Спосіб вимірювання рівня завантаженості відходів у реакторах багатоконтурних піролізних установок

Реферат: Спосіб вимірювання рівня завантаженості відходів у реакторах багатоконтурних піролізних установок, згідно з яким реактори обладнують системою датчиків відповідних параметрів, здійснюють одночасно неперервну реєстрацію електричних сигналів, що надходять від датчиків, один з яких принаймні виконаний у вигляді термоелектричного перетворювача для вимірювання поточного значення температури робочого середовища, при цьому термоелектричний перетворювач встановлюють у корпусі вимірювального пристрою, який розміщують у реакторі вертикально, а рівень робочого середовища визначають непрямим шляхом на основі реєстрованих електричних сигналів. Крім цього, як робоче середовище використовують тверді побутові відходи, до складу системи датчиків включають додатково датчики витраченого об'єму, за допомогою яких одночасно вимірюють поточні значення об'єму піролізного газу та об'єму рідкого палива, та датчик однонаправленого сумарного лінійного переміщення поршня гідроприводу завантаження відходів. UA 92217 U (12) UA 92217 U UA 92217 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вимірювальної техніки й може бути використана при проектуванні систем контролю і керування рівнем завантаженості реакторів багатоконтурних піролізних установок технологічних комплексів екопірогенезису. Відомо про способи вимірювання рівня рідких та сипучих середовищ в різнотипних резервуарах, які базуються на розміщенні в резервуарах поплавкових, ємнісних, ультразвукових, радарних та ротаційних датчиків рівня, датчиків тиску і термочутливих датчиків, а також на подальшій реєстрації електричних сигналів, що надходять від датчиків, та визначенні поточного значення рівня. Прикладом такого способу є спосіб вимірювання рівня зерна або комбікорму в силосах [Патент РФ № 2079818, G01F23/22, опубл. 1997], який заснований на вимірюванні за допомогою термочутливих елементів температури в n контрольних точках силосу, які рівномірно розподіляють по вертикалі, і визначенні різниці температур у суміжних точках i  t i  t i 1 , i  1...n  1 . Такий спосіб має наступні проблеми: - складність визначення значення рівня завантаженості при роботі в герметичних резервуарах зі сталою температурою робочого середовища; - низька точність вимірювання значення рівня при невеликій кількості температурних датчиків, встановлених по висоті резервуара; - низька надійність та велика вартість вимірювальних систем, що застосовують даний спосіб при необхідності досягнення високої точності вимірювання за рахунок наявності великої кількості температурних датчиків. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб вимірювання рівня теплоносія в реакторі [Патент РФ № 2161829, G21C17/035, G01F23/22, опубл. 2001], що прийнятий як прототип. Згідно з даним способом по висоті реактора рівномірно встановлюють нагрівальні елементи та систему датчиків відповідних параметрів, які вимірюють температуру на нагрівальних елементах та між ними. Електричні сигнали, що надходять від датчиків та характеризують зміну температури і різниці температур в зонах їх розміщення, одночасно безперервно реєструють за допомогою відповідних контрольних блоків. Додатково визначають похідні зміни електричних сигналів за часом. При цьому термоелектричні перетворювачі встановлюють у корпусі вимірювального пристрою, який розміщують у реакторі вертикально. Рівень робочого середовища визначають непрямим шляхом на основі реєстрованих електричних сигналів, зокрема використовуючи отримані значення похідних, визначають коефіцієнт тепловіддачі в зоні розміщення нагрівальних елементів, за величиною якого судять про значення рівня теплоносія у відповідній зоні реактора. Такий спосіб має наступні проблеми: - низька точність вимірювання значення рівня при невеликій кількості температурних датчиків та нагрівальних елементів, встановлених по висоті резервуара; - низька надійність та велика вартість вимірювальних систем, що застосовують даний спосіб при необхідності досягнення високої точності вимірювання за рахунок необхідності наявності великої кількості температурних датчиків та нагрівальних елементів. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу вимірювання рівня завантаженості відходів у реакторах багатоконтурних піролізних установок шляхом підвищення точності вимірювання та надійності обладнання, що застосовується для реалізації даного способу, за рахунок введення до складу системи датчиків додаткових датчиків витраченого об'єму піролізного газу, витраченого об'єму рідкого палива та однонаправленого сумарного лінійного переміщення поршня гідроприводу завантаження відходів для непрямого визначення поточного значення рівня на основі електричних сигналів, що надходять від додатково введених датчиків. Поставлена задача вирішується тим, що при реалізації способу вимірювання рівня завантаженості відходів у реакторах багатоконтурних піролізних установок, згідно з яким реактори обладнують системою датчиків відповідних параметрів, здійснюють одночасно неперервну реєстрацію електричних сигналів, що надходять від датчиків, один з яких принаймні виконаний у вигляді термоелектричного перетворювача для вимірювання поточного значення температури робочого середовища, при цьому термоелектричний перетворювач встановлюють у корпусі вимірювального пристрою, який розміщують в реакторі вертикально, а рівень робочого середовища визначають непрямим шляхом на основі реєстрованих електричних сигналів, згідно з пропозицією як робоче середовище використовують тверді побутові відходи, до складу системи датчиків включають додатково датчики витраченого об'єму, за допомогою яких одночасно вимірюють поточні значення об'єму піролізного газу VПГ ti  та об'єму рідкого палива 1 UA 92217 U 5 10 15 20 VРП ti  , та датчик однонаправленого сумарного лінійного переміщення ХП ti  поршня гідроприводу завантаження відходів. При цьому поточне значення рівня завантаженості реактора визначаються згідно з залежністю LP  f ХП, VПГ, VРП, TB  . Винахідницький задум полягає в тому, що спосіб вимірювання рівня завантаженості відходів у реакторах багатоконтурних піролізних установок дозволяє з достатньо високою точністю визначати поточне значення рівня завантаженості реактора на основі реєстрованих електричних сигналів, що надходять від датчиків і відповідають поточним значенням витраченого об'єму піролізного газу та рідкого палива, а також однонаправленого сумарного лінійного переміщення поршня гідроприводу завантаження відходів. При цьому суттєво підвищується точність вимірювання рівня та надійність обладнання, що застосовується для реалізації даного способу. Суть запропонованого способу пояснюється за допомогою часових діаграм функціонування багатоконтурної піролізної установки, що наведені на кресленні, де прийнято наступні позначення: ХП - лінійне переміщення поршня гідроприводу завантаження відходів; ХП1 значення лінійного переміщення поршня гідроприводу завантаження відходів в додатному напрямку за один цикл (цикл завантаження складається із додатного переміщення в інтервалі часу від 0 до t1 та від'ємного - від U до t2); Х П - значення сумарного однонапрапленого лінійного переміщення поршня гідроприводу завантаження відходів в додатному напрямку, тобто в напрямку руху поршня при безпосередньому завантаженні, не враховуючи зворотній (холостий) рух поршня; TKB - температура кипіння відходів; TПЛВ - температура плавлення відходів; LPН - значення номінального рівня завантаженості реактора; t1 - момент часу, в який закінчується прямий рух поршня і починається зворотній; t 2 - момент часу, в який закінчується зворотній рух поршня і починається прямий; t 3 - момент часу, в який закінчується процес завантаження відходів; t 4 , t 9 - моменти часу, в які починаються процеси плавлення відходів і 25 30 35 40 45 50 55 виділення піролізного газу у реакторі; t 5 , t10 - моменти часу, в які закінчуються процеси плавлення відходів у реакторі; t 6 , t11 - моменти часу, в які починаються процеси кипіння та пароутворення відходів, а також конденсування рідкого палива у вихідному конденсаторі багатоконтурної піролізної установки; t 7 , t 8 -моменти часу, в які починається та закінчується процес довантаження відходів до реактора, відповідно. Згідно з часовою діаграмою (див. кресл.) тверді побутові відходи (як робоче середовище) завантажують до реактора багатоконтурної піролізної установки за допомогою гідроприводу подачі, поршень якого здійснює зворотно-поступальний рух в інтервалі часу від 0 до t3. В момент часу t3 реактор установки починають нагрівати за допомогою газового пальника. В свою чергу, відходи, що знаходяться всередині реактора, нагріваються, плавляться, починають кипіти та розкладатися згідно з процесом піролізу в моменти часу t3, t4 та t6, відповідно. Парогазова суміш, що утворюється в реакторі при кипінні та розкладанні відходів, проходить через багатоконтурну циркуляційну систему піролізної установки та потрапляє до вихідного конденсатора, де вона конденсується та остаточно розділяється на рідке паливо і піролізний газ. Інтенсивне виділення рідкого палива та піролізного газу починається в момент часу t6 одразу після початку процесу кипіння відходів в реакторі. Крім того, незначне виділення піролізного газу починається вже після початку процесу плавлення відходів в момент часу t4. В подальшому в процесі роботи багатоконтурної піролізної установки рівень відходів в реакторі поступово зменшується, і в момент часу t7 відбувається довантаження нової порції відходів, після чого всі вищеописані процеси повторюються. Таким чином, забезпечується функціонування піролізної установки в безперервному режимі. При цьому в процесі роботи піролізної установки, зокрема для забезпечення реалізації процесів початкового завантаження та довантаження відходів до реактора в автоматичному режимі, необхідно вимірювати (контролювати) поточне значення рівня відходів LP ti  . Для реалізації запропонованого способу непрямого вимірювання рівня завантаженості відходів реактори багатоконтурних піролізних установок обладнують системою датчиків відповідних параметрів, один з яких принаймні виконаний у вигляді термоелектричного перетворювача для вимірювання поточного значення температури TB ti  робочого середовища, а інші датчики є додатковими датчиками витраченого об'єму, зокрема для одночасного вимірювання поточних значень об'єму піролізного газу VПГ ti  та об'єму рідкого палива VРП ti  , та датчиком однонаправленого сумарного лінійного переміщення ХП ti  поршня гідроприводу 2 UA 92217 U 5 10 15 20 25 30 завантаження відходів. При цьому термоелектричний перетворювач встановлюють у корпусі вимірювального пристрою, який розміщують у реакторі вертикально. Попередньо (перед запуском піролізної установки) шляхом безпосередніх прямих експериментальних вимірювань визначають наступні параметри: значення щільності відходів В , що завантажуються до реактора за допомогою гідроприводу; значення щільностей піролізного газу ПГ та рідкого палива РП для кожного типу відходів (поліетилен, поліпропілен, полістирол); функціональну залежність щільності відходів всередині реактора від температури відходів ВР TB  ; площу поперечного перерізу SП поршня гідроприводу; площу поперечного перерізу реактора SР . Суть запропонованого способу вимірювання рівня завантаженості відходів у реакторах багатоконтурних піролізних установок полягає в наступному. В процесах завантаження та довантаження відходів до реактора в інтервалах часу від 0 до t3 та від t7 до t8, відповідно, за допомогою датчика однонаправленого сумарного лінійного переміщення поршня гідроприводу завантаження безперервно вимірюють та реєструють (кресл.) поточне значення сигналу ХП ti  , що відповідає сумарному однонапрапленому лінійному переміщенню поршня гідроприводу завантаження відходів в додатному напрямку. За допомогою датчиків витраченого об'єму вимірюють поточні значення піролізного газу VПГ ti  та рідкого палива VРП ti  в моменти часу t4 тa t6, відповідно. За допомогою датчика температури в кожний момент часу вимірюють поточне значення температури відходів TB ti  у реакторі, яка починає зростати в момент часу t3 при нагріві та падає при довантаженні відходів в момент часу t7 (кресл.). В залежності від поточного значення температури TB ti  постійно коригують параметр щільності відходів ВР згідно з відповідною (попередньо визначеною) функціональною залежністю ВР TB  . При цьому здійснюють одночасно неперервну реєстрацію електричних сигналів, що надходять від всіх датчиків системи датчиків. В подальшому в дискретні моменти часу ti на основі реєстрованих електричних сигналів, що надходять від системи датчиків і відповідають поточним значенням однонаправленого сумарного лінійного переміщення поршня ХП ti  . витраченого об'єму піролізного газу VПГ ti  та рідкого палива VРП ti  , температури відходів TB ti  , а також на основі попередньо визначених значень щільностей В , ПГ , РП , залежності ВР TB  і геометричних параметрів поршня SП та реактора SР , визначають непрямим шляхом рівень робочого середовища, зокрема обчислюють поточне значення рівня завантаженості реактора (рівня робочого середовища) LP ti  згідно з рівнянням масового балансу за формулою LP ti   35 40 45 В ХП ti SП  ПГ VПГ t i   РПVРП t i  , ВР TB SР де ti , i  1 2,...  - i-й дискретний момент часу в часовому діапазоні функціонування , піролізної установки, який змінюється згідно з кроком дискретизації t , t i 1  t i  t  . Позитивний ефект проявляється в тому, що в порівнянні зі способом-прототипом згідно з патентом РФ № 2161829, даний спосіб вимірювання рівня завантаженості відходів у реакторах багатоконтурних піролізних установок забезпечує підвищення точності та достовірності вимірювання, а також надійності обладнання, що застосовується для його реалізації. Крім того, для реалізації даного способу як додаткові датчики можуть використовуватися штатні датчики піролізної установки, оскільки типові багатоконтурні піролізні установки зазвичай попередньо обладнуються датчиками лінійного переміщення поршня гідроприводу завантаження, витрати піролізного газу та рідкого палива, а також температури відходів всередині реактора. Цей факт забезпечує також зниження вартості обладнання, що застосовується для реалізації вищенаведеного способу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Спосіб вимірювання рівня завантаженості відходів у реакторах багатоконтурних піролізних установок, згідно з яким реактори обладнують системою датчиків відповідних параметрів, здійснюють одночасно неперервну реєстрацію електричних сигналів, що надходять від датчиків, 3 UA 92217 U 5 10 15 20 один з яких принаймні виконаний у вигляді термоелектричного перетворювача для вимірювання поточного значення температури робочого середовища, при цьому термоелектричний перетворювач встановлюють у корпусі вимірювального пристрою, який розміщують у реакторі вертикально, а рівень робочого середовища визначають непрямим шляхом на основі реєстрованих електричних сигналів, який відрізняється тим, що як робоче середовище використовують тверді побутові відходи, до складу системи датчиків включають додатково датчики витраченого об'єму, за допомогою яких одночасно вимірюють поточні значення об'єму піролізного газу VПГ t i  та об'єму рідкого палива VРП t i  , та датчик однонаправленого сумарного лінійного переміщення ХП t i  поршня гідроприводу завантаження відходів, при цьому всі вимірювання здійснюють у відповідні дискретні моменти часу ti , а обробку реєстрованих електричних сигналів, що відповідають поточним значенням параметрів ХП t i  , VПГ t i  , VРП t i  , при визначенні поточного рівня відходів L P t i  у реакторі здійснюють за формулою  Х t S  ПГ VПГ t i   РП VРП t i  , LP t i   В П i П ВР TB SР де В - щільність відходів, що завантажуються до реактора; ПГ - щільність піролізного газу; РП - щільність рідкого палива; SП - площа поперечного перерізу поршня гідроприводу завантаження відходів; ВР TB  - щільність відходів всередині реактора; SР - площа поперечного перерізу реактора; ti - i-й дискретний момент часу; TB - температура відходів всередині реактора. 4 UA 92217 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5