушается заданный уровень неоднородности температурноГО поляи 6Т > Ы . Вэтом 25 случае регулятор 10 в соответствии с формулой (8) уменьшает амплитуду U пульсирующей подачи газа пропорционально отклонения лТ (разность максимальмакс ной и средней температур) от лТ „„ Зр (заданное значение) . Такое изменение амплитуды приводит к снижению коэффициента теплоотдачи от газа к материалу и, следовательно, к устранению перегрева. Если снижение коэффициента теплоотдачи оказывается черезмерным и максимальная температура приближается к средней температуре на более близкое расстояние, чем заданный уровень неоднородности, т.е. ока- 4р зь!вается, что аТ „с (лТ „, то регулятор в соответствии с формулой (8) увеличивает пропорционально отклОнению Т QT hT амплитуду. пульсирующей подачи газа.. 45

Пусть нарушение требуемого уровня качества разогрева обусловлено отклонением минимальной температуры от средней и величина отклонения такова,, что a T«„> A T „3 . Причиной такого на- 50 рушения является ухудшение процесса теплообмена в зонах слоя с плотной упаковкой зернистого материала. В этом случае регулятор !1 в соответствии с формулой (8) уменьшает составляющую пульсирующей подачи газа пропорционально отклонения кТм„„ от л.Т . Такое оздействие схемы упмин 3 равления интенсифицирует теплообмен греющего газа зон слоя с плотной упаковкой зернистого материала, что приводит к выравниванию температурного поля. Кроме того, уменьшение значения U может вызвать снижение скорости разогрева слоя в целом. Однако снижение скорости разогрева слоя вызывает срабатывание регулятора 7, который компенсирует нежелательное уменьшение темпа разогрева слоя увеличением температуры газа на входе слоя и тем самым стабилизирует заданную скорость разогрева слоя.

Коррекция параметров регулирующего воздействия — пульсирующей подачи греющего газа, выполняется избирательно в зависимости от характера отклонения регулируемых величин от заданного уровня качества процесса разогрева. Использование предлагаемого способа повышает управляемость пусковым процессом, а следовательно, улучшает динамические свойства объекта управления.

Формула и з обретения

1. Способ автоматического управ— ления процессом пуска аппарата с неподвижным слоем катализатора путем измерения температурного градиента a поперечном сечении и по высоте слоя катализатора, подачи-газа на вход аппарата и регулирования температуры газа на входе путем подвода тепла, отличающийся тем, что, с целью интенсификации и повышения качества пускового процесса, осуществляют пульсирующую подачу газа на вход аппарата, по измеренному температурному градиенту определяют скорость разогрева слоя и текущие значения параметров неоднородности температурного поля в слое, стабилизируют скорость разогрева слоя на заданном значении изменением температуры газа на входе аппарата, определяют рассогласование текущих значений параметров неоднородности температурного поля в слое с их граничными значени-I ями и в зависимости от величины этого рассогласования корректируют параметры пульсирующей подачи газа на вход аппарата.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве текущих значений параметров неоднородности температурного поля в слое при!

301480

Составитель Г.Огаджанов

Редактор М.Бланар Техред Л.Сердюкова Корректор И.Эрдейи

Заказ 1174/8 Тираж 511 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4 нимают величины разности средней температуры в слое и ее минимального значения и максимальной температуры в слое и ее среднего значения.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве параметров пульсирующей подачи газа на вход аппарата используют амплитуду и постоянную составляющую пульсаций подачи газа.

f0

4. Способ по пп.1-3, о т л и ч аю шийся тем, что амплитуду пуль1 саций подачи газа корректируют пропорционально величине отклонения раз— ности максимальной температуры в слое и ее среднего значения от заданного значения этой разности, а постоянную составляющую пульсаций подачи газа корректируют пропорционально величине отклонения разности средней температуры в слое и ее минимального значения от заданного значения этой разности.