Файл: Автоматизация переработки каменноугольной смолы..pdf

Запаздывание изменений температуры жидкой фазы в реакторах (табл. 26) при возмущении расходом воз­ духа выше, чем при возмущении расходом исходного пека.

Вид кривой разгона (рис. 97, а) при возмущении тем­ пературы жидкой фазы расходом воздуха показывает,

г, мин

Рис. 98. Кривые разгона третьего реактора технологической цепи по каналу:

ного пека (возмущение по расходу среднетемпературного пека с 5,5 до 6,5 т/ч)

что по этому каналу реактор также представляет собой одноемкостный инерционный объект первого порядка с запаздыванием. Аналогичными свойствами обладают реакторы и по каналам регулирования качества произ­ водимого пека изменением расхода воздуха или исход­ ного сырья .(рис. 98). Динамические характеристики

212

3.ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КОНТРОЛЯ II СТРУКТУРНЫХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

АППАРАТОВ ОТДЕЛЕНИЯ ПЕКОПОДГОТОВКИ

Параметры технологического процесса можно разде­ лить на следующие группы [54]: управляемые, измене­ ние которых связано с характером протекания процесса; управляющие воздействия, непосредственно влияющие на процесс и которые можно целенаправленно изменять; возмущающие воздействия, которые также .непосредст­ венно влияют на ход процесса, но их целенаправленное изменение невозможно; промежуточные, изменение которых косвенно связано с характером протекания про­ цесса.

Параметры автоматического регулирования выбира­ ют на основании анализа технологических требований и математического описания объектов автоматизации. При этом руководствуются следующими требованиями [55]:

1) динамическая характеристика автоматической си­ стемы должна быть удовлетворительной, желательно чтобы запаздывание в изменении значения управляемой величины при любых возмущающих воздействиях было минимальным;

2)допустимые величины статических и динамических отклонений управляемой величины от заданного значе­ ния должны быть достаточно велики;

3)при нескольких управляемых величинах в одном объекте необходимо, чтобы взаимные связи их через процесс были минимальными или, если возможно, сле­ дует использовать связи между параметрами для улуч­ шения качества регулирования;

4)должны иметься приборы (датчики) достаточной чувствительности для измерения выбранного параметра;

5)технологический процесс должен управляться на­ иболее экономно.

Всоответствии с этими требованиями выбраны пара­ метры автоматического регулирования для объектов ав­ томатизации производства высокотемпературного пека.

Дляобеспечения необходимой точности управления технологическим процессом важное значение имеет вы­ бор структурной схемы и закона автоматического регу­ лирования. Так как свойства объектов автоматизации являются практически неизменными, достижение необхо­

214

димого качества регулирования технологического про­ цесса обеспечивается соответствующим выбором свой­ ств регулятора или усложнением структурной схемы ав­ томатического регулирования.

Ниже показан выбор параметров и структурных схем автоматического регулирования для основных аппара­ тов производства высокотемпературного пека.

Сборники исходного и конечного сырья

К сборникам относятся пекоприемники, сборники пе­ ковой смолы и испаритель. Управляемым параметром для них является уровень продукта в каждой емкости. Как объекты автоматического регулирования сборники исходного и конечного сырья представляют собой ин­ тегрирующие звенья. Управляющим параметром для них служит подача исходного сырья в емкость, а возму­ щающим воздействием — изменение его расхода из сборника.

Для стабилизации уровня продукта в сборнике при­ менимы одноконтурные схемы автоматического регули­ рования. Устойчивое регулирование для этих объектов ' может быть обеспечено при использовании П- или ПИзакона регулирования. Выбор закона регулирования оп­ ределяется технологическими требованиями к точности поддержания уровня продукта в емкости. Если для сборника допустимы отклонения уровня в определенных пределах при изменениях нагрузки, то для регулирова­ ния достаточно применения П-регулятора.

Выбор настройки регулятора для схемы регулирова­ ния уровня можно определить упрощенным способом — методом минимального значения предела пропорцио­ нальности [20, 56]. По этому методу выводят систему в граничное положение, когда наступают незатухающие колебания, а затем вдвое увеличивают найденное для это­ го состояния системы значение пределов пропорциональ­ ности П-регулятора.

Трубчатая печь для нагрева пековой смолы

Трубчатая печь представляет собой сложный, много­ емкостный объект автоматизации сѳ значительным за­ паздыванием и инерционностью по основным каналам регулирования. Управляемым параметром для нее слу-

215

жнт температура пековой смолы на выходе из трубча­ той печи. При использовании трубчатой печи для двух­ ступенчатого нагрева к управляемым параметрам отно­ сятся температуры нагрева пековой смолы на выходе из каждой ступени. Управляющими воздействиями явля­ ются расходы пековой смолы и коксового газа. По кана­ лу регулирования температуры нагрева пековой смолы по ее расходу трубчатая печь обладает несколько луч­ шими динамическими свойствами, чем по каналу регули­ рования расходом коксового газа.

К возмущающим воздействиям, влияющим на про­ цесс нагрева пековой смолы, относятся давление и теп­ лота сгорания топлива.

Промежуточным параметром, косвенно определяю­ щим процесс нагрева пековой смолы, является темпера­ тура газов над перевальной стенкой. По этому парамет­ ру трубчатая печь имеет минимальные запаздывание и инерционность, что указывает на возможность использо­ вания его для улучшения качества процесса регулиро­ вания. При двухступенчатом нагреве более высокие тре­ бования предъявляют к качеству регулирования темпе­ ратуры пековой смолы, подаваемой в реактор (вторая ступень).

Нагрузка трубчатой печи по расходу пековой смолы зависит от подачи в реактор. При постоянной нагрузке регулирование температуры пековой смолы на выходе трубчатой печи подачей газа может осуществляться по двум схемам: по выходной температуре («по выходу») или косвенным путем через регулирование температуры топочных газов над перевальной стенкой («по перева­ лу») [57].

Вторая схема, как указывалось в главе III, относится к каскадной системе автоматического регулирования. Особенностью ее является то, что основной регулятор температуры пековой смолы воздействует не на регули­ рующий орган системы, а на задатчик вспомогательного регулятора, управляющего температурой газов на пере­ вале. Такая схема имеет более высокое качество регули­ рования, так к.ак предотвращает действие возмущений по каналу подачи топлива на выходную температуру пе­ ковой смолы. Например, при возмущениях по количест­ ву или теплоте сгорания топлива вспомогательный регу­ лятор обеспечивает быструю компенсацию этих возму­ щений, так как запаздывание и инерционность по

216

каналу температура на перевале — расход топлива значительно меньше, чем по температуре пековой смолы на выходе трубчатой печи.

На рис. 99 изображена структурная схема автома­ тического регулирования трубчатой печи при односту­ пенчатом нагреве пековой смолы. В ней для улучшения качества регулирования, кроме каскадной схемы, приме­ нена стабилизация давления коксового газа по одиокон-

Рис. 99. Структурная схема автоматического регулирования трубча­

турной схеме автоматического регулирования. Расход пековой смолы на трубчатую печь также регулируется по одноконтурной схеме.

Поскольку расход нагретой пековой смолы, подавае­ мой в реактор, должен быть постоянным, подача ее в печь регулируется по величине расхода пековой смолы после испарителя. Выход нагретой пековой смолы от исходной зависит от ее качества. Поэтому при колебани­ ях качества (для обеспечения постоянства расхода пе­ ковой смолы, направляемой в реактор) количество смо­ лы, подаваемое в трубчатую печь, должно изменяться обратно пропорционально качеству. Это обстоятельство ухудшает регулирование температуры нагрева пековой

217

смолы, так как вследствие изменении показателей каче­ ства расход ее будет не постоянным.

При нагреве такой пековой смолы можно использо­ вать схему автоматического регулирования, в которой температура газов на перевале корректируется по вели­ чине рассогласования между подачей исходной пековой смолы в трубчатую печь и выходом нагретой — после испарителя.

Рис. 100. Структурная схема автоматического регулирования трубча­ той печи при двухступенчатом нагреве пековой смолы:

/, 2 — датчики уровня; 5—5 — датчики температуры; б — датчик давления; 7 — трубчатая печь

Структурная схема автоматического регулирования по указанному принципу для трубчатой печи при двух­ ступенчатом нагреве пековой смолы изображена на рис. 100. Регулирование температуры нагрева пековой смолы на выходе каждой ступени осуществляется изме­ нением ее расхода. Согласование расходов пековой смо­ лы, подаваемой на первую и вторую ступень, с подачей ее в реактор осуществляется регулированием уровней в промежуточном сборнике С62 и испарителе И2 второй ступени.

При появлении рассогласования между подачей пе­ ковой смолы на вторую ступень и расходом ее в реактор начинает изменяться уровень в испарителе, который воз­

218

действует на задатчик регулятора температуры газов на перевале. Задание для контура регулирования темпера­ туры на первой ступени определяется нагрузкой ее по расходу пековой смолы. Это осуществляется коррекцией задания по отклонению уровня пековой смолы в проме­ жуточном сборнике С62, которое происходит при рассо­ гласовании между расходом пековой смолы на первую ступень с подачей на вторую.

Для уменьшения возмущений процесса по каналу по­ дачи топлива схема имеет контур стабилизации давле­ ния коксового газа. Схема обеспечивает хорошее качест­ во регулирования в случае, если динамические свойства трубчатой печи по каналу регулирования температуры на выходе расходом пековой смолы лучше, чем по кана­ лу регулирования ее расходом коксового газа.

При двухступенчатом нагреве пековой смолы в двух самостоятельных трубчатых печах (с учетом разных тех­ нологических требований к качеству регулирования тем­ пературы нагрева на каждой ступени) для первой ступени можно использовать схему «по выходу» (регулирова­ ние температуры на выходе расходом газа), а для труб­ чатой печи второй ступени — «по перевалу» (каскадная схема регулирования с использованием промежуточного параметра — температуры газов на перевале). Для рас­ чета каскадных схем автоматического регулирования температуры нагрева пековой смолы на выходе трубча­ той печи (при инерционности по вспомогательному па­ раметру значительно меньшей, чем по. основному пара­ метру) составляют эквивалентные одноконтурные схе­ мы [21]. Методика расчета параметров настройки регуляторов каскадной схемы приведена в главе III.

Технологическая цепь реакторов

Эта цепь является основным агрегатом, в котором осуществляется процесс производства высокотемпера­ турного пека. Управляемым параметром для нее служит качество производимого высокотемпературного пека.

При изучении статических характеристик реакторов установлено, что качество высокотемпературного пека за­ висит от многих факторов: расходов исходного сырья, его качества и температуры нагрева; температуры жидкой фазы в реакторах; расходов воздуха и его давления. Так как расход исходного сырья является нагрузкой от-

219

деления и зависит от потребности в высокотемператур­ ном пеке для загрузки пекококсовых печей, его нельзя использовать в качестве управляющего воздействия для регулирования качества высокотемпературного пека. Таким параметром служит расход воздуха, направляе­ мого в каждый реактор технологической цепи.

К возмущающим воздействиям, влияющим на про­ цесс производства высокотемпературного пека, кроме расходов исходного сырья, которые изменяются при изме­ нении нагрузки пекококсовых печей, относятся темпера­ тура нагрева и качество среднетемпературного пека, температура пековой смолы, давление технологического воздуха, изменение соотношения компонентов исходного сырья. К промежуточным параметрам, косвенно связан­ ным с протеканием процессов конденсации в реакторах, относятся температуры жидких фаз в них.

Технологическая цепь реакторов как объект автома­ тизации представляет собой последовательное соедине­ ние апериодических звеньев первого порядка и звеньев чистого запаздывания. По всем каналам регулирования реакторы имеют значительную инерционность и запазды­ вание. Однако по каналу регулирования температуры жидкой фазы динамические свойства реакторов несколь­ ко лучше, чем по каналу регулирования качества произ­ водимого пека. Поэтому использование этого параметра может способствовать улучшению качества регулирова­ ния процесса.

Рассмотрим структурную схему автоматического ре­ гулирования температуры жидкой фазы расходом возду­ ха (рис. 101) с использованием ПИ-регулятора. По ука­ занному каналу регулирования реактор можно предста­ вить как последовательное соединение звена чистого запаздывания и апериодического первого порядка.

На рис. 102 построены графики переходных процес­ сов в системе регулирования температуры жидкой фазы расходом воздуха. Переходные процессы построены для возмущений по расходу воздуха (управляющее воздей­ ствие) и по расходу пековой смолы (возмущающее воз­ действие) при оптимальной настройке регулятора.

Как видно из рис. 102, г, даже и по температуре жид­ кой фазы, являющейся менее инерционной, чем качество пека, при использовании для реактора одноконтурной схемы автоматического регулирования качество процес­ са регулирования является неудовлетворительным:

220