Устройство для автоматического управления процессом дегидрирования углеводородов

 

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления процессами дегидрирования углеводородов , протекающими в реакторах со стационарнымслоем катализатора, нат пример в процессе окислительного де- ; гидрирования н-бутиленов в давинил, и может быть использовано в химической и нефтехимической промьшшенности при автоматизации процессов получения мономеров. Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта и снижение удельного расхода пара. Устройство содержит датчик (Д) 1 и регулятор (Р) 3 температуры над слоем катализатора, Д 8 расхода пара, Д 15 и Р 13 температуры пара на выходе печи, логический блок 18, который в зависимости от показаний Д 1 и Д 15 изменяет подачу топлива в печь с коррекцией по показанию Д 8. Другой контур регулирования содержит Д 21, 22, 23 температуры в слое катализатора , подключенные через искатель 20 максимальной температуры к Р 24, воздействующему на подачу пара в печь. Задание Р 24 формируется в зависимости от среднеквадратичного отклонения текущей максимальной температуры от заданного значения и предельно допустимой температуры. 1 з.п. ф-лы. 2 ил 3 табл. О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1414842

ОПИСАНИЕ ИЗОБАТЕ ЕНИЯ н двтогсном свидетельствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 418 l 301/23-26 (22) 12.01.87 (46) 07. 08.88. Бюл. Ф 29 (72) А.Д. Голев, В.А. Миронов, Ю.И. Рязанов, Г.С. Гаврилов, В.Ф. Блинов, Л.В. Кислицына и И.Г. Матвеев (53) 66.012-52 (088.8)

-(56) Авторское свидетельство СССР

Ф 473705, кл. С 07 С 5/36, 1973.

Авторское свидетельство СССР

К 587137, кл. С 07 С 5/36, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДЕГИДРИРОВАНИЯ

УГЛЕВОДОРОДОВ (57) Изобретение относится к устройствам для автоматического управления процессами дегидрирования углеводородов, протекающими в реакторах со стационарным: слоем катализатора, на-. пример в процессе окислительного де; гидрирования н-бутиленов в давинил, и может быть использовано в химичес(51)4 С 07 С 5/32, G 05 D 27/00 кой и нефтехимической промышленности при автоматизации процессов получения мономеров. Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта и снижение удельного расхода пара. Устройство содержит датчик (Д) 1 и регулятор (Р) 3 температуры над слоем катализатора, Д 8 расхода пара, Д 15 и Р 13 температуры пара на выходе печи, логический блок 18, который в зависимости от показаний Д 1 и Д 15 изменяет подачу топлива в печь с коррекцией по показанию Д 8. Другой контур регулирования содержит Д 21, 22, 23 температуры в слое катализатора, подключенные через искатель 20 а максимальной температуры к P 24, воздействующему на подачу пара в печь.

Задание P 24 формируется в зависимости от среднеквадратичного отнионениа С, текущей максимальной температуры от заданного значения и предельно допус- Дтимой температуры. 1 з.п. ф-лы. 2 ил

3 табл, 4ь I 414842

Таблица 1

Таблица 2

Х1 1

Х2

У2 0

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления процессами дегидрирования углеводородов, протекающими в реакторах со стационарным слоем катализатора, нап ример, в процессе окислительного дегидрирования н-бутиленов в дивинил, и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности при автоматизации процессов получения мономеров.

Цель изобретения — увеличение вы;хода целевого продукта и снижение

1, удельного расхода пара.

На фиг. 1 прцведена блок"схема устройства; на фиг. 2 — блок-схема логического блока.

Устройство содержит датчик 1 тем,,пературы над слоем катализатора, ре актор 2 окислительного дегидрирования

: :н-бутиленов в дивинил, регулятор 3 температуры над слоем катализатора, первый задатчик 4 температуры над слоем, ключ 5, запоминающее устройство

:,6, первый сумматор 7, датчик 8 расхо да пара, пароперегревательную печь 9, второй сумматор 10 первый блок 11 задержки, усилитель 12, регулятор 13 температуры пара на выходе из печи, исполнительный механизм 14 на линии подачи топливного газа в печь, датчик

15 температуры пара на выходе печи, первый компаратор 16, второй блок 17 задержки, логический блок 18, второй компаратор 19, искатель 20 максима" льной температуры в слое катализато ра, датчики 21-23 температуры в слое щ катализатора, регулятор 24 максимальной температуры в слое катализатора, вычислительный блок 25, счетчик 26, таймер 27, второй задатчик 28 температуры в слое катализатора, коммутатор15

29; третий сумматор 30, четвертый сумматор 31, инвертор 32, третий компаратор 33, третий эадатчик 34 предельно допустимой максимальной температу" ры в слое катализатора и исполнительный механизм 35 подачи пара в печь.

Логический блок 18 состоит из параллельно соединенных элементов И 36 и элемента ИЛИ-НЕ 37 (фиг. 2) . Элемент 36 вырабатывает выходной сигнал

Yi по схеме, представленной в табл.1 (Х1 и Х2 — выходные сигналы первого

16 и второго 19 компараторов соответственно) .

Х1 1 0 1 0

Х2 1 1 0 0

Элемент 37 вырабатывает выходной сигнал 72 по схеме, представленной в табл. 2.

Параллельным соединением элементов

36 и 37 достигается формирование сумматорногo выходного сигнала Y в сооТ ветствии с табл ° 3.

Устройство реализуется на стандартных элементах системы ГСП и средствах микропроцессорной техники .

Устройство работает следующим образом.

Сигнал от датчика 1 температуры Т над слоем катализатора в реакторе 2 поступает в регулятор 3, где сравнивается. с заданным значением от первого задатчика 4 температуры T Регулятор 3 в соответствии с ПЙ-законом регулирования вырабатывает управляющий сигнал.

Сигнал U через ключ 5 и запоминающее устройство 6 поступает на один из входов первого сумматора 7 . Сигнал от датчика 8 расхода пара в печь 9

G >, поступает на один иэ выходов второго сумматора 10 и на вход первого блока 11 задержки, который инвертирует входной сигнал и выдает его на другой вход второго сумматора 10 с временной задержкой ь в виде сигнала (-Gh; 1)

Выходной сигнал второго сумматора

10, пройдя через усилитель 12, поступает на второй вход первого сумматора 7 в виде сигнала U<., Пт = Кь(® М вЂ” С л,- ) (1) где К вЂ” коэффициент усиления усили3 теля 12;

14 14842

10 (2) U=Ut+Q выше зада ннои.

25 (3) Х = О, при Т 7Т

Х = 1, при Т (Т„;. (4) 50

Та блица 3

Х1

Х2

0 — дискретные моменты времени с периодом 0, Сигналы U, и U< поступают на входы первого сумматора 7, формирующего задание регулятора 13 температуры пара из печи 9 по формуле

Регулятор 13 температуры пара в, соответствии с ПИ-законом регулирования вырабатывает управляющее воздействие, поступающее на исполнительный механизм 14 на линии подачи топливного газа в печь 9. Сигнал от датчика

15 температуры пара из печи 9 Т „; поступает на вход "Переменнвя!! регулятора 13 температуры. пара,.на первый вход первого компаратора 16 и на вход второго блока .17 задержки, который на второй вход компаратора 16 выдает сигнал Т„„,, равный входному с временной задержкой Г. Первый компаратор

16 сравнивает величины входных сигна лов Т; и Т„,,. и выдает результат сравнения в виде двухуровневого логического сигнала Х, на первый вход логического блока 18 по условию при T !! i < Т !! (!

Х,,= 1, приТ ; Т„

На входы второго компаратора 19 поступают сигналы Т от первого за-! датчика 4 и Т; от датчика 1 температуры над слоем катализатора. В результате сравнения этих сигналов компаратор 19 вырабатывает двухуровневый логический сигнал Х>, поступающий на второй вход логического блока 18, по условию

Логический блок 18 вырабатывает вькодной сигнал Y по схеме, представленной в табл. 3.

Логический блок t8 анализирует четыре возможные ситуации: а) температура пара уменьшается и температура над слоем катализатора ниже заданной; б) темп ер ат ура пара увеличивается и температура над слоем катализатора выше заданной; в) температура пара увеличивается, а температура над слоем катализатора ниже зада нн ой; г) температура пара уменьшается, а температура над слоем катализатора

В случаях а) и б), когда выходные сигналы компараторов 16 и 19 Х, и Х совпадают, для ликвидации рассогласования между текущей и заданной температурой над слоем катализатора необходимо изменить в соответствующую сторону задание регулятору 13 температуры пара. При этом логический блок

18 вырабатывает управляющий выходной сигнал Y = 1, замыкающий ключ, который пропускает на вход первого сумматора 7 через запоминающее устройство

6, служащее для запоминания последнего выданного воздействия Ut управляющий сигнал регулятора 3 температуры над слоем катализатора .

В случаях в) и г) для ликвидации рассогласования между текущей и заданной температурой над слоем катализатора нет необходимости изменять задание регулятору 13 температуры пара — это может привести к увеличению рассогласования и времени переходного процесса в канале "Расход топливного газа — температура над сл оем ката лизат ора" . Несовпадение сигналов на входах логического блока

18 говорит о том, что в канал "Расход топливного газа — температура пара" поступило возмущение и происходит его обработка регулятором 13, .или же не успело отработать из-за запаздывания предыдущее управляющее воздействие U поступающее на вход регулятора 13 . В этом случае логический блок t8 вырабатывает выходной сигнал Y = О, который размыкает ключ

5. На входе сумматора 7 остается прежнее значение управляющего сигнала регулятора 3, хранящееся в запоминающем устройстве б.

Такое взаимодействие блоков 1-19 направлено на снижение отрицательного влияния на качество регупирования

1414842 инерционности канала "Расход топливного газа — температура над слоем катализатора" за счет компенсации изменений расхода теплоносителя (пара) его температурой и учета блоками 1619 запаздывания в канале "Температура пара — температура над слоем катализатора", Последнее необходимо в тех случаях, когда время отработки возмущения (например, изменение состава или давления топлива) соизмеримо или меньше времени чистого запаздывания в канале "Температура пара — температура над слоем канализатора".

Далее искатель 20 максимальной тем .пературы в слое катализатора реакто; ра 2 по сигналам от датчиков 21-23.

,температуры определяет максимальную температуру Т> и посыпает ее в ка, честве переменной на вход регулятора

:,,24 максимальной температуры. Задание

) 2 Т регулятору 24 определяется из ус; ловий: 25

Т2 = Т с ecaH Т ст 36 Т макс (5)

У

Тз = Т усг 36> если T уст+36 Тмцк (6)

1 t где T> - установленное из технологическихх соображений задание на Т, вырабатываемое вторым задатчиком 25 максимальной температуры в слое;

Т „ - предельно допустимое зна". чение Т2, после которого наступает термическое разрушение катализатора;

6 - среднеквадратичное откло40 нение температуры Т2 от . заданного значения Т за определенный промежуток времени.

Среднеквадратичное отклонение регулируемой величины рассчитывается ав45 томатически вычислительным блоком 25 по текущим измерениям T и Т2 по формуле

50 (7) где п — целое число моментов времени, за которое рассчитывается дисперсия, например 30, при дискретности работы устройства 1 раз в минуту.

Дис кр етные моменты вр еме ни и на ка пливаются в счетчике 26 и поступают также в вычислительный блок 25. Счетчик 26 работает от таймера 27. Выходной сигнал вычислительного блока устанавливается равным утроенному значению рассчитанного среднеквадратичного отклонения 34.

Выходной сигнал Т„второго задатчика 28 температуры поступает на первый вход коммутатора 29, на один иэ входов третьего сумматора 30 и на один из входов четвертого сумматора 31. На другой вход третьего сумматора 30 через инвертор 32 поступает утроенное значение среднеквадратичного отклонения регулирования температуры в слое с обратным знаком (-36) .

Входные сигналы Тус и ("34) суммируются третьим сумматором 30 и поступают на второй вход коммутатора 29.

На другой вход четвертого сумматора

3 1 поступает утроенное значение среднеквадратичного отклонения регулирования температуры в слое ЗЬ. Входные сигналы Т с и 3.4.суммируются четвертым сумматором 31 и поступают на один из входов третьего компаратора

33, на другой вход которого от третьего задатчика 34 подается предельно допустимое значение максимальной температуры в слое катализатора T с .

Компаратор 33 сравнивает величины входных сигналов (Т + 36) и Т„„ с и выдает результат сравнения в виде двухуровневого логического сигнала Z поступающего на управляющий вход коммутатора 29, через который на вход

"Задание" регулятора 24 максимальной температуры в слое катализатора подается сигнал Т в соответствии с ус2 ловиями (5) и (Ь) .

Выбор задания регулятору 24 в соответствии с изложенным позволяет минимизировать вероятность нарушений технологического режима при действии

-различных возмущений на температурный режим реактора 2. Регулятор 24 в со1 ответствии с ПИ-законом регулирования вырабатывает управляющее воздействие, поступающее на исполнительный механизм 35 на линии расхода пара в печь

9. Изменение расхода пара в реактор

2 изменяет скорость реакции в слое катализатора и количество выделяемого, тепла, а следовательно температуру в слое. Уменьшение расхода пара ведет к увеличению температуры Т и наобо2 рот, увеличение расхода пара снижает температуру Т2.

7 1414ц

Таким образом, предлагаемое уст-. ройствоо а вт оматичес ког о упра вл ения позволяет повысить качество регулирования важнейших технологических пара5 метров процесса и его эффективность в целом за счет более точного выцерживания регламентного технологического режима. Повышение эффективности процесса (например, получения дивини- 1п ла) выражается через увеличение выходов целевого продукта на пропущенное и разложенное сырье на 0,1R и снижение удельного расхода пара на

0,05 Гкал/т.

Формула изобретения

1 ° Устройство для автоматического управления процессом дегидрирования углеводородов, содержащее последова- 20 тельно соединенные датчик, регулятор температуры пара на выходе печи и исполнительный механизм подачи топлива в печь, последовательно соединенные датчик и. регулятор температуры над 25 слоем катализатора реактора, датчики температуры в слое катализатора реактора, подключенные к входам искателя максимальной температуры, датчик расхода пара в лечь, исполнительный З0 механизм подачи пара в печь и вычислительный блок, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта и снижения

;удельного расход пара, оно дополни- 35

I .тельно содержит четыре сумматора, три

1 задатчика температуры, два блока задержки, три компаратора, инвертор, коммутатор, счетчик, таймер, логич еский блок, усилитель, ключ, запоми, нающее устройство, регулятор максимальной температуры в слое катализатора реактора, при этом запоминающее устройство соединено своим входом через ключ с выходом регулятора температуры над слоем катализатора, а выходом — с одним из входов первого сумматора, другой вход которого через усилитель подключен к выходу второго сумматора, соединенного одним входом с датчиком расхода пара, а другим— с тем же датчиком через первый блок задержки, выход первого сумматора подключей к входу Задание регулятора температуры пара на выходе печи, первый вход вычислительного блока через счетчик подключен к выходу таймера, выход искателя максимальной температуры параллельно подключен к второму входу вычислительного блока и к входу "Переменная" регулятора максимальной температуры, соединенного своим выходом с исполнительным механизмом подачи пара в печь, выход коммутатора параллельно подключен к входу "Задание" регулятора максимальной температуры и третьему входу вычислительного блока, выход которого параллельно подсоединен к первому входу четвертого сумматора и через инвертор. к первому входу третьего сумматора, выход второго задатчика температуры параллельно подключен к вторым входам третьего и четвертого сумматоров и первому входу компаратора, соединенного своим вторым входом с выходом третьего сумматора, а третьим входом— с выходом третьего компаратора, первый вход которого связан с выходом третьего задатчика, а второй вход — с выходом четвертого сумматора, датчик температуры пара на выходе печи параллельно подключен к первому входу первого компаратора и через второй блок задержки — к его второму входу, выход первого задатчика параллельно со-. единен с входом Задание" регулятора температуры над слоем катализатора реактора и с первым входом второго компаратора, подключенного своим вторым входом к датчику температуры над слоем катализатора, реактора, а выходом — к первому входу логического бло" ка, второй вход которогосоединен с выходом первого компаратора, а выход логического блока связан с управляющим входом ключа °

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что логический блок содержит элементы И и ИЛИ-НЕ, первые входы которых соединены с выходом первого компаратора, вторые входы — с выходом второго компаратора, а выходы элементов И и ИЛИ-HE подключены к управляющему входу ключа.

1414842

0m 1У

0m 16

Составитель Г. Огаджанов

Техред М.Ходанич

Редактор .Н. Яцола

Корректор С.Шекмар

Заказ 3845/2Ьа

Тираж 370 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