Файл: Шель М.М. Средства автоматизации химических процессов.pdf

Автоматизация производства влечет за собой наряду с техническим прогрессом резкое повышение производи­ тельности труда, улучшение организации производства и качества продукции. Кроме того, важнейшим след­ ствием автоматизации производства является резкое улучшение условий труда, повышение культуры произ­ водства и постепенное устранение существенного разли­ чия между умственным и физическим трудом. Поэтому наша партия и правительство уделяют 'огромное внима­ ние вопросам автоматизации производства.

Июньский Пленум ЦК КПСС 1959 года, обсудив мероприятия по выполнению решений XXI съезда КПСС, постановил сосредоточить основное внимание на практическом решении задачи перехода от автоматиза­ ции отдельных производственных операций к созданию полностью автоматизированных технологических процес­ сов, цехов и предприятий, в первую очередь в тех отрас­ лях, где автоматизация обеспечивает максимальный экономический эффект.

В решениях XXI съезда партии и июньского Плену­ ма ЦК КПСС много внимания уделялось автоматизации химической промышленности. И это не случайно, так как она является одной из важнейших отраслей тяже­ лой индустрии. Химическая промышленность имеет большое значение в развитии производительных сил

страны. Продукция химической промышленности играет особую роль в осуществлении технического прогресса различных отраслей народного хозяйства.

Химическая промышленность дает стране минераль­ ные удобрения и ядохимикаты для сельского хозяйства, пластические массы, шины и резиновые изделия, сырье для искусственного волокна, моющие средства, лаки и краски, красители и другие новые синтетические мате­ риалы.

Сейчас нет ни одной отрасли народного хозяйства, развитие которой в той или иной степени не зависело бы от изделий химической промышленности. Различные синтетические ткани, пластмассовые изделия, кожза­ менители завоевали популярность и прочно вошли в наш быт.

Из всего сказанного становится ясно, насколько важ­ ное значение в народном хозяйстве страны имеет раз­ витие химической промышленности.

Поэтому семилетним планом нашей страны преду­ сматривается ускоренное развитие химической промыш­ ленности путем внедрения в самых широких масштабах механизации и комплексной автоматизации производ­ ственных процессов.

ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

С технической точки зрения автоматизация химиче­ ской промышленности резко отличается от автоматизации других отраслей народного хозяйства, например маши­ ностроения.

Большинство химических процессов представляет собой обработку различных жидких или газообразных веществ.

4-

Чтобы получить на химическом заводе требуемый продукт, необходимо одновременно регулировать в уз­ ких пределах ряд параметров: температуру и давление, скорость подачи реагентов, уровень жидкостей, ско­ рость удаления готовых продуктов и т. п. Эти различ­ ные параметры обычно влияют друг на друга. Например, увеличение подачи какого-либо холодного материала приводит к понижению температуры, поэто­ му для восстановления определенной температуры хи­ мического процесса нужно увеличить подачу тепла. Это сделает аппаратчик, человек, наблюдающий - за ходом химического процесса.

Работа аппаратчика заключается в наблюдении за показаниями ряда приборов, контролирующих ход тех­ нологического процесса. В случае необходимости аппа­ ратчик принимает соответствующие меры для востановления нормального хода технологического процесса.

Аппаратчик, манипулируя вентилями, регулирует различные параметры, действуя на основании имею­ щихся инструкций и собственного опыта.

При автоматизации химических производств утоми­ тельный ручной, малоквалифицированный труд аппарат­ чика заменяется специальными приборами — регулято­ рами, которые принимают и осуществляют определен­ ные логические решения вместо человека.

Автоматическое регулирование позволяет вести ра­ боту аппаратов на предельных параметрах, что недо­ пустимо при ручном регулировании вследствие вероят­ ного ослабления внимания обслуживающего персонала. Результатом автоматизации производственных процес­ сов является повышение производительности механиз­ мов, увеличение выхода готового продукта.

Приведем некоторые примеры, иллюстрирующие рост производительности оборудования за счет автома­ тизации.

5

По данным одного содового завода, только за счет автоматизации отделения дистилляции прирост произ­ водительности составил 14 000 тонн соды в год, сниже­

этилена на Охтинском заводе повысила производитель ность агрегатов на 25%.

шение энергетических затрат.

Так, например, автоматизация производства форма­ лина, полистирола, пластификаторов и винилацетата даст только за счет сокращения расхода сырья и энер­ гий годовую экономию свыше 7 миллионов рублей.

Снижение затрат сырья на один процент в масштабе химической промышленности составляет экономию в не­ сколько сот миллионов рублей в год.

Автоматизация химических производств, особенно комплексная, несмотря на высокую стоимость приборов и средств автоматики, значительно сокращает общие капиталовложения в строительство новых заводов. Ав­ томатизация химических производств делает аппараты необслуживаемыми, благодаря чему многие из них мо­ гут быть вынесены из помещений или размещены там более рационально. Это позволяет строить меньше за­ водских помещений, чем достигается значительная эко­ номия материальных средств. Четкая синхронизация отдельных звеньев производства позволяет уменьшить размеры промежуточных хранилищ жидких продуктов, газообразных и сыпучих материалов, а во многих слу­ чаях и полностью отказаться от них. Например, опыт

1 В ценах до 1 января 1961 года.

6

Рис. 1. Технологическая схема процесса ректификации пергидроля.

если плотность уменьшается медленно, нужно чуть-чуть открыть вентиль. Если видно, что плотность начала по­ вышаться, аппаратчик не станет ждать, когда она до­ стигнет своего верхнего допустимого предела, а задолго до этого закроет вентиль. И далее, в зависимости от характера изменения процесса аппаратчик будет при­ нимать и осуществлять ряд логических решений.

Целью установки автоматического регулятора яв­ ляется освобождение человека от этой утомительной ра­

8

боты. Мысленно поставим на место человека регулятор и рассмотрим требования, которые необходимо предъ­ явить к регулятору.

Во-первых, регулятор должен определять плотность пергидроля в аппарате и сравнивать ее с заданной. Для этого система регулирования должна иметь чувстви­ тельный элемент.

Во-вторых, в зависимости от плотности в аппарате регулятор должен подавать команды на закрытие или открытие вентиля. Причем команды должны подавать­ ся с учетом степени и скорости отклонения плотности от заданной величины. Эти функции исполняет собственно регулирующий орган.

В-третйих, необходимо вращать вентиль — исполнять команды. Это возлагается на специальный исполнитель­ ный механизм..

Таким образом, система регулирования должна со­ стоять из четырех основных элементов: объекта регули­ рования; чувствительного элемента (датчика); регули­ рующего органа (регулятора); исполнительного меха­ низма.

Объектом регулирования называется аппарат или агрегат, в котором идет производственный процесс. Автоматизация объектов осуществляется с помощью средств автоматизации, которыми являются датчики, регуляторы, исполнительные механизмы и линии связи между вышеуказанными отдельными элементами.

Объект регулирования и средства автоматизации со­ ставляют систему автоматического регулирования. Каж­ дый элемент системы воздействует на соседний элемент в определенном направлении.

Как видно из рисунка 2, отдельные связи элементов системы регулирования образуют замкнутый контур. Выход объекта регулирования является входом чувстви­ тельного элемента, а выход чувствительного элемента...

9

входом регулятора и т. д. Система автоматического регулирования может приводиться в действие электриче­ ской энергией или давлением сжатого воздуха. В пер­ вом случае система называется электрической, во вто­ ром— пневматической. Обе эти системы находят широ­ кое применение. Но пневматическая система более широко применяется на химических предприятиях вслед­ ствие целого ряда ее достоинств. К ним можно отнести: взрывобезопасность, простоту в обслуживании, простоту конструкции регуляторов и исполнительных механизмов.

вода

выход продукта

Рис. 2. Функциональная схема системы автоматического регулирования.

Представленная на рис. 2 схема состоит из четырех звеньев, поэтому она недостаточно наглядна при анали­ зе ее действий. Можно чисто условно объединить 1,2 ч

10

3-е звенья ввиду того, что они являются как бы пере­ даточными механизмами регулятора и самостоятельной' роли в системе регулирования не играют. Это справед­ ливо лишь в том случае, если мы рассматриваем систе­ му регулирования, отвлекаясь от конкретного объекта,

иинтересуемся только его динамическими свойствами.

Вэтом случае мы подразумеваем, что динамические свойства регулятора объединяют соответственно свой­ ства 1, 2 и 3-го звеньев. Тогда система будет выглядеть проще, потому что она будет состоять лишь из двух звеньев: регулятора и объекта. (См. рис. 3). По этой схеме легче выявить все необходимые действия регуля­ тора. В качестве примера продолжим рассмотрение про­

цесса ректификации пергидроля.

Выход объекта (в нашем случае — плотность перги­ дроля) является входом регулятора, а выход регулятора (положение регулирующего вентиля)— входом объекта регулирования.

Выход объекта (плотность пергидроля) может изме­ няться не только из-за изменения положения регулиру-’ ющего органа, но и вследствие ряда других причин, на­ пример изменения вакуума в колонне, изменения коли­ чества и качества подаваемого в колонну сырья, изме­ нения температуры внешней среды и т. п. Все эти при­ чины, влияющие на выход объекта, но не связанные не­ посредственно с регулирующим органом, называются возмущениями. Регулятор должен поддерживать на за­ данном уровне выходные параметры независимо от при­ чины возникновения отклонений.

Объекты регулирования могут обладать различными динамическими свойствами. Так, например, время, не­ обходимое для изменения температуры печи, и время, необходимое для изменения числа оборотов двигателя, различны. Для того чтобы поддерживать стабильно па­ раметры этих объектов (температуру и число оборо-

возмущения

Рис. 3. Структурная схема системы автоматического регулирования.

тов), необходимо иметь соответствующие регуляторы. Динамические свойства этих регуляторов, естественно, должны быть также различными.

Изучением динамических свойств звеньев системы автоматического регулирования и всеми закономерно­ стями работы системы занимается теория автоматиче­ ского регулирования. Она дает определенные рекомен­ дации по выбору типов регуляторов и их настроек в со­ ответствии со свойствами объектов регулирования.

Выбор типа регулятора и необходимых настроек производится пос'ле соответствующего изучения динами­ ческих свойств объектов регулирования. В простейших случаях это может быть выполнено практически, путем подбора. В сложных случаях, особенно при установке

12