Эволюция систем управления ректификационной установкой

Первый вариант (рис. 35). Простейшая система управления ректификационной установкой включает шесть одноконтурных САР и обеспечивает стабилизацию состава дистиллята и поддержание материального и теплового балансов в установке. Основным регулятором, стабилизирующим состав дистиллята (при разделении бинарной смеси при постоянном давлении), является регулятор температуры верха колонны, воздействующий на отбор (расход) дистиллята. Регулятор температуры 2 стабилизирует температуру питания. Регуляторы уровня 3 и 4 поддерживают материальный баланс в системе по жидкой фазе. Регулятор расхода 6 стабилизирует подачу греющего пара в кипятильник.

Если задачей регулирования является стабилизация состава кубового продукта, то расход греющего пара задается регулятором температуры низа колонны 6а, а расход дистиллята стабилизируется регулятором 1а.

Рис. 35. Система управления ректификационной установкой, основанная на одноконтурных САР отдельных технологических параметров: / — регулятор температуры верха колонны; 1а — регулятор расхода дистиллята; 2 — регулятор температуры питания; 3 — регулятор уровня в кубе колонны; 4 — регулятор уровня во флегмовой емкости; 5 — регулятор давления в колонне; 6 — регулятор расхода греющего пара; 6а — регулятор температуры низа колонны

Примечание

Одновременное регулирование составов (или температур) верха и низа колонны обычно не применяют, так как эти координаты связаны между собой, и их одновременное регулирование по обратной связи может привести к снижению запаса устойчивости системы.

Недостатки. Стабилизация расхода греющего пара без учета реальной обстановки в системе обычно приводит к перерасходу пара, поскольку регулятору расхода устанавливается завышенное задание с учетом возможных колебаний энтальпии греющего пара, переохлаждения флегмы и других возмущающих воздействий в процессе.

Отсутствие компенсирующих воздействий по возмущениям со стороны питания приведет к большим динамическим ошибкам регулирования составов продуктов, так как регулятор состава (или температуры) на конце колонны получит сигнал об отклонении регулируемой координаты от заданного значения лишь после того, как изменится состав жидкости по всей высоте колонны.

Использование температуры продукта для регулирования его состава имеет еще один существенный недостаток: колебания температуры при изменении состава соизмеримы с ее колебаниями при изменении давления в колонне и часто оказываются соизмеримы с погрешностью измерительных устройств.

На практике при разделении близкокипящих смесей веществ сколько-нибудь ощутимые колебания температуры можно наблюдать только в средней части каждой секции колонны. Эту особенность следует учитывать при выборе измерительного устройства, а также места отбора импульса по температуре.

Второй вариант (рис. 36). Чтобы обеспечить минимизацию энергозатрат на разделение, применяют регулятор соотношения расходов греющего пара и питания (или расходов флегмы и питания) 6. Кроме того, для регулирования температуры продукта применяют каскадную САР с дополнительным импульсом по производной от температуры на контрольной тарелке (регуляторы 7 и 1а), что уменьшает максимальную ошибку регулирования.

Третий вариант (рис. 37) реализуется с применением средств вычислительной техники. Здесь расходы дистиллята и греющего пара регулируются регуляторами 1 и 6, задания которым корректирует вычислительное устройство 7 в зависимости от расхода и состава питания и энтальпии греющего пара, учитывая динамические характеристики ректификационной колонны. Эта САР должна обеспечить приближенную инвариантность системы по отношению к контролируемым возмущающим воздействиям.

Рис. 36. Система управления ректификационной установки со статической компенсацией возмущающих воздействий по расходу питания и с каскадной САР температуры верха колонны:

/ — регулятор температуры верха колонны; la — дифференциатор; 2 — регулятор температуры питания; 3 — регулятор уровня в кубе колонны; 4 — регулятор уровня во флегмовой емкости; 5 — регулятор давления в колонне; 6 — регулятор соотношения расходов питания и греющего пара

Рис. 37. Система управления ректификационной установки с компенсацией возмущающих воздействий по расходу и составу питания и температуре греющего пара:

/ — регулятор расхода дистиллята; 2 — регулятор температуры теплоносителя; 3 — регулятор уровня в кубе колонны; 4 — регулятор уровня во флегмовой емкости; 5 — регулятор давления в колонне; 6 — регулятор расхода греющего пара; 7 — вычислительное устройство

Примечание

Неконтролируемые возмущающие воздействия (например, переохлаждение флегмы) могут привести к нарушению режима в ректификационной колонне и отклонению состава конечного продукта от заданного.

Лекция 10