Способ регулирования температуры выходного продукта трубчатой печи

 

Изобретение относится к автоматизации процесса получения водорода в трубчатой печи, может быть использовано в химической и нефтехимической промьшшенности и позволяет . снизить расход топлива за счет повышения качества регулирования. Способ реализуется устройством, содержащим контур стабилизации расхода природного газа: датчик (Д) 7 расхода, регулятор (Р) 14, исполнительный механизм (ИМ) подачи газа в печь 4; контур стабилизации расхода пара в линию подачи природного газа: Д 8 расхода, Р 15 и ИМ и контур регулирования расхода топлива в печь: П 10, Р 16 и ИМ. По сигналам Д 7, 8, 10, а также Д 10 температуры входящего продукта, Д 12 температуры выходного продукта и Д 13 температуры дымовых газов вычислительный блок 18 по соответствукицим зависимостям рассчитьшает количество топлива в виде задания для Р 16. 1 ил. с ( (Л Н-€Н со со СО О5 со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3997896/23-26 (22) 24.12.85 (46) 30.08.87. Бюл. Ф 32 (72) Г.З.Ермоленко, Н.А.Нидченко, Т.А.Лымарева и В,В.Лымарев (53) 66. ° 012-52(088.8) (56) Авторское свйдетельство СССР

У 346335, кл. С 10 G 9/20, 1971.

Авторское свидетельство СССР

9 548621, кл. С 10 G 9/20, 1975. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВЬИОДНОГО ПРОДУКТА ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ (57) Изобретение относится к автоматизации процесса получения водорода в трубчатой печи, может быть использовано в химической и нефтехимической промьппленности и позволяет снизить расход топлива за счет повы„,Я0„„1333637 А ) (59 4 С 01 С 1/04 G 05 D 27./00 шения качества регулирования. Способ реализуется устройством, содержащим контур стабилизации расхода природного газа: датчик (Д) 7 расхода, регулятор (Р) 14, исполнительный механизм (ИМ) подачи газа в печь 4; контур стабилизации расхода пара в линию подачи природного газа: Д 8 расхода, P 15 и ИМ и контур регулирования расхода топлива в печь: D 10, P 16 и ИМ. По сигналам Д 7, 8, 10, а также Д 10 температуры входящего продукта, Д 12 температуры выходного продукта и Д 13 температуры дымовых газов вычислительный блок 18 по соответствующим зависимостям рассчитывает с количество топлива в виде задания для Р 16. 1 ил.

1333637

Изобретение относится к автомати-. зации технологических процессов, а именно процесса получения водорода в трубчатой печи, и может быть использовано в химической, нефтехимической промышленности и промышленности по производству минеральных удобрений при автоматизации производства аммиака и метанола.

Целью изобретения является снижение расхода природного газа эа счет повышения качества регулирования температуры выходного продукта.

На чертеже приведена схема реализации данного способа.

Схема содержит потоки 1 и 2 природного газа и пара, объединенные коллектором 3, трубчатую печь 4, rroтоки 5 и 6 выхоДноГО прОДукта и тОплива, датчики 7-13 соответственно расходов природного газа и пара, температуры поступающего продукта, расхода и состава топлива, температур выходного продукта и дымовых газов, регуляторы 14, 15 и 16 соответственно расходов природного газа, пара и топлива, задатчик 17 температуры и вычислительное устройство 18.

Способ осуществляется следующим образом.

Природный газ и пар смешиваются и образуют поток поступающего продукта, который подается в трубчатую печь 4, где происходит реакция конверсии при-, родного газа с паром на катализаторе

35 с образованием потока 5 выходного продукта, который поступает на даль". нейшую переработку, топливный газ подается в трубчатую печь 4 для сжигания и образования тепла, необходимого для конверсии природного газа.

Сигналы с датчиков 7-13 расхода природного газа и пара, температуры поступающего продукта, расхода топлива

45 и состава топлива, температуры выходного продукта и дымовых газов поступают в вычислительное устройство

18. Расходы природного газа, пара и топлива регулируются регуляторами 14, 15 и 16 соответственно. Заданное эна50 чение температуры выходного продукта

I с задатчика 17 температуры вводится в вычислительное устройство 18, которое по соответствующим зависимостям рассчи55 тывает необходимое количество топлива и в виде задания через устройства связи с объектом вьщает на регулятор 16 расхода топлива.

Управляющее воздействие на изменение расхода топлива в функции величины и интеграла сигнала ошибки рассчитывается по выражению

Ф

d Q =К„(ВТ"-ЛТ )+ 2 К„лТ, (1)

1 где K„„„ K — коэффициенты настройки пропорциональной и интегральной составляющих

i-1

9 д Т, дТ вЂ” сигналы ошибки (раз ность между заданной температурой, снимаемой с задатчика 17 и текущей температурой выходного продукта, снимаемой с датчика 12, С) соответственно в данный момент времени t и в предыдущий момент времени

t (2) К = а, - a /VQ (3) где ао и а, — коэффициенты для агрегата аммиака ДМ-600, соответственно равные

0,158 и 12;

Qä — расход природного газа, снимаемый с датчика 7, нмЗ /ч

Расчет коэффициентов К„ и К„ выполняется следующим образом.

По величине расхода природного газа Яп, рассчитывают К по уравнению {3); рассчитывают коэффициент усиления регулятора по выражению

Кр = 1/К (4) где I1t — цикл работы вычислительного устройства по решению данной задачи; знак суммы, в данном случае при дискретном регулировании, заменяет интеграл (t — время включения задачи) °

Коэффициенты К„ и К„ зависят от коэффициента усиления объекта по каI налу расход топлива — температура выходного продукта". Объект регулирования является нелинейным относительно нагрузки на трубчатую печь по расходу природного газа, и коэффициент усиления описывается уравнением

1333637 рассчитывают коэффициент настройки интегральной составляющей по выражению и nt. Кр

К т, где Т вЂ” постоянная времени объекта о6 регулирования, определяемая по динамической характеристике, (для агрегата аммиака

AM-600 Т„ = 900 с); рассчитывают коэффициент настройки пропррциональной составляющей по выражению (6) К = К вЂ” К и р и

ЬТ вЂ” aT

P (7)

nt определяют знак производной сигнала ошибки P, Если знаки сигналов ошибки и ее производной совпадают, то это режим расхождения и К„ корректируют по выражению

К„= К. + 3/аТ /, (8) т.е. с целью более быстрого достижения заданного значения температуры интегральную составляющую увеличивают. Если знаки сигналов ошибки и ее производной не совпадают, то это режим схождения и К корректируют по выражению н 3

К вЂ” К и и /ат / (9) Кроме того, коэффициент настройки интегральной составляющей корректируют в зависимости от направления изменения температуры выходного продукта относительно ее заданного зна- чения. Если изменение температуры выходного продукта происходит в направлении от заданного ее значения, то это режим расхождения температур.

Если изменение температуры выходного продукта происходит в направлении к заданному ее значению, то это режим схождения температур.

Определение режимов (расхождения или схождения) выполняют следующим образом.

Определяют знак сигнала ошибки

ЬТ, производную сигнала ошибки по выражению т.е. с целью недопускания нерегулирования интегральную составляющую уменьшают.

Чтобы избежать деления на "0" в уравнении (9), выполняют проверку абсолютного значения nT на допустимую величину по выражению (1О) /dT / 4E

10 — коэффициенты для агрегата аммиака

AM-60О, соответственно равные

0,0064, 0,71, 0;27—

0,462, 0,0073; где E — заданная точность регулирования (для агрегата аммиака

AM-600 Е = 1).

Если /дТ / « 1, то интегральную составляющую обнуляют.

Управляющее воздействие (по компенсации возмущающих воздействий) .в функции величины расхода и температуры поступающего продукта, температуры дымовых газов, расхода топлива и его теплотворной способности, соотношения пар/природный газ в поступающем продукте рассчитывают следую25 щим образом, Рассчитывают теплотворную способность топлива в тыс.ккал/нм по вы- . ражению

8 = 0,0863 Z — 0,0252 Z +

+ 0,1518 Z + 0,2166 Е,„, (11) где Z„ Z, Z,,Z — - соответственно содержание мета - на, азота, этака

35 и суммы высших углеводородов в топливе (природном газе), снимаемое с датчика

40 11, об.X.

При отсутствии автоматического анализа топлива его состав вводится в вычислительное устройство по лабораторному анализу периодически, так

45 как состав топлива изменяется с большим периодом и малой амплитудой. Рассчитывают количество тепла, необходимое для компенсации возмущений по выражению .

50 4

ЬУ 5 Ь пх /Ъ (12)

1 5 гдеЪ,, Ъ,, Ъз, Ъ„b5

1333637 (18) ь(= aQ„+ aQ

21ц1 = д /в. (13) 25

8x — х х

40 (16) 1-1

Ь 3 Ъ

Qn н (17)

Q 1-1 nr д х, — изменение количества поступающего

Ilpoдуктар HM /ч д х — изменение темпера2 5 туры поступающего воздуха;

Ах — изменение темпера3 туры дымовых газов; дх — изменение соотно4 шения пар/природный газ в поступающем продукте.

Рассчитывают управляющее воздействие на расход топлива для компенсации возмущений по выражению

Изменение количества поступающего,продукта определяют по выражению

ДХ, = (Q ï.ã ".Q"Ï.)-(Q È, Q 1 ), (14) 1 1

Чп(9 Qp у

-i -1 — соответственно расходы природного газа и пара в данный момент времени t u предыдущий момент времени й„, снимаемые с датчиков 7и 8, нм /ч

Изменение температуры поступающего продукта определяют по выражению

I где х — температура поступающего

2 продукта, снимаемая с датчика 9, С, Изменение температуры дымовых газов определяют по выражению где х — температура дымовых газов, О снимаемая с датчика 13, С.

Изменение соотношения пар/природный газ в поступающем продукте определяют по выражению

Общее управляющее воздействие на расход топлива рассчитывают по выражению

Рассчитанное в вычислительном устройстве 18 управляющее воздействие на изменение расхода топлива выдается в виде приращения на изменение. задания регулятору 16 расхода топлива, который устанавливает необходимый расход топлива.

Использование изобретения обеспечивает поддержание выходного продукта с точностью + 2 С от заданной, что позволяет снизить расход топлива на

8 нм /т аммиака.

Формула иэ обретения

Способ регулирования температуры выходного продукта трубчатой печи путем регулирования подачи природного газа и пара в печь, регулирования подачи топлива в печь в зависимости от расходов и температуры природного газа и пара, температуры дымовых газов и состава топлива, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью снижения расхода топлива за счет повышения качества регулирования температуры выходного продукта, вычисляют разность между заданным и измеренным значениями температуры выходного продукта в текущем и предыдущем моменте времени, знак. разности температур в текущем моменте времени и производную этой разности температур и ее знак„определяют пропорциональную составляющую управляющего сигнала в зависимости от вычисленной разности температур в текущем и предыдущем моментах времени и расхода природного газа, определяют интегральную составляющую управляющего сигнала в зависимости от вычисленной разности температур в текущий момент времени, расхода природного газа, знака разности температур в текущем моменте времени и производной этой разности температур, сравнивают абсолютное значение разности температур в текущем моменте времени с заданным значением разности температур, и при абсолютном значении разности температур в текущем моменте времени, большем заданного значения разности, подачу топлива в печь корректируют прямо пропорционально пропорциональной и интегральной составляющих управляющего сигнала, а при абсолютном эна1333637

Составитель Т. Голеншина

Редактор Н. Швыдкая Техред Л.Олейник 1 орректор С. ЧеРни

Тираж 455 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3919/20

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 чении разности температур в текущем моменте времени, меньшем заданного значения разности, подачу топлива в печь корректируют прямо пропорционально пропорциональной составляющей управляющего сигнала.