• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Регулювання якості кінцевого продукту

Точний контроль якості кінцевого продукту є складовою частиною будь-якої програми економії енергії. Продукти, які йдуть на продаж, або навіть ті, які

просто надходять в іншу частину тієї ж самої установки, повинні відповідати граничним заданим вимогам. Відхилення від встановлених технічних вимог зазвичай тягне за собою певні наслідки - продукт повинен бути перероблений, використаний для будь-яких інших менш важливих цілей або змішаний з матеріалом більш високої якості. У всіх цих випадках втрачається енергія. Переробка, крім того, знижує продуктивність процесу і створює експлуатаційні проблеми, оскільки установка, призначена для сировини певного виду, не може ефективно працювати на незадовільно встановленим вимогам кінцевому продукті, який використовується в якості вихідного розчину. При переведенні кінцевого продукту в продукцію більш низької якості значна частина витраченої на його отримання енергії втрачається, оскільки для виготовлення продукції більш низької якості при контрольованих умовах буде вимагатися менше енергії. Втрати наявної роботи, викликаної змішуванням, описані в ч. 1.

Щоб виключити можливі втрати, пов'язані з отриманням кінцевого продукту, який не відповідає встановленим вимогам, більшість операторів намагаються здійснювати регулювання з великим запасом. Чим більше цей запас, тим менше вірогідність виходу якісних характеристик продукції за допустимі межі внаслідок можливих порушень нормальних умов роботи. Величина запасу безпосередньо пов'язана зі зміною якості продукції. Якщо зазвичай допускаються відхилення якостіх%, то оператор, як правило, встановлює позитивну межу регулювання + х% або ще більш високу у порівнянні з вимогами.

З цим режимом роботи пов'язані деякі додаткові труднощі. Більшість випарних агрегатів призначений для отримання концентрованого кінцевого продукту, що має заданий процентний вміст твердої речовини. Завищення встановлених вимог призводить до більшого вмісту твердої речовини в порівнянні з регламентом, і відповідно для досягнення більш високої концентрації розчину споживається більша кількість енергії. Крім того, можуть виникати й інші труднощі, такі, як зменшення кількості випущеного кінцевого продукту і забруднення поверхонь теплообміну надмірно концентрованим розчином.

6.2.1. Чутливість до збурень

Проблему регулювання найкраще можна представити за оцінкою чутливості якості кінцевого продукту до змін кількості тепла, що підводиться, а також до змін витрат і складу вихідного розчину. Виведені вище баланси маси і енергії забезпечують всю необхідну для цієї оцінки інформацію. Рівняння (6.3) можна вирішити стосовно до якості продукту:

Диференціювання за дозволяє оцінити чутливість концентрації

кінцевого продукту до зміни відношення кількості гріючої пари, що підводится,
до кількості вихідного розчину: ,

Вираження диференціала через концентрацію полегшує порівняння чутливості до різних умов роботи. Крім того, завдяки перетворенню знаменника у часткове відношення кількості гріючої пари та вихідної сировини оцінка не залежить від числа використовуваних корпусів

Приклад 6.1. Випарний апарат концентрує розчин з 20%-ним вмістом твердої речовини до вмісту 80%. Визначити вплив зміни витрат гріючої пари або вихідного розчину на 1% на концентрацію кінцевого продукту.

Зміна витрат гріючої пари або вихідного розчину на 1% може викликати відхилення концентрації кінцевого продукту від необхідних 80% на2,4%.

Як видно з прикладу, чутливість визначається переважно величиною відношення концентраційНайчастіше чутливість знаходиться в інтервалі

значень 2-5, внаслідок чого важко регулювати роботу випарних апаратів. Для регулювання якості продукту зазвичай керують або витратою гріючої пари, або витратою вихідного продукту при заданій пропускній здатності по другій витраті. Проте незалежно від вибору вкрай необхідно, щоб поведінку цих двох змінних було узгоджено.

Рівняння (6.8) можна, крім того, диференціювати по концентрації вихідного розчину. Незважаючи на те що остання не використовується для регулювання, вона тим не менш може істотно змінюватися, особливо в тих випадках, коли початковий розчин надходить порціями. Це, звичайно, порушує нормальні умови роботи апарату:

З рівняння (6.11) випливає, що чутливість концентрації кінцевого продукту до зміни концентрації вихідного розчину навіть вище, ніж чутливість до зміни

відношення витрат гріючої пари і вихідного розчину. Так, для умов прикладу 6.1 зміна на 1% концентрації вихідного розчину буде викликати зміну вихідного кінцевого продукту з випарного апарата на 4%. Отже, зміну складу вихідного розчину варто розглядати як один з можливих джерел порушення нормального режиму роботи.

Проте в характері протікання порушень є відмінності. Зміна витрат вихідної сировини може здійснюватися ступінчато шляхом дії оператора на регулюючий орган клапана чи завдання уставки регулятора витрати. Вплив цього порушення залежить від продуктивності випарного апарату. Зміна концентрації кінцевого продукту в багатокорпусних випарних апаратах з трубчастим теплообмінником може відбуватися дуже повільно, протягом приблизно півгодини, з переходом у новий встановлений стан. Однак випарний апарат з мінімальною кількістю випарного розчину, подібний показаному на рис 6.3, буде повною мірою реагувати на збурення з затримкою лише 2-3 хв. Отже, останні апарати більш чутливі до порушень режиму роботи та більш важкі в регулюванні.

Якщо б склад вихідного розчину міг змінюватися ступінчасто, то динамічна характеристика якості кінцевого продукту була б по суті, такою ж, як і при зміні витрати підданого випарюванню розчину. Однак вихідний розчин зазвичай надходить у велику ємність, де до деякої міри піддається перемішуванню. Тому навіть ступеневе порушення складу надходящої в бак вихідної сировини до досягнення випарного апарата буде значно ослаблено. Крім того, зміни концентрації вихідного розчину не можуть відбуватися в таких широких межах, як зміни його витрати.

Зміна витрати гріючої пари повинне відбитися послідовно на всіх поверхнях теплообміну, перш ніж воно з дійсне повний вплив на якість кінцевого продукту. Прямоточний випарний апарат малої продуктивності буде швидше реагувати на зміну витрати вихідного розчину. У протитічному випарному апараті гріючий пар вводиться в точці вивантаження кінцевого продукту, що збільшує його динамічний вплив на якість.

Зміни витрати гріючої пари можуть бути викликані оператором або коливаннями тиску пари, що підводиться. У ч. З описаний метод компенсації коливань витрати пари при коливаннях тиску, що підведений. Тим не менше цей метод буде ефективним лише у випадку малих збурень, тоді як можна очікувати і серйозних порушень режиму роботи, при яких наявного тиску недостатньо для забезпечення необхідної кількості гріючої пари. У цих умовах необхідно відповідно скоротити кількість вихідного розчину,що підведений, щоб не порушити якість кінцевого продукту.

6.2.2. Одноконтурне регулювання

Найбільш поширена схема регулювання випарних апаратів складається з ряду одиночних контурів регулювання (рис. 6.8).

Продуктивність фактично визначається витратою гріючої пари - з її збільшенням буде знижуватися рівень розчину в усіх корпусах, що змусить регулятори рівня подавати більшу кількість вихідного розчину.

Рис. 6.8. Система одноконтурного регулювання випарних апаратів FC - регулятор витрати; PDT - прилад для вимірювання перепаду тиску; LC -регулятор рівня; QC - регулятор якості кінцевого продукту; QT - прилад для вимірювання концентрації продукту.

Якість кінцевого продукту як прямо, так і побічно залежить від його виходу. Якщо вихід кінцевого продукту знизиться, то при постійній витраті гріючої пари концентрація твердої речовини в останньому корпусі почне негайно зростати. Однак підвищення рівня випаровуваного розчину в останньому корпусі буде, крім того, призводити до зниження виходу випарного розчину з передостаннього корпусу. Такий вплив унаслідок спрацьовування регуляторів рівня буде послідовно передаватися і на інші корпуси. При зниженні витрат продуктів з цих розташованих вище корпусів у них починає змінюватися концентрація розчиненої твердої речовини. Зрештою розчин з підвищеною концентрацією із розташованих вище по потоку корпусів досягає останнього корпусу, посилюючи його початкову реакцію.

Вторинні реакції наступають зі значним запізненням у часі. У трьохкорпусному випарному апараті, описаному в прикладі 6.1 і зображеному на рис. 6.4, вихід кінцевого продукту в стаціонарних робочих умовах становить 0,9 кг на 1 кг гріючої пари. Якщо вихід кінцевого продукту впаде до 0,89 кг, то його

концентрація зросте з 80% до 80,4% без урахування змін концентрації розчину у другому корпусі. Коли зниження виходу кінцевого розчину в третьому корпусі передається у другий корпус, він реагує на це збільшенням концентрації розчину що в ньому знаходится, що в кінцевому рахунку призводить до зростання концентрації кінцевого продукту до 80,59%. Коли ж у відповідь реакція на зниження виходу кінцевого продукту починається в першому корпусі, призводячи до збільшення концентрації випаровуваного в ньому розчину, концентрація кінцевого продукту в результаті цього зростає до 80,67%.

Система регулювання, що складається з поодиноких контурів, особливо чутлива до змін витрати гріючої пари. У такій системі для зміни продуктивності установки потрібно спочатку, щоб зміна витрат гріючої пари викликалоа відхилення якості кінцевого продукту від заданого рівня, а вже тільки потім регулятор якості протягом деякого часу буде виводити апарат на новий стійкий режим роботи. Але за цей проміжок часу може бути виготовлена значна кількість продукту, що не відповідає заданим вимогам. Зниження тиску гріючої пари викликає аналогічні наслідки.

6.2.3. Регулювання за збуренням

Роботу випарних апаратів, призначених для обробки мінімальних кількостей рідкого розчину, неможливо задовільно регулювати за допомогою неузгоджених одиночних контурів. Зміни витрат гріючої пари і вихідного розчину, а також його складу викликають надто великі втрати цінного кінцевого продукту. З метою зведення до мінімуму порушень якості кінцевого продукту випарних апаратів такого типу створена система регулювання за збуренням, яка узгоджує зміни кількості тепла, що підводиться, витрат вихідного розчину і його складу. Ця система базується на звичайних балансах маси і енергії.

Для даного випарного апарату залежність між кількістю тепла, що підведене і сумарною кількістю відведеної вторинної пари, по суті, постійна

де коефіцієнт пропорційності к вираховуєтся за рівнянням (6.6) або задається технічними вимогами.

Тепер за допомогою рівняння (6.3) можна знайти наближене співвідношення витрат тeпла і вихідного розчину для будь-якого заданого набору концентрацій вихідного розчину і кінцевого продукту

Однак F_o являє собою масову витрату, яка зазвичай не вимірюється або

об'ємну витрату, або перепад тиску на вимірювальній діафрагмі, величини яких чутливі до зміни густини розчину. Дляоб'ємного витратоміра

де - вимірювана об'ємна витрата, a D густина вихідного розчину. Для

діафрагмового витратоміра

де h - вимірюваний перепад тиску, а к₀ - коефіцієнт витратоміра.

Вміст твердої речовини у вихідному розчині зазвичай визначається у вигляді функції його густини. Виміряну густину розчину можна потім використовувати для двох цілей одночасно. Для об'ємного витратоміра

і для діафрагмового витратоміра

Члени в квадратних дужках в рівняннях (6.16) і (6.17) можна оцінювати в залежності від густини

Щоб обчислити ці функції, необхідно знати залежність між концентрацією вихідного розчину і його густиною. Тоді можна побудувати графік відповідної функції густини від густини. На рис. 6.9 представлений такий графік залежності від D для звичайної кукурудзяної патоки.

Виявляється, що ці функції є лінійними навіть для діафрагмового

витратоміра, оскільки графік функції не змінює істотно нахилу в області

значень D = 1,0 - 1,2. Отже, обидві функції можуть бути представлені лінійною моделлю виду

де нахил лінії, що змінюється залежно від концентрації кінцевого продукту, регулюється коефіцієнтом т. Для водних систем точка перетину прямих завжди буде мати координати (1,1) внаслідок того, що при наближенні густини вихідного розчину до густини води весь вихідний розчин повинен бути випареним.

Рис. 6.9. Залежність функції густини типової кукурудзяної патоки від густини

Якщо повинна регулюватися кількість тепла, що підводиться, то установка регулятора задається системою регулювання за збуренням у відповідь на зміну витрати і складу вихідного розчину наступним чином:

Аналогічний вигляд має рівняння і для діафрагмового витратоміра. В деяких установках витрата вихідного розчину встановлюється в залежності від зміни витрати гріючої пари і густини вихідногорозчину:

Обидві ці системи регулювання представлені на рис. 6.10. Слід зауважити, що вхідні дані, котрі потрапляють з приладу контролю густини початкового розчину, є величина D - 1, оскільки нульовою точкою його шкали є густина води.

Зображена на рис 6.10 система містить в собі також динамічні компенсатори на лініях підводу тепла і подачі вихідного розчину. Вони призначені для узгодження реакції складу кінцевого продукту на зміну витрати вихідного розчину і реакції складу на зміну кількості тепла, що підводиться. Випарний апарат малої продуктивності с прямоточним рухом гріючої пари і випарюваного розчину скоріше реагує на зміну витрати вихідного розчину, ніж на зміну витрати

гріючої пари. Тоді якщо витрата гріючої пари встановлюється у відповідь на зміну витрати вихідного розчину, то необхідний домінуючий вплив блоку випередження. Однак установка витрати вихідного розчину у відповідь на зміну витрати гріючої пари потребує домінуючого впливу блоку запізнення. Зазвичай кожна система регулювання забезпечується блоком випередження або запізнення, необхідна величина параметрів яких встановлюється в залежності від характеру протікання процесу. Протитечійні випарні апарати можуть швидше реагувати на зміну витрати гріючої пари, вимагаючи іншої комбінації заданих значень випередження та запізнення.

Рис 6.10. Система регулювання витрати розчину на виході та підводу тепла QE - давач концентрації кінцевого продукту; DQY - прилади для математичних розрахунків (помножувач та суматор); FT - вимірювальний перетворювач витрати вихідного розчину; QT - вимірювач підведеної теплоти; FY- прилади для математичних розрахунків (помножувачі)

6.2.4. Зворотній зв'язок з показником якості кінцевого продукту

Розрахунки, що виконуються системою регулювання по збуренню і засновані на змінах витрати і густини вихідного розчину, а також кількості підведеного тепла, навряд чи мають точність вищу за Оскільки похибка

такого порядку може викликати відхилення якості кінцевого продукту дотому однієї системи регулювання по збуренню недостатньо, необхідна також

система зі зворотнім зв'язком. Це не свідчить, що система без зворотного зв'язку не ефективна. Без нього регулятор якості кінцевого продукту повинен виконувати всі коректуючі дії по відновленню рівноваги режиму роботи випарного апарату в випадку його порушення. Але при наявності системи регулювання по збуренню зворотній зв'язок необхідний лише в тій мірі, щоб скоректувати похибку системи без зворотного зв'язку. Якщо розрахунки в ній мають точністьто вихідний

сигнал регулятора в зворотному зв'язку повинен відповідати не повній величині збурення, а лишевід збурення. І якщо система регулювання по збуренню

зменшує зміну вихідної величини регулятора в колі зворотного зв'язку в 50 раз, то його вхідна величина, тобто відхилення якості кінцевого продукту, буде зменшуватись в ті ж 50 раз.

Зворотній зв'язок зазвичай здійснюється по тій змінній розімкнутої системи, від якої в найбільшій степені залежить якість кінцевого продуту. В даному випадку це змінна т - тангенс кута нахилу прямої, що характеризує функцію густини. Будь яке стійке відхилення якості кінцевого продукту від норми буде змушувати регулятор по новому встановлювати величину т, коректуючи співвідношення підведеної кількості тепла та вихідного розчину. Крім того, зміна заданого значення якості продукту, котрі можуть виявитись необхідними при випуску кінцевого продукту різної сортності, буде приводити регулятор до автоматичного переградуювання системи регулювання по збуренню.

Якщо випускається кінцевий продукт тільки одного сорту і, відповідно, тангенс кута нахилу функції густини є постійною величиною, то зворотній зв'язок краще здійснити по величині к. Це дозволить переградуювати систему у відповідності зі зміною втрат тепла і похибками показників витратоміру.

Щоб уникнути можливості виникнення в системі автоколивань, регулятор зворотного зв'язку не повинен мати жорсткої настройки. Оскільки система без зворотного зв'язку може швидко компенсувати збурення, значення регулятора в колі зворотного зв'язку є в здійсненні корекції на великому інтервалі часу.

Для визначення якості кінцевого продукту використовується найрізноманітніша вимірювальна техніка. Густина зазвичай визначається за допомогою радіоізотопного давача або пристрою з вібруючим язичком, а денсиметр використовують для вибіркової перевірки показників цих приладів. В деяких випадках може виникнути потреба в температурній корекції.

Оскільки підвищення температури кипіння. може напряму впливати на концентрацію, то цей параметр вже протягом багатьох років зі змінним успіхом використовується для контролю якості кінцевого продукту. При цьому виникають проблеми, пов'язані з точністю вимірювань. Для виключення помилок, викликані гідростатичним та швидкісним напором, термочутливий елемент, що вимірює

температуру кипіння розчину, слід розташовувати на його поверхні. Він може знаходитись також в просторі, зайнятим вторинною парою, так як ця пара перегріє до температури кипіння рідину.

Точку роси вторинної пари слід вимірювати шляхом його охолодження до конденсації. Ці вимірювання виконують, розташовуючи термочутливий елемент в заглибленні, котре знаходиться в зоні утворення краплин води. Для досягнення відтворюваних результатів може знадобитись деяка юстировка місцезнаходження елемента. Градуювання приладу залежить також від абсолютного тиску, який згідно рівняння (6.7), впливає на величини Т иЯкщо тиск не регулюється, то можна застосовувати компенсацію. Швидка зміна тиску у випадку коливного ре-жиму регулятора тиску або клапана підводу гріючої пари можуть викликати різні динамічні реакції у відповідь двох термочутливих елементів. Тоді частота коли-вань може виявитись вищою, ніж частота коливань складу. При надмірній жорсткій настройці регулятора в колі зворотного зв'язку він може підсилювати ці коливання.

6.2.5 Налагоджувальні системи

При створенні перших випарних апаратів малої продуктивності зустрічались великі складності регулювання якості кінцевого продукту. Звичайні неузгоджені одиночні контури були неспроможні здійснювати задовільне регулювання внаслідок переважаючого впливу інерційності процесу.

Відсутність рециркуляції позбавляло ці випарні апарати стабілізуючої властивості, що була присутня в більш старших моделях.

Намагаючись відновити цю властивість установок, фірми-виробники додали до них налагоджувальні системи, збільшивши тим самим капітальні та експ­луатаційні затрати. В систему був доданий рециркуляційний насос, додаткове теп­ло до якого подається гріючим паром (рис 6.11). Якість кінцевого продукту швид­ко змінюється при підводі гріючої пари до налагоджувального підігрівача, ніж під дією гріючої пари, що потрапляє в перший корпус. Однак з економічних причин діапазон регулювання налагоджувальним підігрівачем повинен бути жорстко обмежений. Справа в тому, що паливо, яке в нього потрапляє, використовується лише одноразово, тоді як в першому корпусі підведене тепло використовується двічі. Кожного разу, коли зміни витрати або густини вихідного розчину перевищать декілька відсотків, довжина ходу налагоджувального клапану гріючої пари може досягнути свого максимального значення і регулювання припиниться. В результаті виявиться, що налагоджувальний нагрівач є не тільки дорогим, але і до того ж незадовільним рішенням проблеми регулювання.

При використанні в цих випарних апаратах системи регулювання по збуренню роль налагоджувальних нагрівачів послаблюється. Фактично регулю-

вання без зворотного зв'язку зазвичай задовольняється і без налагоджувального нагрівана, припускаючи його відключення і економію гріючої пари. Однак дякуючи налагоджувальному регулюванню якість деяких кінцевих продуктів може суттєво поліпшитись. В цих випадках для більш ефективної роботи налагоджувальний клапан повинен діяти згідно з іншими органами управління. Система, що виконує функцію налагодження, представлена на рис 6.12.

Рис. 6.11. Схема випарного апарата з нагрівачем для полегшення

регулювання якості кінцевого продукту FE - давач витрати; FC -регулятор витрати; LC - регулятор рівня

Рис. 6.12. Схема положення підстроювального клапана, яка відповідає положенню основного клапана в усталеному режимі FC - регулятор витрати

Функція регулювання зі зворотнім зв'язком розділена на дві складові: пропорційно-інтегральний регулятор, котрий використовується для настройки розімкнутої системи, і налагоджувальний клапан, котрий здійснює пропорційно-диференційний вплив. Важливо відмітити, що підстроювальний клапан напряму з'єднаний з входом системи регулювання за збуренням, а також реагує на зміни тиску гріючої пари. Обидві цілі можна досягнути шляхом подачі на підстроювальний регулятор змішування від сигналу, котрий приводить в дію головний клапан (рис. 6.12). Будь-який сигнал на зміну положення основного клапану буде в тій ж мірі впливати і на клапан налагодження.

Однак підстроювальний клапан регулюється так, щоб коректувати відхилення концентрації кінцевого продукту.

На рис. 6.11 показано налагоджувальна дія, прикладена до нагрівача, але вона може також бути прикладена і до вихідного розчину, невелика кількість вихідного розчину може вводитись в останній корпус з метою оперативного регулювання концентрації кінцевого продукту. Цей спосіб настільки ж неефективний, як і використання налагоджувального нагрівача, в тому плані, що наявність регулюючого потоку вихідного розчину характерно лише для однокорпусного випарювання. При використанні регулювання по збуренню в більшості випарних апаратах такий регулюючий потік вихідного розчину не потрібний. Але в тих з них, де можна отримати виграш, регулювання за допомогою налагоджувального клапану вводиться в іншу частину систему так, як це показано на рис 6.12. Сигналом зміщення в такому випадку є положення основного клапану вихідного розчину, а не клапана гріючої пари. Структура налагоджувальної системи не залежить від того, чи регулюється витрати гріючої пари або вихідного розчину розімкнутої системи.

Читайте також:

1. VI. Система навчаючих завдань для перевірки кінцевого рівня завдань.
2. VI. Система навчаючих завдань для перевірки кінцевого рівня завдань.
3. Авоматизація водорозподілу регулювання за нижнім б'єфом з обмеженням рівнів верхнього б'єфі
4. Автоматизація водорозподілу з комбінованим регулюванням
5. Автоматизація водорозподілу регулювання зі сталими перепадами
6. Автоматизація водорозподілу регулюванням з перетікаючими об’ємами
7. Автоматизація водорозподілу регулюванням за верхнім б'єфом
8. Автоматизація водорозподілу регулюванням за нижнім б'єфом
9. Автоматичне регулювання витрати помпових станцій
10. Автоматичне регулювання.
11. Адміністративні (прямі) методи регулювання.
12. Адміністративно-правове регулювання державної реєстрації актів цивільного стану, державної виконавчої служби, нотаріату та адвокатури.

Переглядів: 747