Формирование требований к проектируемой системе управления

1.4.Формирование требований к проектируемой системе управления

Параметром, оказывающим наиболее значительное влияние на выход NO (продукта стадии окисления аммиака), является температура. При повышении температуры контактирования увеличивается степень конверсии и соответственно снижается расходный коэффициент по аммиаку. С другой стороны, при повышении температуры увеличивается расходный коэффициент по платиноидному катализатору. Поэтому существует оптимальное значение температуры контактирования, удовлетворяющее указанным конкурирующим условиям.

Значительное влияние на процесс окисления оказывает содержание кислорода в газе, поступающем на конверсию. Для полного превращения NH₃ в NO в соответствии с реакцией окисления достаточно иметь соотношение n=O₂: NH₃ =1.25. Однако на практике при таком соотношении выход NO не превышает 60-80%. Степень конверсии возрастает при увеличении соотношения до n=1.7, что соответствует содержанию 11.5% NH₃ в аммиачно-воздушной смеси. Минимально необходимое соотношение n составляет 1.7 при 600 ^оС, 1.35 при 1000 ^оС и 1.3 при 1200 ^оС.

Увеличение концентрации кислорода в аммиачно-воздушной смеси при постоянном содержании аммиака позволяет получить равный выход NO при более низких температурах; а, сохраняя оптимальное соотношение n ≥ 1.7, можно превышать концентрацию аммиака вплоть до 13.5%, не снижая при этом выхода оксидов азота.

Таким образом, при автоматизации процесса окисления аммиака основными являются узлы регулирования соотношения воздух-аммиак и стабилизации температуры контактного окисления аммиака на платиноидных сетках.

Для регулирования указанного соотношения наиболее приемлема компенсационная схема. Эскиз проектируемой схемы автоматизации иллюстрирует рисунок 4.

Диафрагму, с помощью которой измеряют расход газообразного аммиака, устанавливают за клапаном 10, регулирующем расход при застабилизированном давлении, что обеспечивает равенство условий измерения на данной диафрагме и на диафрагме, измеряющей расход воздуха. Для повышения качества регулирования соотношения воздух-аммиак необходимо рассчитать точные значения расходов воздуха и аммиака, поступающих в контактный аппарат. Действительное значение расхода газообразного вещества определяют по формуле:

, где и  – действительное и измеренное значения расхода;

 и  – действительное и расчетное значения давления перед измерительной диафрагмой;

 и  – действительное и расчетное значения температуры.

Для реализации схемы коррекции по приведенной формуле требуется большое число функциональный преобразователей , поэтому на практике используют пересчет по формуле разложения в ряд Тейлора в точке рабочего расчетного режима:

, где  – постоянные коэффициенты.

Схема коррекции по расходу аммиака на основе полученного упрощения содержит датчики 11-13 измерения соответственно температуры, расхода и давления жидкого аммиака; блоки умножения 14 и 15на постоянные коэффициенты К₁ и К₂; блок суммирования 16 и блок умножения 17. На выходе блока 17 формируется сигнал, равный действительному значению расхода газообразного аммиака.

Схема коррекции по расходу воздуха содержит аналогичные элементы: датчики 18-20 измерения соответственно температуры, расхода и давления воздуха. Для упрощения чтения схемы все блоки, реализующие функции умножения на постоянный коэффициент, суммирования и умножения двух переменных, развернуто показанные в контуре коррекции расхода газообразного аммиака, в данном контуре обозначены одним вычислительным блоком 21, на выходе которого формируется сигнал, равный действительному значению расхода воздуха.

Соотношение действительных расходов воздуха и аммиака поддерживается с помощью регулятора соотношения с помощью регулятора соотношения расходов 22 путем воздействия на регулирующий клапан 10 подачи аммиака по основному трубопроводу. Подобный метод коррекции расходов аммиака и воздуха вполне приемлем, поскольку погрешность, как правило, не превышает 0.5-1.5%.

Температуру сеток контактного аппарата стабилизируют с помощью регулятора температуры 23, воздействующего на регулирующий клапан 24 байпасной линии подачи аммиака. Пропускная способность клапана при этом не должна превышать 3-5% пропускной способности основного регулирующего клапана 10. Такое решение, с одной стороны, более точную стабилизацию температуры в контактном аппарате, а с другой – безопасность процесса окисления, так как при самопроизвольном открытии клапана 10 соотношение расходов воздух-аммиак не превысит допустимых пределов.

Кроме того, системой автоматического регулирования процесса целесообразно предусмотреть регулирование температуры газообразного аммиака в трубопроводе до реактора окисления. Это осуществляется с помощью регулятора 25 температуры и регулирующего клапана 26. Использованы в схеме также регуляторы, отвечающие за стабилизацию характеристик аммиака на стадиях, предшествующих непосредственно контактному окислению: регулирование уровня жидкого аммиака в ресивере с помощью регулятора уровня 27 и регулирующего клапана 28; регулирование уровня жидкого аммиака в испарителе с помощью регулятора уровня 30 и регулирующего клапана 31.

Описанный способ управления процессом каталитического окисления аммиака основан на взаимной работе нескольких одноконтурных систем регулирования, а потому обладаем, помимо некоторых качественных достоинств, всеми перечисленными характеристиками, включая такие, как низкая устойчивость системы к возмущениям, худшие по сравнению с каскадными системами управления показателями качества.

Опираясь на данный анализ синтезируем каскадную систему регулирования, базой для которой послужит данная компенсационная схема.

Комплексная функциональная схема автоматизации каталитического окисления аммиака кислородом воздуха приведена на формате.