Спосіб керування абсорбційною холодильною установкою

Реферат: Спосіб керування абсорбційною холодильною установкою, до складу якої входять генераторректифікатор з постійною витратою теплоносія для його обігріву, дефлегматор, абсорбер з постійною витратою води для його охолодження, ресивер абсорбера, конденсатор повітряного охолодження з ресивером рідкого холодоагенту, насос для подачі міцного розчину послідовно через дефлегматор і теплообмінник розчинів до генератора-ректифікатора та випарник для охолодження циркуляційного газу, шляхом регулювання витрати міцного розчину, рівнів слабкого розчину у генераторі-ректифікаторі і рідкого холодоагенту у випарнику. При цьому додатково контролюють склад, витрату, тиск та температуру циркуляційного газу на вході випарника, температуру циркуляційного газу на виході випарника, тиск кипіння холодоагенту у випарнику, витрату пари холодоагенту до конденсатора, витрату флегми, температуру та концентрацію холодоагенту на вході випарника і за отриманими даними цього контролю обчислюють як завдання регулятору величину витрати флегми за допомогою ОРС-сервера з програмним забезпеченням, за якою змінюють кількість дренованої флегми з випарника. UA 114942 U (12) UA 114942 U UA 114942 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до холодильної техніки, а точніше до способів керування абсорбційною холодильною установкою виробництва аміаку. Відомі способи керування режимом роботи абсорбційної холодильної установки шляхом встановлення моменту періодичного дренування флегми з випарника, що охолоджує циркуляційний газ на дільниці вторинної конденсації виробництва аміаку і в якому накопичується вода в процесі кипіння рідкого холодоагенту (аміаку) у міжтрубному просторі, у залежності від досягнення заданої температури охолодження циркуляційного газу [1]. Недоліком відомих способів є їх мала експлуатаційна надійність у випадку зміни температури циркуляційного газу на вході до випарника, що спостерігається під час сезонних і добових коливань температури атмосферного повітря внаслідок застосування на стадії первинної конденсації виробництва аміаку повітряного охолодження циркуляційного газу. За таких умов неможливо однозначно визначити задану температуру циркуляційного газу на виході випарника, а отже, і момент початку періодичного дренування флегми. При цьому процес періодичного дренування флегми порушує режим установки, а при невмілому виконанні його може повністю зупинити роботу [2]. Крім того, недоліком таких способів є і мала економічність внаслідок неоднозначності у встановленні цієї заданої температури циркуляційного газу на виході випарника. Так, наприклад, якщо підвищення температури циркуляційного газу на виході випарника вище заданої відбулось внаслідок збільшення температури циркуляційного газу на вході випарника, то регулятор спрацює на здійснення процесу дренування флегми, що призведе до невиправданої втрати холодоагенту, який би міг бути випареним з випарника, а отже, і холодопродуктивності. За такої умови підвищиться температура циркуляційного газу на виході випарника, збільшення якої згідно з літературними даними [3] навіть на 1 °C призводить до підвищення навантаження на трикорпусний відцентровий компресор з приводом від парової турбіни, що розташований між дільницями первинної і вторинної конденсації, на 31,75 кВт, а 3 3 отже, і природного газу та глибоко знесоленої води відповідно на 42,68 нм /год. (307354 нм /рік) та 408,51 кг/год. (3264 т/рік) у допоміжний паровий котел. У разі, якщо зниження температури циркуляційного газу на виході випарника нижче заданої відбулось за рахунок зниження температури циркуляційного газу на вході випарника, то регулятор навпаки не спрацює на здійснення процесу дренування флегми, незважаючи на те, що накопичення води у випарнику може бути критичним, а отже, призвести до зневоднення холодильної установки і зриву її роботи. Найбільш близьким за технічною суттю та ефективністю є способи керування абсорбційною холодильною установкою, до складу якої входять генератор-ректифікатор, що обігрівається теплоносієм за постійності його витрати, дефлегматор, абсорбер, що охолоджується водою за постійності її витрати, з ресивером міцного розчину, конденсатор, що охолоджується повітрям, з ресивером рідкого холодоагенту, насос подачі міцного розчину послідовно крізь дефлегматор і теплообмінник розчинів до генератора-ректифікатора та випарник для охолодження циркуляційного газу на ділянці вторинної конденсації після повітряного охолодження його на стадії первинної конденсації виробництва аміаку, шляхом стабілізації витрати міцного розчину, рівнів слабкого розчину у кубі генератора-ректифікатора, рідкого холодоагенту у випарнику та неперервного і неконтрольованого приладами вимірювання витрати в процесі дренування флегми з випарника, у якому накопичується абсорбент (вода) при кипінні холодоагенту (аміаку) у його міжтрубному просторі [2, 4]. Недоліком цих способів є їх мала економічність в умовах зміни теплового навантаження з циркуляційним газом випарника і повітряного конденсатора внаслідок сезонних та добових коливань температури атмосферного повітря за постійності витрат теплоносія через генераторректифікатор і охолоджуючої води через абсорбер. За таких коливань температури атмосферного повітря постійно відбуваються зміни концентрації холодоагенту (0,9930,996 кг/кг) на вході випарника внаслідок зміни тиску конденсації (1,21,6 МПа), тиску кипіння (0,260,29 МПа) холодоагенту у випарнику та витрати холодоагенту до повітряного конденсатора (1720 т/год.), що вимагає необхідність регулювання витрати флегми в процесі неперервного її дренування з випарника з метою підтримки температури охолодження циркуляційного газу на мінімально можливому рівні, а отже, і забезпечення максимальної економічності роботи абсорбційно-холодильної установки та агрегату синтезу аміаку в цілому. Задачею корисної моделі є зниження витрати природного газу і глибоко знесоленої води у додатковий паровий котел відділення пароутворення за рахунок зниження температури охолодження циркуляційного газу у випарнику та підтримки її на мінімально можливому рівні в умовах сезонних та добових коливань температури атмосферного повітря, що впливає на теплове навантаження абсорбера, випарника і повітряного конденсатора. 1 UA 114942 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Для вирішення поставленої задачі поряд з відомими способами керування абсорбційною холодильною установкою, до складу якої входять генератор-ректифікатор, що обігрівається теплоносієм з постійною витратою, дефлегматор, абсорбер, що охолоджується водою за постійності її витрати, з ресивером міцного розчину, конденсатор повітряного охолодження з ресивером рідкого холодоагенту, насос подачі міцного розчину послідовно через дефлегматор і теплообмінник розчинів до генератора-ректифікатора та випарник для охолодження циркуляційного газу на дільниці вторинної конденсації виробництва аміаку, шляхом стабілізації витрати міцного розчину, рівнів слабкого розчину у генераторі-ректифікаторі і рідкого холодоагенту у випарнику, додатково з метою підвищення економічності і експлуатаційної надійності в умовах зміни теплового навантаження абсорбера, випарника і повітряного конденсатора, контролюють склад, витрату, тиск і температуру циркуляційного газу на вході випарника, температуру циркуляційного газу на виході випарника, тиск кипіння пари холодоагенту у випарнику, витрату пари холодоагенту до конденсатора, витрату флегми, концентрацію та температуру холодоагенту до випарника і за результатами вимірювання цих технологічних параметрів обчислюють за допомогою ОРС-сервера з програмним забезпеченням, у яке закладено математичну модель випарника [5], величину витрати флегми для встановлення її як завдання регулятору з метою мінімізації температури охолодження циркуляційного газу. На кресленні схематично представлена установка (фіг. 1), у якій реалізується спосіб керування. Технологічна установка і система керування містять генератор-ректифікатор 1, що обігрівається теплоносієм, абсорбер 2, що охолоджується водою, з ресивером 3, випарник 4, повітряний конденсатор 5 з ресивером 6, дефлегматор 7, теплообмінник 8 розчинів, переохолоджувач 9, датчик 10 регулювання рівня слабкого розчину у генераторі-ректифікаторі з регулятором 11, діючим на регулюючий клапан 12, датчик 13 рівня рідкого аміаку у випарнику 4 з регулятором 14, діючим на регулюючий клапан 15 для зміни витрати рідкого аміаку з ресивера 6 у випарник 4, датчик 16 витрати міцного розчину з регулятором 17, діючим на регулюючий клапан 18, встановлений після насоса 19 на лінії подачі міцного розчину через дефлегматор 7 і теплообмінник 8 розчинів у генератор-ректифікатор 1, датчик 20 витрати флегми з регулятором 21, діючим на регулюючий клапан 22 для зміни витрати флегми з випарника 4 в ресивер абсорбера 3, а також датчики контролю витрати аміаку 23 до конденсатора 5, тиску кипіння аміаку 24 у випарнику 4, концентрації з аналізатором 25 і температури 26 рідкого аміаку на вході випарника 4, температури циркуляційного газу 27 і 28 відповідно на вході і виході випарника 4, витрати 29 і тиску 30 циркуляційного газу на вході випарника 4, складу циркуляційного газу 31 з аналізатором, інформаційні сигнали від яких перетворюються модулем вводу-виводу (МВВ) 32 у цифровий код і далі по промисловій мережі 33 надходять до ОРС-сервера 34 з програмним забезпеченням, за допомогою якого визначається з використанням математичної моделі випарника величина витрати флегми, що далі надходить через промислову мережу 32 і модуль перетворення 31 як завдання на регулятор 21, впливаючи таким чином на регулюючий клапан 22 і змінюючи витрату флегми з метою мінімізації температури охолодження циркуляційного газу. Спосіб керування здійснюється наступним чином. Приклад 1. За результатами вимірювання за допомогою датчиків отримані наступні значення по режиму роботи випарника абсорбційно-холодильної установки, що зведені до таблиці 1. 2 UA 114942 U 5 Отримані інформаційні сигнали від датчиків 23-К31 далі перетворюються модулем вводувиводу 32 у цифровий код і через промислову мережу 33 надходять до ОРС-сервера 34 (обчислювач) з програмним забезпеченням, де закладено алгоритм розрахунку для мінімізації в температури охолодження циркуляційного газу t ц их з використанням математичної моделі випарника. Отримані результати обчислень зведені на фіг. 2, які дозволяють проаналізувати процеси, що відбуваються із зміною витрати флегми і визначити її величину. Наведені залежності свідчать, що по таких показниках як тепловий потік Ф 10 в (холодопродуктивність) і витрата сконденсованого з циркуляційного газу аміаку Мк их характеристики мають екстремальний характер, що обумовлено екстремальною залежністю в температури циркуляційного газу на виході випарника t ц их від зміни витрати флегми Мв их . Так х в підвищення Мв их від 0,6 до 0,8 т/год., що визначає мінімальне значення t ц их =-14,3 °C, х 15 призводить до збільшення середньої концентрації в х киплячого холодоагенту з 0,78 до х 0,84 кг/кг, а це в свою чергу за умови постійного тиску Рмт=0,16 МПа викликає зниження температури холодоагенту від -17,7 до -19 °C. Завдяки цьому спостерігається підвищення середньої різниці температур, витрати холодоагенту Мв их , що випаровується, з 16,6 до y 17,2 т/год. (на фіг. 2 не показано) і як наслідок - збільшення холодопродуктивності від 4,9 до в 5,25 МВт. Витрата конденсату на виході випарника Мк их підвищується з 17,94 до 18,16 т/год. 20 25 Подальше збільшення Мв их до 1 т/год. за умови постійності М в х =18 т/год. викличе зниження x x рівня, а отже, і виключення частини поверхні теплообміну з роботи та падіння в холодопродуктивності до 5,13 МВт, а температури t ц их до -13 °C. При цьому, регулятор рівня 14 з датчиком 13 і клапаном 15 вже не зможуть забезпечити стабілізацію його на заданому значенні. Отже, запропонований спосіб керування з визначенням оптимальної величини витрати флегми дозволяє встановити баланс між існуючою витратою холодоагенту М в х =18 т/год. на вході конденсатора 5, що виробляється генератором-ректифікатором 1, x витратою Мвих =17,2 т/год. холодоагенту, що випаровується, та витратою флегми Мв их з x y 30 випарника 4. Отримана оптимальна величина флегми Мв их =0,8 т/год. з ОРС-сервера через x промислову мережу 33 і перетворювач 32 надходить як завдання на регулятор 21, який, впливаючи на клапан 22, змінює витрату оптимального рівня. Таким чином, за рахунок застосування запропонованого способу керування температура охолодження циркуляційного газу у випарнику може бути знижена з -11 °C до -14,3 °C, тобто на 3 UA 114942 U 5 10 3,3 °C, а отже, і знижена витрата природного газу і глибоко знесоленої води відповідно на 3 3 140,8 нм /год. (1126752 нм /рік) і 1,348 т/год. (1078,4 т/рік). Приклад 2. У випадку підвищення тиску в абсорбері 2 з 0,16 до 0,2 МПа за рахунок збільшення температури води, що охолоджує абсорбер, підвищиться і тиск у випарнику 4. За таких умов і постійності значень параметрів, наведених у табл. 1, датчики надішлють інформаційні сигнали через перетворювач 32 і промислову мережу 33 до ОРС-сервера 34 з програмним забезпеченням, який за відповідним алгоритмом виконає обчислення оптимальної витрати флегми Мв их , за якої забезпечується мінімальна температура охолодження x циркуляційного газу. Отримані результати обчислень за тиску у випарнику 0,2 МПа наведені на фіг. 3. Згідно з фіг. 3 виходить, що якби витрата флегми за тиску 0,2 МПа залишилася на постійному рівні 0,607 т/год., як це наведено у табл. 1, то температура охолодження в циркуляційного газу t ц их була б на рівні -8,5 °C, тоді як по результатах обчислення вона має 15 20 25 складати -11,4 °C за оптимальної витрати флегми Мв их =1,65 т/год. При цьому і x холодопродуктивність збільшується з 4,31_до 4,87 МВт. Таким чином, за рахунок застосування цього способу керування температура охолодження циркуляційного газу може бути знижена з -8,5 °C до -11,4 °C, тобто на 2,9 °C. Приклад 3. Завдяки зміні температури атмосферного повітря, що охолоджує конденсатор, змінюється і концентрація холодоагенту на вході випарника внаслідок зміни тиску конденсації. Внаслідок зміни концентрації холодоагенту, наприклад, до 0998 кг/кг і тиску у випарнику до 0,25 МПа, що спостерігається у весняно-літній період, та за постійності усіх показників згідно з табл.1, ОРС-сервер 34 через промислову мережу 33 і перетворювач 32 отримає від датчиків інформаційний масив з урахуванням вказаних вище змін концентрації і тиску у випарнику. За такої зміни параметрів ОРС-сервер виконає розрахунок по визначенню оптимальної витрати флегми, основні результати яких узагальнені на фіг. 4. Згідно з фіг. 4 виходить, що за підвищення тиску у випарнику 4 і концентрації холодоагенту на його вході значення оптимальної витрати флегми Мв их збільшується до 2,5 т/год., за якої x 30 35 40 45 50 55 в підвищується мінімальне значення температури t ц их до рівня -8,7 °C, що обумовлено в основному, не зважаючи на збільшення концентрації холодоагенту, підвищеним тиском у випарнику. При цьому і холодопродуктивність досягає величини лише 4,3 МВт. Однак за рахунок застосування запропонованого способу керування у цьому випадку температура охолодження циркуляційного газу може бути знижена з -6,2 °C при витраті флегми 0,607 т/год. до -8,7 °C при витраті флегми 2,5 т/год., тобто на 2,5 °C. Це ще раз підтверджує необхідність регулювання витрати флегми у залежності від зміни запропонованих для контролю значень технологічних параметрів, що характеризують роботу випарника. Слід відзначити, що в усіх наведених вище прикладах регулятор витрати міцного розчину 17 разом з датчиком 16 і регулюючим клапаном 18 та регулятор рівня слабкого розчину 11 разом з датчиком 10 і регулюючим клапаном 12 забезпечують підтримку матеріального балансу в абсорбційно-холодильному циклі установки, а пакет MATLAB-Simulink ОРС-сервера застосований для визначення і коригування параметрів настроювання регулятора 21, що функціонує за ПІД-алгоритмом керування. Таким чином, додатковий контроль складу, витрати, тиску та температури циркуляційного газу на вході випарника, температури циркуляційного газу на виході випарника, тиску кипіння холодоагенту у випарнику, витрати пари холодоагенту до конденсатора, концентрації та температури холодоагенту на вході випарника і встановлення завдання регулятору флегми для зміни її величини за результатами контролю перелічених вище параметрів та обчислень за допомогою ОРС-сервера з програмним забезпеченням підвищує економічність абсорбційно-холодильної установки за рахунок зниження температури охолодження циркуляційного газу в середньому на 3 °C, що забезпечує зниження витрати 3 природного газу на 128 нм /год. і глибоко знесоленої води на 1,22 т/год. у додатковий паровий котел відділення пароутворення виробництва аміаку з метою отримання пари високого тиску 10,5 МПа для приводу парової турбіни відцентрового компресора стиску азотно-водневої суміші та циркуляційного газу. Отже, економічна ефективність застосування запропонованого способу керування у 3 порівнянні з прототипом забезпечується зниженням споживання природного газу на 128 нм /год. 3 (1,02 млн. нм /рік) і глибоко знесоленої води на 1,22 т/год. (9804 т/рік). При вартості природного 3 газу 6000 грн. за 1 тис. м та глибоко знесоленої води 10 грн за одну тонну економічний ефект складає 6,22 млн. грн. для одного агрегату синтезу аміаку. 4 UA 114942 U 5 10 15 Список джерел інформації 1. А.С. № 802745 СССР (1980), МКИ F25 В49/00, F25B 15/02. Способ управления режимом работы абсорбционной холодильной установки / [Бабиченко А.К., Ерощенков С.А., Ефімов В.Т., Букаров А.Р., Мазур А.А., Мериуц В.И.]. - № 2721832/23-06; заявл.07.02.1979; опубл.07.02.1981, Бюл. № 5. 2. Бадылькес И.С. Абсорбционные холодильные машины / И.С. Бадылькес, Р.Л. Данилов. М: Пищепромиздат, 1966. - С. 236-239, рис.126, С.218. 3. Бабиченко А.К., Ефимов В.Т. Влияние температуры вторичной конденсации на экономические показатели работы агрегатов синтеза аммиака большой мощности / А.К. Бабиченко, В.Т. Ефимов // Вопросы химии и химической технологи. - X.: Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1986. -Вып.80. – С.113-117. 4. Постоянный технологический регламент цеха аммиака 1-Б, № 114. -Северодонецк: СГПП "Объединение "Азот", 2000.-784 с. 5. Бабиченко А.К. Идентификация и математическое моделирование испарителя абсорбционной холодильной установки агрегата синтеза аммиака / А.К. Бабиченко, В.И. Тошинский, Ю.А. Бабиченко, И.Л. Красников // - X.: ХГПУ, 2000. - Вып. № 78. - С.62-64. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 Спосіб керування абсорбційною холодильною установкою, до складу якої входять генераторректифікатор з постійною витратою теплоносія для його обігріву, дефлегматор, абсорбер з постійною витратою води для його охолодження, ресивер абсорбера, конденсатор повітряного охолодження з ресивером рідкого холодоагенту, насос для подачі міцного розчину послідовно через дефлегматор і теплообмінник розчинів до генератора-ректифікатора та випарник для охолодження циркуляційного газу, шляхом регулювання витрати міцного розчину, рівнів слабкого розчину у генераторі-ректифікаторі і рідкого холодоагенту у випарнику, який відрізняється тим, що додатково контролюють склад, витрату, тиск та температуру циркуляційного газу на вході випарника, температуру циркуляційного газу на виході випарника, тиск кипіння холодоагенту у випарнику, витрату пари холодоагенту до конденсатора, витрату флегми, температуру та концентрацію холодоагенту на вході випарника і за отриманими даними цього контролю обчислюють як завдання регулятору величину витрати флегми за допомогою ОРС-сервера з програмним забезпеченням, за якою змінюють кількість дренованої флегми з випарника. 5 UA 114942 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6