СУДОВОЕ ОБОРУДОВАНА
СУДОСТРОЕНИЕ 1'2015
РЕГУЛИРОВАНИЕ УРОВНЯ ВОДЫ В АБСОРБЕРАХ ВОДНОЙ ОЧИСТКИ ГАЗА
А. А. Берденников, канд. техн. наук, Д. С. Богданов,
тел. 812-6075605 (ОАО «Концерн «НПО «Аврора») УДК 629.5.06:629.561.5
В процессе управления водной абсорбцией двуокиси углерода в судовых устройствах необходимо поддерживать заданный уровень воды в абсорбере при изменении расхода и давления подаваемой в него воды в соответствии с условиями полной растворимости СО2 [1].
Управление расходом воды в процессе водной абсорбции (рис. 1) осуществляется с помощью насоса переменной производительности по сигналам регулятора расхода, формируемым в соответствии с диаграммой растворимости углекислого газа [1] в зависимости от количества СО2 в составе газа, поступающего на очистку, а также от температуры и давления воды. Для поддержания заданного уровня воды в абсорбере могут быть использованы способы управления, основанные на применении аналогового датчика уровня или сигнализаторов, фиксирующих изменение уровня в допустимых пределах [1, 2].
Достоинство первого способа — простота настройки регулятора на любой уровень, задаваемый по условиям протекания технологического процесса. При этом поддержание заданного уровня происходит без его колебаний, вызывающих колебания параметров абсорбера. Недостаток способа связан с необходимостью решения задачи по присоединению датчика к абсорберу. Этот недостаток имеет существенное значение при ограниченных размерах помещения, в котором размещается абсорбер.
Использование сигнализаторов уровня позволяет избежать отмеченного недостатка. Однако при этом исключается возможность перенастройки задаваемого уровня воды в абсорбере. Кроме того, в зависимости от соотношения объема аккумулятора воды в абсорбере
t4_yst увеличение уровня воды за установленные пределы, по сигналу flag = 1. Значение hz определяется на установленном участке времени t>t_yst для предельных значений задающего сигнала Uyr = 1 и 0.
Минимизация колебаний перемещения РК около положения, обеспечивающего поддержание требуемого уровня воды в абсорбере, осуществляется путем коррекции сигнала hz шаговым методом. При этом шаг коррекции del изменяется с учетом размаха колебаний перемещения РК dh = h1-h2 после изменения сигнала hv из сигнализатора уровня, принимающего значения hv = 1 при увеличении уровня выше установленного значения и hv = 0 при его уменьшении. По сигналу hv= 1 увеличивается степень открытия РК, в результате чего увеличивается слив воды из абсорбера и уровень воды в нем уменьшается. После отключения сигнализатора (hv = 0) вследствие падения уровня ниже установленной отметки, степень открытия клапана уменьшается. Сигналы h1 и h2 соответствуют максимальному h_max и минимальному h_min относительному перемещению РК — h в рассматриваемом промежутке времени.
В программе приняты следующие обозначения:
h — относительное перемещение РК;
hv —сигнал от сигнализатора уровня;
hz — среднее положение РК, относительно которого корректируется управляющий сигнал;
h_max, h_min — положения РК в момент включения и отключения сигнализатора уровня;
hi, h2 — наибольшее и наименьшее перемещение h в начале процесса коррекции управляющего сигнала;
Uyr — управляющий сигнал на привод РК;
del — сигнал коррекции;
К1, К2 — коэффициенты управления;
Зода ' — логические
—сигналы;
^ рк ^ t, t2, t3, t4 —продолжительность работы элемен-
Схема водной абсорбции: тов программы;
РР — регулятор расхода; ДР — датчик расхода; Н — насос пе- t yst t2 yst t3 yst
ременной производительности; СУ — сигнализатор уровня; , _ jl ' ' ~ '
РУ — регулятор уровня; ПР — следящий привод; РК — регулиру- t4_yst, dh_yst сигналы ус-
ющий клапан тавок.
и расхода воды, подаваемой в него, при использовании сигнализаторов воды верхнего и нижнего уровня могут возникать колебания параметров абсорбера, недопустимые по условиям протекания технологического процесса очистки газа.
Ниже рассматривается способ регулирования уровня воды в абсорбере, основанный на использовании сигнализатора верхнего уровня воды. Поддержание установленного уровня осуществляется путем периодического перемещения регулирующего клапана возле положения, при котором слив воды из абсорбера уравновешивает ее поступление через насос. При этом размах колебаний перемещения клапана должен быть максимально снижен по условиям ограничения колебаний параметров абсорбера.
Выбор программы управления, реализуемой регулятором уровня. Управляющая программа, реализуемая регулятором уровня (рис. 2), основана на предварительном определении среднего значения hz сигнала Uyr задания положения регулирующего клапана (РК), которое выполняется при пуске установки (Pus = 1) или при изменении режима ее работы, вызывающем продолжительное t4 >
СУДОСТРОЕНИЕ 1'2015
СУДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 2. Схема управляющей программы регулятора уровня
Представленная программа состоит из подпрограмм, образованных блоками 1—8, 9—13, 14—20 и 21-26.
Включает программу блок 1 после подачи сигнала Pus на пуск абсорбера, заполнения аккумулятора воды в абсорбере до установленного уровня и срабатывания сигнализатора уровня (hv=1).
Блоки 1—8 образуют подпрограмму определения предварительного значения сигнала hz (в блоке 8). Этот сигнал формируется в течение времени t = t_yst c момента включения программы, когда в зависимости от сигнала hv в блоках 4 и 5 задаются управляющие сигналы Uyr = 1 и Uyr = 0, подаваемые на привод РК. Сигнал flag = 1, формируемый в блоке 2, обеспечивает работу подпрограммы в течение принятого времени t_yst независимо от значения сигнала hv. По истечении времени t_yst сигнал flag обнуляется, а сигналу Pus присваивается значение 1, что приводит к отключению подпрограммы. Повторное включение подпрограммы выполняется по сигналу flag = 1, формируемому в блоках 16, 17 или 22, 23 при задержке процесса восстановления уровня воды в абсорбере на время t4 > t4_yst или t5 > t5_yst. Такая задержка бывает вызвана значительным изменением подачи воды в абсорбер или давления воды на входе и выходе системы водной абсорбции.
Подпрограмма, составленная из блоков 14—20, корректирует управляющий сигнал Uyr на стадии превышения уровнем воды установленного значения. Коррекция осуществляется в блоке 20 с помощью операции Uyr = hz+del. При этом на ранних стадиях коррекции, когда продолжительность t3 включения сигнала hv = 1 превышает установленное значение t3_yst (блок 18), в блоке 19 выполняется «грубая» коррекция сигнала del = K1*hz.
На стадии уменьшения уровня воды ниже установленной отметки (hv = 0) управляющий сигнал Uyr корректируется подпрограммой, реализуемой блоками 21—26. Операции, выполняемые подпрограммой, аналогичны операциям, реализуемым блоками 14—20. Окончательная коррекция сигнала Uyr осуществляется в блоке 26 с помощью операции Uyr = hz-del через интервалы времени, рав-
ные t2_yst, с момента появления сигнала hv = 0.
На заключительных этапах коррекции управляющего сигнала Uyr изменение сигнала del выполняется шаговым методом, реализуемым в подпрограмме, включающей блоки 9—13. В этой подпрограмме через установленные интервалы времени
t = t1_yst сигнал del уменьшается на
величину 0,001. При этом изменение
сигнала del продолжается до тех пор, пока размах колебаний dh перемещения привода РК превышает установленную величину dh_yst, после чего коррекция управляющего сигнала прекращается.
Из приведенного описания следует, что предложенная программа осуществляет самонастраивающийся выбор значений сигнала управления приводом РК, обес-
СУДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
СУДОСТРОЕНИЕ 1'2015
Рис. 3. Поддержание уровня при изменении расхода воды в абсорбер от 5 до 25 м3/ч; Ятах = 5%/с; Р, = 0,7 МПа
Рис. 6. Поддержание уровня при изменении давления воды от 0,7 до 1,4 МПа, G = 25 м3/ч; Smal = 10%/с
Рис. 4. Поддержание уровня при изменении расхода воды в абсорбер от 25 до 5 м3/ч; Ятах = 5%/с; Pv = 0,7 МПа
Рис. 7. Поддержание уровня при изменении внешнего давления от 1,4 до 0,7 МПа, G =25...15 м3/ч; Я,,,,,,, = 10%/с
Рис. 5. Фрагменты рис. 4 при t=400.406 с и t = 510.516 с
печивающих перемещение клапана вблизи положения, соответствующего установленному уровню воды в абсорбере.
Проверка работоспособности предложенной программы. Работоспособность предложенной программы проверялась методом математического моделирования с использованием моделей абсорбера, насосного агрегата, следящего привода РК и регулятора расхода, имеющих обычный вид. В качестве возмущений рассматривались изменения значений расхода воды, подаваемой в абсорбер, а также давления воды на входе насоса и выходе из РК.
Предполагалось, что аккумулятор воды в абсорбере — малоинерционный. Его объем составляет 0,13 м3 при площади поверхности
воды 0,4 м2. Подача воды в абсорбер изменяется в диапазоне 5 — 25 м3/ч. Привод регулирующего клапана имеет зону линейности, равную 10% от величины рассогласования между управляющим сигналом и сигналом от датчика перемещения привода. Запаздывание в отработке управляющего сигнала отсутствует.
Данные расчета процессов маневрирования в виде осциллограмм переходных процессов представлены на рис 3—7. Значения параметров приведены в относительном виде. Использованы следующие обозначения шлейфов: 1 — Р/18; 2 — п/3000; 3 — О ь/30; 4 — О /30; 5 — Н/200; 6 — Н ; 7 — Н; 8 — Р;
II уг ' у'
9 — Оу!Ь. Здесь Р — давление воды в абсорбере; п, Н — частота вращения и напор насоса; О^ ОуЬ —заданное и фактическое значения расхода воды через насос; Оу!Ь — расход воды через РК; Ру—давление внешней воды; Н — относительное перемещение РК; Нуг — относительное изменение уровня воды в абсорбере.
Максимальные скорости 5тах относительного перемещения привода РК принимались равными 5 и 10%/с.
Анализ представленных осциллограмм показывает, что предложенная самонастраивающаяся программа работы регулятора уровня, использующая сигнал от сигнали-
затора верхнего уровня воды в абсорбере, обеспечивает достаточно высокое качество протекания маневров абсорбера, связанных с изменением режимов его работы. По окончании переходных процессов по расходу через насос или давлению внеш
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.