Устройство для автоматического управления процессом пиролиза в трубчатой печи

(72) Авторы изобретения

В.А. Курицын, N.Â. Родных, H. P. Тучинс»»ий, В, В Кафаров, С, Г. Анашкин, Л.M.Шиб, Л.Д. Котлер и .А. Романов

Ь1, „,»1»-1( (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ ПИРОЛИЗА В ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к устройствам для автоматического уцравления пиролизными печами в производстве олефинов и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности для производства этилена и других мономеров.

Известно устройство для автоматического управления процессом пиролиза в многопоточной трубчатой печи, содержащее датчик, регулятор и pery10 лирующий клапан для регулирования температуры пирогаза на выходе из

Ъ печи, датчики температуры стенок змеевиков, усреднители, узел вычисле15 ния функции жесткости и регулятор средней функции жесткости, блок выбора максимального. сигнала и регулятор максимальной температуры, регуляторы и регулирующие клапаны на лини20 ях подачи топлива в отдельные рядь» горелок, а также датчики расхода сырья в змеевики печи (1 ). Устройст. во осуществляет регулирование средней функции жесткости воздействием на подачу топлива в отдельные ряды горелок в зоне начальных участков змеевиков и поддерживает максимальную температуру стенок пирозмеевиков на их конечных участках воздействием на подачу топлива в соответствующие ряды горелок.

Известно также устройство для автоматического управления тепловым режимом трубчатой пиролизной печи, содержащее последовательно соединенные датчик температуры пирогаза на выходе печи, регулятор и клапан подачи топлива в печь, датчик расхода сырья в печь, подключеннь»й к первому входу блока управления, датчик температуры поверхности стенки змеевика, соединенный со -входом блока сравнения, блок;коррекции и клапаны на линиях подачи топлива в отдельные ряды горелок $2 ).

Общим недостатком известных устройств является то, что управление

88762

45 величиной реакционной зоны процесса пиролиза осуществляется без учета выхода целевых продуктов с печи, который в определяющей степени зависит от температурного профиля по дли-, не змеевика.. В результате этого температурный профиль по длине змеевика .отличается от оптимального, что снижает производительность печи по целевым продуктам. 10

Целью изобретения является повышение производительности печи.

Цель достигается тем, что известное устройство дополнительно содержит датчик расхода топлива в печь,,цатчики и регуляторы расхода топлива в отдельные ряды горелок и датчик состава пирогаза на выходе печи, при этом датчик расхода топлива в печь параллельно подключен ко второму входу блока управления и первому входу блока коррекции, выход блока сравнения связан с третьим входом блока управления, четвертый вход которого соединен с выходом блока коррекции, подключенному. своим вторым входом к, датчику расхода сырья в печь, а третьим входом — к датчику состава пи.рогаза, выходы датчиков расхода топлива в отдельные ряды горелок параллель-, но подключены к остальным входам блока коррекции и ко входам своих регуляторов, выходы которых связаны с клапанами на линиях подачи топлива, а выходы блока управления подключены к регуляторам расхода топлива в отдельные ряды горелок.

На рисунке схематично изображена . крупнотоннажная пиролизная печь 1, состоящая из конвективной 2 и радиантной 3 секций. Расход сырья в печь

40 измеряется датчиком 4. Общий расход топлива на печь измеряется датчиком

5, температура пирогаза на выходе из печи измеряется датчиком би регулируется регулятором 7 и клапаном 8.

Расходы топлива в отдельные ряды го-, релок измеряются датчиками 9.и регулируются регуляторами 10 и клапанами

11. Информация от датчиков расхода

5 и 9 поступает на входы блока 12

50 коррекции. На входы этого блока поступает также информация от датчика

4 и датчика 13 состава пирогаза. Выход блока 12 соединен со входом блока 14 управления, другой вход которо-. 55

ro соединен с датчиком 15 температуры поверхности стенки змеевика через блок 16 сравнения. Входы блока

0 4

14 подсоединены .также к датчикам 4 и 5. Выходы блока 14 .управления подсоединены к камерам задания регул-.— торов 10 расхода топлива в отдельные ряды горелок.

Устройство работает .следующим образом.

Контур регулирования, состоящий из датчика 6, регулятора 7 и клапана 8, осуществляет стабилизацию температуры пирогаза на выходе из печи и при этом устанавливает определенный общий расход топлива на печь, .измеряемый датчиком 5.

Контуры регулирования, состоящие из датчиков 9, регуляторов 10 и клапанов 11, стабилизируют расходы топлива в отдельные ряды горелок.

Информация от датчиков 5 и 9 поступает на входы блока 12, где вна чале сглаживается но закону, "Си3 "Еь-1 ("1и-1З FÑè 3), (1) где F " - измеренное значение расхода топлива на и-ом шаге;F — сглаженное значение расхода на п-1 шаге;

F — сглаженное значение расхоГн3 да на и-ом шаге;

Ф- — коэффициент сглаживания, равный 0,8-;1,0, подбирается экспериментальным путем.

Цикл сглаживания информации равен

1 раз в 5 мин. Затем в блоке 12 ïóтем решения системы уравнений, данными которой является текущая информация, поступающая от датчиков 4, 5, 9 и 13, определяются коэффициенты модели пиролиза фЪ 4%Ф

Иэ 1 Г ИЗ

+ — +--+ +т ° о "о "о ф М

Ф\

ИЗ 14 FZ

В, + +.--4 К

"о Fo Fо

Ф р

8 Ф вЂ” +.. ° + — К

И5 " 1"2 5 ИЪ

1"О F F0

К - = (4 = 4 -, y ). где F — текущие сглаженные значения

4 расходов топлива в общий коллектор (Fy ) и отдельные ряды горелок (F4 и т.д.), поступающие от датчиков 5 и 9, нм /час;

F - измеренное датчиком 4 знаС чение расхода сырья в печь, кг/час;

887620

35

8 . - текущее значение выхода и3

j-ого целевого продукта (1 = 1, $) в печи, в кг/час, о (3)

1 1ОО о/О где С вЂ” измеренная датчиком 13 кон3 центрация j-oro целевого продукта в пирогазе, вес.Ж;

) = 1 вЂ,метановодородная фракция:ill

= 2 — этьен, j = 3 — этан, j = 4 — пропилеи, j = 5 — бутилен-дивинильная фракция. l5

Рассчитанные из системы уравнений (2) коэффициенты К сглаживаются по закону, аналогичному (1) (4)

К ° = К.,(()Гю1 g(y 1j Гм-I3 < щ ), зв где К 1 g — значение коэффициента, рассчитанное из системы (2) íà jN )-ом шаге, К .1-„,, 1 — сглаженное значение коэффициента наI м-1) шаге, К вЂ” сглаженное значение ко ам эффициента на (М-ом) шаге, 30

oL — коэффициент сглаживания, определяется экспериментально в пределах 0,7"1,0.

Цикл срабатывания блока 12 по. расчету коэффициентов равен 1. раз в 25-35 мин.

В блоке 14 на основе информации, поступающей от датчиков 4 и 5, с выхода блока 16 сравнения и с выхода блока 12, а также из заданных значений расходов целевых продуктов с печи, определяются управляющие воздействия регуляторов расхода топлива в отдельные ряды горелок. Вначале решается система уоавнений относительно неизвестных F-, 45

Ь 2 . "1 - и

В4= — Ф вЂ” +...+ — К F

Р, Р 1 М с э 3

"а å и. $

К2.См1 о (5)

Fo t.o Fo 5 И

Э вЂ” + — +-- — к

К„го Г, s м с где К щ — сглаженные значения ко1

$$ (1= l -:5) эффициентов. модели, поступающие из блока 12;

F . — искомые значения управ1 ляющих воздействий, выдаваемые регулятором расхода топлива в отдельные ряды горелок, 3/ч °

8) — заданные значения pac(j=1--S) ходов целевых. продуктов с печи, кг/ч.

Прежде чем блок 13 выдаст значения F. в качестве заданий на соответ1 ствующие регуляторы,.в блоке 16 проверяется значение температуры стенки пирозмеевика на его конечном участке.

Если измеренное значение температуры стенки на вьппе допускаемого, то рассчитанные значения F без всякой

Ъ корректировки формируются и выдаются на соответствующие .регуляторы. Если же измеренное. значение температуры стенки больше допускаемого значения рассчитанные значения F. подлежат корректировке в зависимости. от разности температур:

ЬT=T "-Т (6)

Если ЬТ=-0-10 С, тоЬЕ„-=0-3 нм/ч о 3 3

Если ОТ=10-20 С, тоЬF. 3-5 нм/ч (7)

Если hTr20 С, то F„-=5 8 нм/ч

Корректировка значений F. ocy1 ществляется по закону З 3+, 1 то есть увеличивается расход топлива в регулируемые ряды горелок, тем самым снижается расход то*лива в последний нерегулируемый ряд 1 орелок, обогревающий пирозмеевик на конечном участке, и температура стенки этого, наиболее подверженного опасности перегрева, участка змеевика снижается. Общий расход топлива на печь, устанавливается клапаном 8, остается неизменным.

Значения h F-3 для каждой конкрет1 ной печи определяются. экспериментально в указанных пределах, Цикл срабатывания блока 14 совпадает с циклом срабатывания блока 12, . цикл срабатывания блока 16 составляет от 5 до 15 мин и выбирается экспериментально для конкретной пиролизной печи.

При изменении заданий по выходам целевых продуктов устройство осуществит перераспределение тепла по длине пирозмеевика таким образом, чтобы текущие выходы целевых продуктов с печи соответствовали заданным.

Таким образом, изобретение позволяет управлять выходами целевых про887620 дуктов с печи плавным регулированием температурного профиля по длине r.ирозмеевика, одновременно осуществляется контроль.и регулирование температуры стенки участка пирозмеевика, который. испытывает наибольшую -тепЛовую нагрузку. Это. позволяет увеличить производительность пиролизной печи по целевым продуктам.

Вместо датчиков. расхода топлива 14 в отдельные ряды горелок и общего расхода топлива в данном устройстве могут быть использованы соответственно датчики давления топлива на отдельных рядах. горелок и общего t5 давления топлива на печь.

Использование данного устройства позволяет увеличить выход основных целевых продуктов на 1-3Х.

Формула изобретения

Устройство для автоматического у.процессом-пиролиза в труб- 25 чатой печи, содержащее .последовательно соединенные датчик температуры пирогаза на выходе печи, регулятор и клапан подачи топлива в печь, датчик расхода сырья в печь, подключен- 50 ный к первому входу блока управления, датчик .температуры поверхности стенки змеевика, соединенный со входом блока сравнения, блок коррекции н клапаны на линиях подачи топлива в отдельные ряды горелок,. о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения. производительности печи, оно дополнительно содержит датчик расхода топлива в печь, датчики н регуляторы расхода топлива в отдельные ряды горелок .и датчик состава пирогаза на выходе печи,. при этом датчик расхода топлива в печь параллельно подключен.ко второму входу блока управления и первому входу блока коррекции, выход блока сравнения связан с третьим входом блока управления, четвертый вход. которого соединен с выходом блока коррекции подключенному своим вторым входом к датчику расхода сырья. в печь, а третьим входом — к датчику состава пирогаза, выходы датчиков расхода топлива в отдельные ряды горелок параллельно.подключены к остальным входам блока коррекции .и ко входам своих регуляторов, .выходы которых связаны с клапанами на линиях подачи топлива, а выходы блока управления подключены к регуляторам расхода топлива в отдельные ряды горелок.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9416375, кл. С 10 G. 9/20, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

9507615, кл. С 10 G 9/20, 1973.

Составитель Г.Огаджанов

Редактор Т.Кузнецова . Техред З.Фанта Корректор В.Синицкая

Заказ 10685/5 Тираж 551 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, 11осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4