Метод регулювання продуктивності параллельно працюючих агрегатів синтезу аміаку

Изобретение относится к автоматизации химико-технологических процессов и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности при автоматизации производства синтетического аммиака. Известен способ управления производительностью двух параллельно работающих агрегатов синтеза аммиака с общей аргонной установкой, содержащих отделения риформинга, конверсии оксида углерода, компремирования и синтеза аммиака, включающий регулирование расхода природного газа на первичный риформинг, расхода продувочных газов в зависимости от концентрации инертов в циркуляционном газе соответствующего агрегата, расхода танковых и продувочных газов второго агрегата и части продувочного газа первого агрегата на сжигание в печи первичного риформинга первого агрегата, регулирование расхода топливного природного газа в печь первичного риформинга обоих агрегатов, регулирование расхода танковых и продувочных газов на горелки в печь первичного риформинга обоих агрегатов [2]. Недостатком известного способа является повышенный расходный коэффициент по природному газу. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ управления производительностью двух параллельно работающих агрегатов синтеза аммиака, содержащих отделения сероочистки, риформинга, конверсии оксида углерода, компремирования, синтез аммиака, включающий регулирование подачи природного газа на входе агрегатов, пара на компремирование азотоводородной смеси в агрегатах, переключение подачи конвертированного газа после отделения риформинга с одного агрегата на другой, уменьшение подачи природного газа и пара на компремирование азотоводородной смеси на этом агрегате и увеличение подачи природного газа и пара на компремирование азотоводородной смеси на другом агрегате [1]. Однако данный способ не учитывает изменение расхода природного газа на агрегаты в зависимости от расхода продувочных газов из отделения синтеза агрегатов, а также регулирование расхода продувочных газов в зависимости от переменных параметров процесса синтеза аммиака, в результате чего расходный коэффициент по природному газу является довольно высоким. В основу изобретения поставлена задача создать способ управления производительностью двух параллельно работающих агрегатов синтеза аммиака, в котором за счет регулирования расхода продувочных газов в зависимости от переменных параметров процесса синтеза аммиака и учета изменения расхода природного газа в зависимости от расхода продувочных газов снижается расходный коэффициент по природному газу, в результате чего осуществляется экономия газа. Задача решается тем, что в способе управления производительностью двух параллельно работающих агрегатов синтеза аммиака, включающем сероочистку, риформинг, конверсию оксида углерода, очистку, метанирование, компремирование и синтез аммиака, регулирование расхода природного технологического газа на обоих агрегатах, согласно изобретению, синтез аммиака осуществляют с общей аргонной установкой, дополнительно измеряют концентрацию аргона в продувочном газе обоих агрегатов на аргонную установку, при этом регулируют расход продувочных и танковых газов с отделения синтеза в отделение первичного риформинга на технологию в обоих агрегатах в зависимости от концентрации ,аргона в продувочном газе соответствующего агрегата, регулируют расход те хнологического природного газа на первом агрегате с коррекцией по расходу танковых и продувочных газов на технологию в отделение первичного риформинга первого агрегата, регулируют расход технологического природного газа на втором агрегате с коррекцией по суммарному расходу танковых и продувочных газов и газов с аргонной установки на технологию в отделение первичного риформинга второго агрегата, вычисляют суммарный расход танковых и продувочных газов с обоих агрегатов на аргонную установку, сравнивают его с максимально допустимыми значениями и при достижении суммарным расходом максимально допустимого значения осуществляют подачу танковых и продувочных газов на горелки в печь первичного риформинга первого агрегата, регулируют расход танкового и продувочных газов на горелки в печь первичного риформинга первого агрегата с коррекцией по величине превышения суммарного расхода танковых и продувочных газов с обоих агрегатов на аргонную установку максимально допустимого значения, а также корректируют расход топливного природного газа в печь первичного риформинга первого агрегата по расходу танковых и продувочных газов на горелки в печь первичного риформинга. На чертеже представлена принципиальная схема реализации способа. Технологическая схема двух агрегатов синтеза аммиака и система управления ими содержит соответственно отделения 1 и 2 сероочистки, отделения 3, 4 первичного риформинга, вторичного риформинга 5 и 6, отделения 7 и 8 конверсии оксида углерода, отделения 9 и 10 очистки и метанирования, отделения 11 и 12 синтеза аммиака, аргонную установку 13, датчики 14 и 15 расхода те хнологического природного газа, датчики 16 и 17 расхода продувочных и танковых газов с отделения синтеза 11 и 12 на технологию в первичный риформинг 3 и 4, датчики 18 и 19 расхода продувочного и танкового газов на аргонную установку 13, датчики 20 и 21 концентрации инертов в циркуляционном газе отделений синтеза 11 и 12, датчики 22 и 23 концентрации аргона в продувочном газе, датчики 24 и 25 расхода природного газа на горелки печи первичного риформинга 3 и 4, датчик 26 расхода продувочных и танковых газов на горелки печи первичного риформинга 3, регулятор 27 и 28 расхода технологического природного газа на первичный риформинг 3 м 4, регулятор 29 расхода продувочных и танковых газов с отделения синтеза аммиака 11 на горелки в печи первичного риформинга 3, регуляторы 30 и 31 расхода продувочных и танковых газов на технологию в отделения первичного риформинга 3 и 4, регуляторы 32 и 33 расхода продувочного газа с отделений синтеза аммиака 11 и 12, регуляторы 34 и 35 расхода природного газа на горелки в печи первичного риформинга 3 и 4, блок суммирования 36 и 37 расхода газа с аргонной установки 13, продувочных и танковых газов на технологию из отделения синтеза 12 в отделение первичного риформинга 4, логическое устройство 38 и 39, регулирующие клапаны 40 и 41 расхода продувочных газов с отделений синтеза 11 и 12, регулирующие клапаны 42 и 43 расхода продувочных и танковых газов с отделений синтеза аммиака 11 и 12 на технологию в отделения первичного риформинга 3 и 4, регулирующие клапаны 44 и 45 расхода природного газа на горелки в печи первичного риформинга 3 и 4, регулирующие клапаны 46 и 47 расхода технологического природного газа с отделения первичного риформинга 3 и 4, регулир ующий и о тсекающий клапаны 48 и 49 расхода продувочных и танковых газов из отделения синтеза аммиака 11 на горелки в печи первичного риформинга 3, датчик расхода 50 газа с аргонной установки 13 на технологию в отделение первичного риформинга 4, датчики 51 и 52 расхода продувочных газов с отделений синтеза аммиака 11 и 12. Способ осуществляется следующим образом. Датчики 20 и 21 измеряют концентрацию инертов в циркуляционном газе отделений синтеза аммиака 11 и 12 соответственно и выдают пропорциональные концентрациям сигналы на регуляторы 32 и 33 расхода продувочных газов с отделений 11 и 12. Регуляторы 32 и 33 сравнивают сигналы текущего значения концентрации инертов в циркуляционном газе с заданным. В случае превышения сигнала текущего значения над заданным регуляторы 32 и 33 вырабатывают сигнал на увеличение степени открытия клапанов 40 и 41 расхода продувочных газов из отделений 11 и 12. Танковые газы из отделений 11 и 12 смешиваются с продувочными газами из этих же отделений и поступают двумя потоками в отделения первичного риформинга 3 и 4, а также на аргонную установку 13. Расход продувочных и танковых газов из отделений синтеза аммиака 11 и 12 на технологию в отделения первичного риформинга 3 и 4 регулируют с помощью датчиков 22 и 23, регуляторов 30 и 31, регулирующи х клапанов 42 и 43. При этом датчики 22 и 23 измеряют концентрацию аргона в продувочном газе, идущем на синтез в отделения 11 и 12. Сигналы с этих датчиков 22 и 23 поступают на регуляторы 30 и 31. Последние в случае превышения сигнала текущего значения концентарции аргона в продувочном газе над заданным, вырабатывают сигнал на уменьшение степени открытия клапанов 42 и 43, что вызывает снижение расхода продувочных и танковых газов с отделений 11 и 12 на технологию в отделения первичного риформинга 3 и 4. Расход технологического природного газа на агрегаты регулируют с помощью датчиков 14 и 15, регуляторов 27 и 28, регулирующих клапанов 46 и 47. При увеличении расхода природного газа датчики 14 и 15 выдают сигналы текущего значения на регуляторы 27 и 28. Последние сравнивают полученное значение с заданным и вырабатывают сигналы, поступающие на клапаны 46 й 47, которые уменьшают степень открытия, и расход газа восстанавливается, Аналогичным образом обеспечивается расход топливного природного газа в печи первичного риформинга 3 и 4 с помощью датчиков 24 и25, регуляторов 34 и 35, регулирующи х клапанов 44 и 45. Регулирование расхода танковых и продувочных газов на горелки в печи риформинга 3 из отделения синтеза 11 осуществляют датчиком 26, регулятором 29 и регулирующим клапаном 48. При управлении процессом возможны различные варианты, связанные с изменением технологических параметров, как в первом, так и во втором агрегатах. Допустим, на предыдущих стадиях только первого агрегата нарушение технологии привело к увеличению концентрации аргона в свежем газе. Это вызовет увеличение содержания аргона в циркуляционном и продувочном газах отделения синтеза 11. Увеличение концентрации аргона зарегистрируют одновременно датчик 22 концентрации аргона в продувочном газе и датчик 20 концентрации инертов в циркуляционном газе. Сигналы увеличения концентрации поступят на регуляторы 30 и 32, которые в зависимости от величины рассогласования между заданным и текущим значениями концентрации, отработают регулирующие воздействия на регулирующие клапаны 40 и 42. При этом клапан 42 уменьшит, а клапан 40 увеличит степень своего открытия. В результате чего расход через клапан 42 снизится, а расход продувочных газов через клапан 40 увеличится. Это приведет к увеличению расхода продувочных и танковых газов с первого агрегата на аргонную установку 13, что зарегистрирует датчик расхода 18. Сигнал увеличения расхода с датчика 18 поступит на суммирующий блок 36, на который также поступит сигнал расхода танковых и продувочных газов со второго агрегата, регистрируемый датчиком 19. Если величина увеличения расхода не превышает предельно допустимую для аргонной установки 13, то суммирующий блок 38 отработает нулевой сигнал на логическое устройство 39. На это логическое устройство 39 поступит также единичный сигнал с логического устройства 38, свидетельствующий о снижении расхода продувочных и танковых газов на технологию в первичный риформинг 3 ниже предельного значения» При поступлении единичного и нулевого сигналов на логическое устройство 39 на его выходе вырабатывается нулевой сигнал, поступающий на отсекающий клапан 49. Последний в этом случае буде т закрыт й продувочный и танковый газы с отделения синтеза в печь риформинга 3 поступать на топливо не будут. Корректирующий сигнал снижения расхода танковых и продувочных газов на технологию в первичный риформинг 3 с датчика 16 поступит на регулятор 27 расхода технологического природного газа. Регулятор 27 выработает сигнал, который поступит на клапан 46, для увеличения расхода технологического природного газа на первичный риформинг 3. Если величина увеличения расхода продувочных и танковых газов на аргонную установку 13 превышает предельно допустимую, суммирующий блок 36 выработает на выходе единичный сигнал, поступающий на логическое устройство 39. На это же устройство 39 поступит и единичный сигнал с устройства 38. Это приведет к появлению единичного сигнала на выходе устройства 39, которое запоминает это состояние. Отсекающий клапан 49 подачи танковых и продувочных газов на топливо в печь риформинга 3 откроется. Расход эти х газов определяется корректирующим сигналом с блока 36 на регулятор 29. Регулятор 29 в этом случае запомнит корректирующий сигнал и выработает сигнал, поступающий на клапан 48 для увеличения степени его открытия. При этом степень его открытия и расход, измеряемый датчиком 26, будут определяться величиной превышения суммирующего расхода над предельно допустимой для аргонной установки 13. Появление сигнала расхода с датчика 26 на регулятор 34 приведет к корректированию расхода топливного природного газа на первом агрегате. При этом регулятор 34 выдает сигнал на уменьшение степени открытия клапана 44 и расход топливного природного газа, измеряемый датчиком 24, уменьшится. В дальнейшем расход продувочных газов из отделения синтез 11 вследствие снижения и стабилизации содержания аргона в свежем и циркуляционном газах стабилизируются на прежнем уровне. Однако логическое устройство 39 запомнило это состояние, сброс которого осуществляется только при наличии на его входе нулевых сигналов, т.е. при расходах продувочных и танковых газов на аргонную установку 13 и на первичный риформинг 3 соответственно ниже и выше граничных значений. Как видно из вышеизложенного, а этих случаях работа второго агрегата происходит по нормальному режиму. Однако, допустим, только во втором агрегате произойдет повышение концентрации аргона, а значит, и инертов в свежем и, как следствие, в циркуляционном и продувочном газах. Это увеличение одновременно зарегистрируют датчики 23 концентрации аргона в продувочном газе и 21 концентрации инертов в циркуляционном газе. Сигналы увеличения концентрации поступят соответственно на регуляторы 31 и 33, которые в зависимости от величины рассогласования между заданным и текущим значениями концентрации отрабатывают регулирующие воздействия на клапаны 43 и 41. При этом клапан 43 уменьшит, а клапан 41 увеличит степень своего открытия. В результате чего расход через клапан 43 снизится, а через клапан 41 увеличится. Это приведет к увеличению расхода танковых и продувочных газов со второго агрегата на аргонную установку, что зарегистрирует датчик 19. Сигнал увеличения расхода с датчика 19 поступает на суммирующий блок 36, на который также поступает сигнал расхода танковых и продувочных газов с первого агрегата на аргонную установку 13, регистрируемый датчиком 18. Если величина повышения расхода не превышает граничного значения для аргон-ной установки 13, суммирующий блок 36 отработает нулевой сигнал на логическое устройство 3€. На логическое устройство 39 поступит измеряемый датчиком 16 единичный сигнал с устройства 38, свидетельствующий о расходе танковых и продувочных газов на технологию в первичный риформинг 4 ниже граничного значения. При поступлении двух сигналов, нулевого и единичного, на устройство 39 с его выхода поступает нулевой сигнал на закрытие отсекающего клапана 49. Первый агрегат будет работать на нормальном режиме. Увеличение расхода танковых и продувочных газов на аргонную установку 13 зарегистрирует датчик 50, а снижение расхода танковых и продувочных газов на те хнологию в первичный риформинг 4 зарегистрирует датчик 17. Сигналы расходов с датчиков 50 и 17 поступят на суммирующий блок 37, который выработает в случае увеличения общего расхода природного газа корректирующий сигнал, поступающий на регулятор 28. С регулятора 28 сигнал поступит на клапан 47 для снижения степени его открытия. Если величина повышения расхода танковых и продувочных газов на аргонную установку 13 превышает граничное значение, то на вход логического устройства 39 с блока 36 поступит единичный сигнал, а с устройства 38 также единичный сигнал. На входе устройства 39 в этом случае появится единичный сигнал на открытие отсекающего клапана 49. При этом устройство 39 запоминает это состояние. Расход танковых и продувочных газов на горелки в печи риформинга 3 будет определяться корректирующим сигналом с блока 36 на регулятор 29. Регулятор 29 также запоминает корректирующий сигнал с блока 36 и подает на клапан 48 сигнал на увеличение степени его открытия. Степень его открытия и расход, измеряемый датчиком 26, будет определяться величиной превышения суммарного расхода над граничным значением для аргонной установки 13. На регулятор 34 поступит с датчика 26 корректирующий сигнал на снижение степени открытия клапана 44. Действие системы, таким образом, приведет к снижению и стабилизации содержания аргона и инертов в циркуляционном газе, а расход продувочных газов из отделения синтеза 12 снизится до прежнего значения. Однако логическое устройство на выходе по-прежнему будет отрабатывать запомненный единичный сигнал на открытие клапана 49, также будет запомнено и прежнее значение корректирующего сигнала на регулятор 29 с блока 36. Рассмотрим наиболее нежелательный случай, когда и в первом и во втором агрегатах вследствие нарушений режима на предыдущи х стадиях, произошло повышение содержания аргона, а значит, и инертов в свежем, циркуляционном и продувочном газах. Тогда датчики 22 и 20 на первом агрегате, а датчики 23 и 21 на втором агрегате зарегистрируют увеличение содержания аргона и инертов в циркуляционном и продувочном газах. Сигналы увеличения с датчиков поступят на регуляторы 30, 32, 31 и 33, которые выработают сигналы на снижение степени открытия клапанов 42 и 43 и увеличение степени открытия клапанов 40 и 41. Это приведет к повышению расходов танковых и продувочных газов на аргонную установку 13, измеряемых датчиками 18 и 19. При этом расход, измеряемый датчиками 16 и 17, уменьшится. Сигналы снижения расходов ниже граничного значения поступят на логическое устройство 38, которое в этом случае выработает единичный сигнал на устройство 39. На суммирующий блок 36 а это же время будут поступать сигналы увеличения расходов с датчиков 18 и 19. Если сигналы увеличения расхода не будут превышать граничного значения для аргонной установки 13, то на выходе блока 36 появится нулевой сигнал, поступающий затем на устройство 39. При поступлении единичного и нулевого сигналов на устройство 39 последнее выработает нулевой сигнал на закрытие клапана 49. На выходе аргонной установки датчик 50 зарегистрирует повышение расхода и выдаст сигнал на блок 37, на который также поступает сигнал снижения расхода с датчика 17. Блок 37 в єтом случае отработает корректирующий сигнал, поступающий на регулятор 28, который, в свою очередь, выдаст сигнал на снижение степени открытия клапана 47 подачи технологического природного газа на второй агрегат. Если расход танковых и продувочных газов на аргонную установку окажется выше граничного значения, то на выходе блока 36 появится единичный сигнал, а устройство 39 выработает единичный сигнал на открытие клапана 49. Это приведет к подаче танковых и продувочных газов на горелки в первичный риформинг 3. Расход этих газов буде т определяться сигналом корректирующего воздействия с блока 36 на регулятор 28, который в данном случае увеличит степень открытия клапана 48. В зависимости от повышения расхода топливного газа через датчик 26, по его сигналу, поступающему на регулятор 34, снизится степень открытия клапана 44 топливного природного газа. Это позволяет стабилизировать режим работы агрегата. Возможен и такой вариант, когда происходит увеличение содержаний инертов, а содержание аргона в свежем, циркуляционном и продувочном газах не меняется. Допустим, это произошло в первом агрегате. Тогда датчик 20 зарегистрирует это увеличение и выдаст сигнал на регулятор 32, который в зависимости от величины рассогласования выработает сигнал на увеличение степени открытия клапана 40. Расход продувочных газов увеличится, что зарегистрирует датчик 51. Однако увеличится и расход танковых и продувочных газов через датчик 18, сигнал с которого поступит на блок 36. Если расход на установку 13 не превышает максимального значения, то с выхода блока 36 на устройство 39 поступит нулевой сигнал. С устройства 38 поступит единичный сигнал, т.к. расход через датчик 51 превысит граничное значение. Однако с устройства 39 поступает нулевой сигнал и клапан 49 будет закрыт. Агрегат буде т работать по обычной схеме. Если с вы хода блока 36 поступает единичный сигнал, т.е. расход танковых и продувочных газов на установку 13 превысит максимально допустимое значение, то с выхода блока 36 поступит единичный сигнал. При этом на выходе устройства 39 появится также единичный сигнал и клапан 49 откроется. Первый агрегат в этом случае, как уже было описано выше, перейдет на работу печи первичного риформинга с подачей части продувочных и танковых газов на топливо. Аналогичным образом может быть рассмотрена и работа второго агрегата для данного случая с той лишь разницей, что сигнал увеличения расхода продувочных газов будет регистрироваться датчиком 52. Сброс запомненного сигнала в устройстве 39 осуществляется лишь при одновременной подаче нулевых сигналов на его вход.