Автоматизація теплових процесів
Теплові процеси відіграють значну роль в хімічній технології. Хімічні реакції речовин, а також їх фізичні перетворення, як правило, супроводжуються тепловими явищами. Теплові ефекти часто складають основу технологічних процесів. У зв'язку з цим, питання автоматизації теплообмінників, трубчастих печей, випарних апаратів та інших об'єктів хімічної технології, пов'язаних з передачею тепла, грають істотну роль.
Автоматизація трубчастих печей
Рис. VII-15. Схеми автоматизації трубчастих печей:
а - каскадна; б - каскадна з регулятором співвідношення В«паливний газ - продуктВ»; в - з корекцією за вмістом кисню в топкових газах; г - з екстремальним регулятором, коригувальним співвідношення В«паливний газ - повітряВ».
прокачується через змійовик трубчастої печі продукт нагрівається за рахунок тепла, що утворюється при спалюванні паливного газу.
Мета регулювання трубчастих печей - підтримання сталості температури продукту на виході з печі. Збуреннями об'єкта є витрата і температура вихідного продукту, теплотворна здатність палива, кількість і температура повітря, що подається для спалювання палива, втрати тепла в навколишнє середовище і ряд інших. Ці обурення можна компенсувати за допомогою АСР температури продукту на виході з печі, що управляє подачею палива в піч. Однак трубчасті печі володіють запізнюванням по передачі тепла від димових газів через стінку змійовика до проходить по ньому продукту, крім того, перехідний процес по каналу В«витрата палива - температура продукту на виході В»триває кілька годин. Тому при використанні одноконтурною АСР динамічна помилка і час регулювання досягають великих значень.
Разом з тим температура газів над перевальних стінкою досить швидко реагує на зміну режиму роботи печі, обумовлене зміною кількості паливного газу, що подається на спалювання. Тому істотне поліпшення якості регулювання температури продукту на виході з печі може бути досягнуто застосуванням системи каскадного регулювання (рис. VII-15, а), що складається з регулятора температури продукту на виході з печі (коригувальний регулятор), що впливає на завдання регулятора температури газів над перевальних стінкою (стабілізуючий регулятор), який управляє подачею палива в піч. Стабілізуючий регулятор починає компенсувати виникаючі обурення, що впливають на процес згоряння палива, перш ніж вони призведуть до зміни температури продукту.
При різкій зміні навантаження печі по витраті нагреваемого продукту і при наявності обурення по витраті палива використовують також вищеописану систему каскадного регулювання, стабілізуючий регулятор якої впливає на регулятор співвідношення витрат продукту і палива. У цьому випадку регулятор співвідношення управляє подачею палива в піч (рис. VII-15, б).
При примусової подачі первинного повітря (рис, VII-15, в) оптимальний його витрата, при якому температура в топці приймає максимальне значення, підтримують за допомогою регулятора співвідношення В«паливний газ - повітряВ», що забезпечує заданий значення коефіцієнта надлишку повітря, визначального інтенсивність процесу згоряння. Якщо при цьому теплотворна здатність палива істотно змінюється, то на регулятор співвідношення направляють коригувальний сигнал від регулятора стабілізації вмісту кисню в топкових газах. Це забезпечує повне згоряння палива і високу якість регулювання.
Сильним обуренням режиму роботи трубчастих печей з боку паливного газу є зміна його тиску. Це зміна компенсують введенням в АСР температури продукту на виході з печі додаткового регулятора тиску, завдання на який подають від регулятора температури в топковому просторі. Такі системи забезпечують якісне регулювання витрати паливного газу, так як витрата газу в великій мірі залежить від його тиску (див. рис. VII-15, в).
Так як залежність температури в топці від співвідношення В«паливо - повітряВ» має екстремальний характер, при автоматизації трубчастих печей застосовують системи екстремального регулювання. На рис. VII-15, г екстремальний регулятор відшукує максимальне значення температури димових газів над перевальних стінкою, впливаючи на регулятор співвідношення В«паливний газ - повітряВ», керуючий подачею первинного повітря.
При регулюванні співвідношення В«паливний газ - повітряВ» необхідно забезпечити заходи безпеки, так як при недоліку повітря в топці може утворитися вибухонебезпечна суміш. Слід передбачити обмеження витрати палива так, щоб ця витрата ніколи не перевищував максимально допустимого значення, відповідного поточному значенням витрати повітря. При зменшенні витрати повітря відносно певного значення потрібно обов'язково автоматично зменшувати подачу палива в топку.
Автоматизація процесу випарювання
Основні схеми автоматизації розглянемо на прикладі двухкорпусной випарної установки. Мета управління випарної установки полягає в отриманні розчину заданої концентрації QУ, а також у підтримці матеріального і теплового балансів. Концентрація упаренного розчину залежить від витрати, концентрації і температури вихідного розчину, витрати і тиску пари, що гріє, тиску в випарних апаратах. В Відповідно до мети управління схемою автоматизації передбачають регулювання концентрації упаренного розчину (рис. VII-16). Концентрацію QУ можна виміряти кондуктометричні методом, по щільності розчину, по показнику заломлення світла або по величині температурної депресії розчину, тобто по різниці температур кипіння О”T розчину і розчинника. Останній метод внаслідок простоти і наявності однозначної залежності між величинами QУ і Т при постійному тиску застосовують досить часто. При цьому первинний вимірювальний перетворювач температури кипіння розчину встановлюють на трубопроводі киплячого розчину після кип'ятильника, і вимірювальний перетворювач температури кипіння розчинника - на трубопроводі відведення парів розчинника.
Рис. VII-16 Схема стабілізації технологічних величин випарної установки: 1 - випарний апарат, 2 - кип'ятильник, 3 - теплообмінник, 4 - барометричний конденсатор.
Рис. VII-17 Схема багатоконтурного регулювання випарної установки.
1 - випарний апарат; 2 - кип'ятильник, 3 - теплообмінник, 4 - барометричний конденсатор.
Ці прилади комплектують передавальним перетворювачем, сигнал на виході якого пропорційний різниці температур Т. Регулятор концентрації QУ впливає на клапан, встановлений на лінії відводу упаренного розчину з останнього випарного апарату. При зростанні, наприклад, поточної концентрації щодо заданого значення регулятор збільшує витрату упаренного розчину, що зменшує час перебування його в апараті і викликає пониження концентрації розчину до заданого значення.
При відведенні упаренного розчину з останнього апарату по його концентрації матеріальний баланс установки підтримують, зберігаючи рівність між кількістю розчиненого речовини, що йде з установки, та кількістю речовини, що надходить з вихідним розчином. Це забезпечується підтримкою сталості рівня розчину в випарних апаратах шляхом впливу на клапани, встановлені на трубопроводах подачі розчину у відповідний апарат. При зростанні витрат упаренного розчину рівень в апараті знижується, що викликає збільшення подачі розчину в апарат. В якості вимірювальних перетворювачів АСР рівня розчину в випарних апаратах 1 зазвичай використовують гідростатичні рівнеміри.
Тепловий баланс процесу випарювання при невеликих коливаннях витрати вихідного розчину забезпечують регулятором витрати на трубопроводі подачі пари, що гріє в кип'ятильник 2 першого корпусу установки. Нормальний тепловий режим роботи випарної установки можливий тільки при подачі вихідного розчину з постійною температурою ТК, близької до температури кипіння розчину. Для досягнення цього встановлюють регулятор т...
