Exemple de automatizare convenţională a unor utilaje şi instalaţii din industria chimică

1. Consideraţii generale privind elaborarea unui plan de automatizare

Automatizarea proceselor de producţie din industria chimică, la nivelul actual al tehnicii, este o problemă complexă care trebuie abordată în cadrul unor colective mixte de specialişti.Elaborarea unui plan de automatizare cuprinde în general, următoarele etape:

I. Studiul procesului tehnologic şi al instalaţiilor în care se desfăşoară.

II. Identificarea procesului tehnologic.III. Precizarea circuitelor de reglare necesare bunei desfăşurări a

procesului tehnologic.IV. Analiza mărimilor de perturbaţie la care sunt expuse circuitele de

reglare propuse.V. Alegerea elementelor de măsurare şi a elementelor de execuţie.VI. Alegerea tipurilor de acţiuni de reglare şi a tipurilor constructive de

regulatoare.VII. Studiul posibilităţilor de implementare a unui calculator de proces,

în vederea conducerii automate.În prima etapă se studiază amănunţit procesul tehnologic. Se

analizează condiţiile de lucru ale instalaţiilor, dependenţa regimului de funcţionare al instalaţiilor de parametrii procesului tehnologic, precum şi influenţa acestor parametrii asupra calităţii produselor, asupra randamentului de prelucrare şi randamentului energetic al procesului.

Fără cunoaşterea amănunţită a acestor aspecte nu este posibilă elaborarea unui plan raţional de automatizare prin a cărui realizare să se obţină toate avantajele tehnico-economice oferite de automatizare.

În etapa a II-a se face operaţia de identificare a procesului, prin una din metodele cunoscute, în concordanţă cu modelul matematic determinat.

Pe baza cunoştinţelor dobândite din studiul procesului tehnologic, în etapa a II-a se identifică şi parametrii procesului care prin valoarea lor sunt o măsură cât mai directă pentru regimul de funcţionare al instalaţiilor şi a căror stabilizare prin reglare automată imprimă instalaţiei o funcţionare sigură şi uniformă. Parametrii aceştia sunt adoptaţi ca mărimi de ieşire; trebuie avut în vedere şi posibilitatea măsurării acestor mărimi. Numai

1

parametrul care poate fi măsurat continuu, cu precizie suficientă şi fără întârziere de indicaţie mare, poate îndeplini rolul unui parametru reglat.

În etapa a III-a după desemnarea parametrilor reglaţi (mărimi de ieşire), se analizează dependenţa fiecăruia dintre aceştia de ceilalţi parametri ai procesului tehnologic, în vederea alegerii mărimilor de execuţie. Drept mărime de execuţie se poate folosi numai acel parametru, faţă de care parametrul reglat considerat prezintă o dependenţă pronunţată şi care poate fi modificat uşor în limite largi. În industria chimică, mărimea de execuţie cea mai frecvent întâlnită este debitul unui fluid.

Dacă alegerea parametrilor reglaţi se face în mod raţional, atunci stabilizarea regimului de funcţionare al procesului tehnologic este posibilă cu un număr minim de circuite de reglare. Acest aspect este important din punct de vedere economic, întrucât reduce investiţiile necesare pentru automatizare.

Analiza mărimilor de perturbaţie din etapa a IV-a se bazează pe datele obţinute la alegerea mărimilor de execuţie. Din totalul parametrilor faţă de care mărimea de ieşire prezintă o dependenţă oarecare, unul a fost adoptat ca mărime de execuţie. Restul constituie mărimi de perturbaţie.

În privinţa mărimilor de perturbaţie interesează mai ales acelea care au o influenţă pronunţată asupra mărimii de ieşire şi care prezintă variaţii mari şi frecvente. În cazul unor asemenea mărimi de perturbaţie, trebuie luate măsuri speciale pentru atenuarea efectelor lor (combinarea circuitului de reglare cu un sistem de comandă automată), sau pentru stabilizarea acestor mărimi de perturbaţie (circuite de reglare auxiliare).

Alegerea traductoarelor de măsurare şi a elementelor de execuţie este o etapă (V) foarte importantă pentru buna funcţionare a circuitelor de reglare.

Pe lângă precizia de măsurare şi întârzieri de indicaţie mici, elementul de măsurare trebuie să prezinte şi o siguranţă de funcţionare ridicată în condiţiile mediului corosiv, specific fiecărui proces tehnologic.

În cazul elementelor de execuţie trebuie rezolvată problema dimensionării organului de execuţie astfel ca acesta să aibă o comportare cât mai liniară în condiţiile procesului tehnologic şi să asigure debitul de fluid cerut de capacitatea instalaţiei.

În etapa rezervată alegerii elementelor de măsurare şi a elementelor de execuţie trebuie precizat şi locul de amplasare al acestora, astfel ca în comportarea dinamică a procesului automatizat, timpul mort să fie redus la minim.

La alegerea acţiunii de reglare din etapa a VI-a trebuie mai întâi optat între acţiunea continuă sau discontinuă. Dacă procesul tehnologic suportă o

2

comportare oscilantă a mărimii reglate, se preferă acţiunea discontinuă bipoziţională, întrucât poate fi realizată în condiţii aparative mai simple.

În cadrul acţiunilor de reglare continui se recurge la acţiunea P dacă procesul tehnologic tolerează abateri staţionare ale parametrului reglat. Această acţiune de reglare este întâlnită mai ales la reglarea nivelului. Dacă procesul automatizat este de ordin superior şi se cere un regim tranzitor scurt cu abateri dinamice mici, se recurge la acţiunea PD.

Acţiuni de reglare cu componentă integrală se utilizează în cazurile în care procesul tehnologic nu admite abateri staţionare ale parametrului reglat. Acţiunea PI dă rezultate bune la procesele automatizate de ordinul 1 şi 2. această acţiune se poate aplica şi proceselor automatizate de ordin superior dacă nu se cere un proces de reglare scurt şi abatere dinamică mică. Dacă în schimb este necesară o calitate ridicată a procesului de reglare, se recurge la acţiunea PID. Această acţiune se aplică în special la reglarea temperaturii.

În privinţa tipurilor constructive de elemente de automatizare, în industria chimică trebuie ales între elemente pneumatice, electrice (electronice) şi electro-pneumatice.

Dacă este vorba de o automatizare convenţională, fără utilizarea tehnicii de calcul şi distanţele la care trebuie transmise semnalele nu depăşesc 250-300 m, sunt în general, preferate elemente de automatizare pneumatice. În condiţiile utilizării calculatoarelor pentru supravegherea şi conducerea optimală a proceselor tehnologice, trebuie luată în discuţie eventualitatea realizării circuitelor de reglare cu elemente de automatizare electrice sau electro-pneumatice.

Hotărârea de a utiliza elemente de automatizare electrice depinde şi de faptul dacă în cadrul procesului tehnologic pot apărea amestecuri explozive. Asemenea amestecuri se pot aprinde în contact cu anumite părţi din aparatura electrică, chiar dacă este antiexplozivă, în cazul unor defecţiuni survenite la această aparatură.

Sistemele de automatizare electro-pneumatice, elaborate în ultimii ani, constituie o sinteză ideală între aparatura de automatizare electrică şi pneumatică, cu largi posibilităţi de aplicare în tehnologia chimică.

Etapa a VII-a se bazează pe studiile efectuate în celelalte etape şi are un pronunţat caracter economic. Aici trebuie să se calculeze indicele de rentabilitate şi mai ales indicatorul care se referă la timpul de recuperare a investiţiei făcute prin implementarea calculatorului, investiţii care, în general, sunt destul de ridicate.

Analizând etapele elaborării unui plan de automatizare, se constată că în cadrul fiecărei etape sunt necesare, pe lângă cunoştinţe de automatizare, şi temeinice cunoştinţe de inginerie chimică. Ca atare, la elaborarea unui plan

3

de automatizare, inginerul mecanic care proiectează şi întreţine utilajul chimic îi revine un rol important. Buna îndeplinire a acestui rol cere din partea acestuia şi cunoştinţe corespunzătoare din teoria şi tehnica reglării automate.

2. Automatizarea instalaţiilor de absorbţie-desorbţie

În numeroase instalaţii industriale este necesară purificarea gazelor de unul sau mai mulţi componenţi nedoriţi. Exemple tipice sunt instalaţiile de fabricare a amoniacului şi cele de fabricare a metanolului la care este necesară purificarea gazului de sinteză. Purificarea se efectuează prin absorbţia componentei nedorite într-un solvent adecvat (adesea absorbţia este însoţită şi de o reacţie chimică). Absorbţia este urmată de obicei de operaţia de desorbţie, operaţia prin care componenta absorbită este îndepărtată din solvent. Cel mai adesea se lucrează în flux continuu, soluţia eliberată de componentul absorbit fiind returnată în turnul de absorbţie.

O combinaţie tipică absorber-desorber este prezentată în figura 1. SRA a nivelului lichidului la baza absorberului : TPD-1, R-1, E-1

(prevăzută cu semnalizări de depăşire a nivelului în ambele sensuri) SRA debit : Cum debitul gazului de purificat reprezintă sarcina,

pentru realizarea unei absorbţii maxime se poate acţiona numai asupra debitului de absorbant. În instalaţia prezentată, debitul absorbantului (măsurat cu D-2, TPD-2) este modificat în funcţie de valoarea debitului gazului ce trebuie purificat -reglare de raport(măsurat cu D-3, TPD-3, elementul de raport ER-3)

Absorbţia se desfăşoară în general, la presiune ridicată, iar pentru o absorbţie maximă e de dorit ca temperatura absorbantului să fie cât mai mică. Absorbantul este introdus cu pompa P fiind răcit prin intermediul SC-1.

Căderea totală de presiune pe absorber se măsoară TPD-6, prevăzută de asemenea, cu semnalizare la depăşirea unei valori maxime admisibile.

Cum absorbţia are loc în general, cu degajare de căldură, sunt prevăzute, pentru un mai bun control, măsurări de temperatură în lungul coloanei (TT-1, TT-2, TT-3).

Presiunea la ieşire din coloana de absorbţie se măsoară cu TP-1Desorbţia este favorizată de presiuni scăzute şi de temperaturi ridicate.

SRA debit : din motive de stabilitate a funcţionării, nu se poate acţiona, în vederea reglării compoziţiei, nici asupra debitului de absorbant şi nici asupra debitului de gaz desorbit. Singura posibilitate pentru reglarea

4

compoziţiei este acţionarea asupra debitului de abur introdus în SC-2 necesar pentru desorbţie. În cazul nostru, este prevăzută o reglare de raport (R-4, E-4) între debitul de abur (D-4, TPD-4) şi debitul de absorbant bogat (D-5, TPD-5, ER-5) necesar pentru desorbţie. La ieşire, gazul desorbit este răcit de SC-3.

SRA a nivelului lichidului la baza desorberului : TPD-7, R-7, E-7 (prevăzută cu semnalizări de depăşire a nivelului în ambele sensuri)

măsurarea temperaturii în lungul coloanei (TT-4, TT-5, TT-6) măsurarea căderii de presiune pe coloană TPD-8 măsurarea presiunii din coloana TP-2.

3. Automatizarea cuptoarelor rotative din industria cimentului

Cuptoarele rotative folosite în tehnologia cimentului, constituie utilaje complexe ale căror regim de funcţionare depinde de un număr important de parametrii. Stabilizarea acestor parametri prin deservire manuală este dificilă şi ca atare obţinerea unui ciment de calitate constantă şi ridicată se poate realiza numai în condiţiile unei automatizări avansate a cuptorului rotativ.

La procedeul uscat de fabricare a cimentului amestecul de var şi argilă se introduce sub formă de praf la partea superioară a cuptorului. Pentru a asigura o deplasare uniformă a materialului prin cuptor, se impune o corelare între turaţia cuptorului şi debitul de alimentare cu materia primă, astfel ca debitul de alimentare să fie în permanenţă proporţional cu turaţia cuptorului. Această corelare se asigură prin intermediul unui circuit de reglare care menţine constant raportul dintre turaţia cuptorului rotativ antrenat de M-1 şi turaţia motorului electric M-2 care antrenează alimentatorul cu bandă.

Turaţia cuptorului (TB-1) şi turaţia motorului care antrenează banda transportoare (TB-2) se măsoară prin intermediul unor generatoare tahome -trice. Semnalele de ieşire ale generatoarelor tahometrice sunt convertite în semnale unificate. Semnalul proporţional cu turaţia motorului de antrenare al benzii transportoare, constituie mărimea de reacţie r a regulatorului de raport de turaţii R-1. Semnalul unificat, proporţional cu turaţia cuptorului se aplică elementului de raport ER-1 şi acesta generează mărimea de referinţă w a regulatorului ; mărimea de comandă c acţionează asupra motorului de antrenare a benzii transportoare astfel ca raportul celor două turaţii să rămână constant. Valoarea prescrisă a acestui raport se fixează în funcţie de calitatea materiei prime şi în funcţie de regimul termic din cuptor.

5

6

În privinţa regimului termic, o importanţă deosebită are temperatura din zona de sinterizare, aflată în partea inferioară a cuptorului. Această temperatură nu se adoptă ca parametru reglat întrucât nu poate fi măsurată în bune condiţiuni (plasarea unui termocuplu în zona de sinterizare nu este posibilă datorită rotaţiei cuptorului, iar utilizarea unui pirometru de radiaţie nu dă rezultate sigure din cauza prafului abundent existent în această zonă). În aceste condiţii se recurge la o cale indirectă pentru stabilizarea regimului termic din cuptor. Se aplică o reglare automată a debitului gazelor arse, care părăsesc cuptorul (stabilizarea tirajului), o reglare automată a debitului şi a temperaturii aerului secundar, introdus în capătul inferior al cuptorului, precum şi o reglare a raportului dintre debitul gazelor arse şi debitul combustibilului introdus în cuptor.

Regulatorul R-3 urmăreşte debitul gazelor arse prin intermediul unui element sensibil adecvat ES-3 şi a unui traductor de bază TPD-3. Mărimea de comandă c acţionează asupra motorului de antrenare M-3 al exhaustorului Ex-3, modificând corespunzător turaţia odată cu apariţia unei abateri.

Regulatorul de raport de debit R-4 urmăreşte debitul gazelor arse ( ES-3, TPD-3, ER-3) şi debitul de combustibil introdus la capătul inferior al cuptorului ( ES-4, TPD-4) şi, dacă sesizează o abatere, acţionează asupra elementului de execuţie E-4 de pe conducta de alimentare cu combustibil. Valoarea prescrisă a acestui regulator se fixează în funcţie de indicaţiile analizorului termomagnetic de O2 ,TB-3, care supraveghează excesul de oxigen în gazele arse. Dacă de exemplu, excesul devine prea mic pentru o ardere completă, se măreşte manual valoarea prescrisă a raportului dintre debitul gazelor arse şi debitul combustibilului.

Aerul secundar necesar combustiei, se introduce în contracurent cu clincherul care părăseşte cuptorul. În felul acesta se recuperează o parte din căldura acumulată în clincher.

Aerul secundar este introdus cu ajutorul a trei suflante (S-2, S-3, S-4). Suflanta S-4 împreună cu motorul de antrenare M-5, constituie

elementul de execuţie al regulatorului de temperatură R-5. Acesta are ca parametru reglat temperatura de la capătul inferior al cuptorului măsurată de TT-5. Dacă această temperatură se abate de la valoarea prescrisă, regulatorul modifică corespunzător turaţia motorului care antrenează suflanta S-4.

Suflantele S-2, S-3 sunt comandate de regulatorul de debit R-6. Aerul introdus de suflanta S-3 se încălzeşte cel mai puţin pe seama clincherului şi ca atare, modificări ale debitului refulat de această suflantă influenţează eficace temperatura din zona de evacuare a cuptorului. Regulatorul R-6 are ca parametru reglat suma debitelor refulate de suflantele S-2, S-3 şi S-4. În felul acesta, modificări ale turaţiei suflantei S-4, sub acţiunea regulatorului

7

R-5, perturbă regimul de funcţionare al regulatorului R-6. Această perturbaţie poate fi însă compensată repede de regulatorul R-6, întrucât circuitul de reglare din care face parte, are constante de timp mici.

Regulatorul de debit R-6 lucrează în cascadă cu regulatorul de presiune diferenţială R-7. Acesta are rolul de a asigura o slabă depresiune (aprox. 5 N/m2) la capătul inferior al cuptoruluievitând prin aceasta ieşirea prafului prin neetanşeităţile din partea inferioară a cuptorului. Regulatorul R-7 urmăreşte diferenţa dintre presiunea atmosferică şi presiunea de la capătul inferior al cuptorului ( masurata cu TPD-7), şi la sesizarea unei abateri de la valoarea prescrisă, modifică corespunzător mărimea de referinţă a regulatorului de debit R-6. Acesta va acţiona asupra suflantelor S-2 şi S-3 modificând debitul aerului secundar, astfel ca să se restabilească şi să se menţină depresiunea dorită.

8

9

Înregistratorul de temperatură TT-8 urmăreşte, cu ajutorul unui pirometru de radiaţie, temperatura din zona de sinterizare. Indicaţiile acestui aparat au numai caracter orientativ datorită prafului abundent existent în această zonă.

Regulatoarele folosite au structură PI, afară de regulatorul de temperatură R-5 la care este utilă o comportare PID.

Stabilizarea temperaturii în diversele zone ale cuptorului îmbunătăţeşte considerabil randamentul energetic al cuptorului şi totodată reduce uzura acestuia. Aceste efecte, împreună cu îmbunătăţirea calităţii clincherului, asigură automatizării cuptoarelor rotative o eficacitate economică ridicată.

4. Automatizarea coloanelor de distilare

Problema automatizării coloanelor de distilare s-a pus pentru prima dată în industria petrolului. Odată cu perfecţionarea şi răspândirea generală a motoarelor cu ardere internă, cererea de benzină a crescut vertiginos. De asemenea, au crescut şi pretenţiile cu privire la calitatea benzinelor. Creşterea producţiei în rafinăriile de petrol a fost posibilă numai prin introducerea coloanelor de distilare cu funcţionare continuă, a căror deservire manuală este însă greoaie şi nu permite obţinerea unor produse de compoziţie constantă. Prin automatizarea coloanelor de distilare s-a putut obţine un grad de separare constant şi în acelaşi timp un regim de funcţionare intensiv şi economic.

Automatizarea procesului de distilare continuă este o problemă complexă, datorită numărului mare de parametri ce trebuie reglaţi şi datorită comportării dinamice complicate a coloanelor de distilare. Proprietăţile dinamice ale coloanelor de distilare depind în măsură însemnată de particularităţile constructive şi de compoziţia amestecului supus distilării. Din această cauză nu se pot indica scheme de automatizare general valabile.

Criterii pentru alegerea parametrilor reglaţi (mărimile de ieşire)Alegerea parametrilor reglaţi se face în funcţie de cerinţele procesului

de distilare (gradul de separare dorit), în funcţie de faptul dacă produsul urmărit este distilatul, rezidiul sau ambele şi în funcţie de principalele surse de perturbări. În general, procesul de distilare poate fi perturbat de variaţia cantităţii, temperaturii şi compoziţiei amestecului brut supus distilării. O altă sursă de perturbaţie însemnată o constituie fluctuaţiile parametrilor agentului de încălzire şi anume, în cazul încălzirii cu aburi, variaţiile de presiune în reţeaua de aburi.

10

Dacă produsul urmărit este distilatul, în primul rând trebuie stabilizaţi prin reglare automată parametri care determină regimul de funcţionare la capul coloanei. Dacă în schimb interesează rezidiul, se pune accentul pe reglarea parametrilor de la baza coloanei.

Pentru a atenua efectul perturbărilor şi a asigura coloanei prin aceasta un regim de funcţionare cât mai constant, de obicei se prevede reglarea debitului cu care se introduce amestecul brut în coloană, de asemenea se reglează temperatura amestecului la o valoare constantă, apropiată de temperatura talerului la care se introduce în coloană.

Reglarea compoziţiei amestecului supus distilării nu este posibilă deoarece ea depinde de regimul de funcţionare al secţiei unde se produce. Din această cauză, în condiţiile reglării automate a coloanelor de distilare, principala sursă de perturbare este variaţia compoziţiei produsului supus distilării, variaţie care trebuie compensată de acţiunea dispozitivelor de automatizare, a căror parametrii reglaţi determină calitatea produselor de distilare.

Dacă reţeaua de aburi prezintă fluctuaţii de presiune dese şi însemnate, se impune şi reglarea debitului aburului de încălzire, de obicei sub forma unei reglări de cascadă.

În cazul unei coloane de distilare la care componenţii amestecului supus distilării nu au puncte de fierbere apropiate la care prezintă interes atât distilatul cât si reziduul exista următoarele sisteme de reglare:

Debitul amestecului brut: D-1, R-1, E-1Reglarea debitului amestecului brut se face înainte de schimbătoarele de căldură deoarece utilizarea diafragmelor la măsurarea debitelor dau rezultate corecte numai dacă fluidul conţine o singură fază ( lichidă sau gazoasă). Robinetul de reglare se montează de asemenea înainte de schimbătoarele de căldură deoarece, în condiţiile coexistenţei a două faze debitul nu mai este o funcţie univocă de gradul de deschidere al robinetului. Precizie de reglare bună se obţine pentru o acţiune I sau PI.

Temperatura amestecului brut: TT-2, R-2, E-2Incalzirea amestecului supus distilării se face de obicei cu ajutorul a două schimbătoare de căldură legate în serie. Primul schimbător utilizează căldura reziduului evacuat şi nu este trecut in schemă ( preîncălzitor) iar următorul ( SC-1) este alimentat cu aburi şi asigură încălzirea amestecului de distilare pînă aproape de temperatura lui de fierbere. Schimbătorul de căldură se comportă ca un proces automatizat proporţional de ordin superior fiind utilizată o acţiune PI ( de obicei nu este necesar PID )

Temperatura la baza coloanei : TT-3 , R-3- E-3

11

Pentru reglarea temperaturii la baza coloanei elementul sensibil (termorezistenţa) se instalează la unul din talerele inferioare ale coloanei datorită faptului că reziduul este în stare de fierbere şi ca atare are o temperatură practic constantă, indiferent de variaţiile intensităţii de încălzire. Deoarece coloana de distilare se comportă ca un proces automatizat de ordin superior, obţinerea unui reziduu cu compoziţie cât mai constantă impune folosirea unui algoritm PID pentru reglarea temperaturii.

Nivelul la baza coloanei: TN-5, R-5, E-5Reglarea nivelului la baza coloanei nu ridică probleme din punct de vedere dinamic utilizându-se acţiunea P. Evacuarea reziduului se poate face direct daca coloana lucrează sub presiune sau cu pompa P-1 daca distilarea se conduce la presiune atmosferică.

Temperatura la capul coloanei: TT-4, R-4, E-4.Elementul termosensibil se instalează de obicei pe talerul cel mai superior. Temperatura la capul coloanei poate fi influenţată cu ajutorul refluxului, prin modificarea deschiderii robinetului E-4 alimentat prin intermediul pompei P-2 Acest circuit de reglare este afectat de întârzieri însemnate iar acţiunea de reglare recomandată este PID.

Reglarea nivelului în vasul de reflux: TN-6, R-6, E-6Are ca scop principal evitarea unei goliri complete ceea ce ar duce la întreruperea refluxului şi compromiterea întregului proces de distilare. Nu este necesară o precizie de reglare aşa că se poate folosi o acţiune P cu un domeniu de proporţionalitate mare.

Presiunea din coloană: TP-7, R-7- E-7.Dacă procesul de distilare nu este condus la presiune atmosferică, se prevede acest sistem de reglare care prin intermediul robinetului E-7 modifică comunicarea: -cu atmosfera dacă se lucrează la o presiune mărită

-sau cu o instalaţie de vid dacă se lucrează cu o presiune redusă.

Tipul de acţiune utilizat este PI. În general circuitele de reglare care se găsesc în aceiaşi porţiune a

coloanei se influenţează reciproc, în măsură însemnată, interacţiune care complică comportarea dinamică a fiecărui circuit de reglare în parte şi de aceea trebuie ţinut cont de ele la studiul stabilităţii şi calităţii procesului de reglare.

12

5. Automatizarea unui turn de spălare din tehnologia amoniacului

13

Sinteza amoniacului se realizează în procese tehnologice complexe, mai multe faze având loc în condiţii extreme de presiune sau temperatură. La asemenea procese numai un înalt grad de automatizare permite exploatarea raţională a utilajului astfel ca productivitatea acestuia să fie cât mai mare, calitatea produsului constantă şi ridicată, iar personalul de deservire să aibă condiţii de lucru bune şi sigure.

Posibilităţile de automatizare ale unui turn de spălare, folosit pentru reţinerea bioxidului de carbon din gazul de sinteză brut sunt prezentate pe baza schemei instalaţiei, redată în figura 4. Turnul este stropit cu apă şi lucrează sub presiune (2,5 – 3 MN/m2) pentru a favoriza absorbţia bioxidului de carbon.

Amestecul de gaze rezultat din conversia metanului se introduce în turnul de absorbţie b, apoi în separatorul de stropi a, de unde, cu un conţinut rezidual în CO2 de aproximativ 1% este trimis la faza a doua de purificare.

Turnul de absorbţie, umplut cu inele Raschig este stropit cu apă prin intermediul pompei P, antrenată concomitent de un motor electric M şi o turbină hidraulică T. Aceasta este acţionată cu apa de spălare evacuată de la baza turnului. În turbină apa se destinde până la presiunea atmosferică, ceea ce permite recuperarea unei părţi din energia consumată pentru comprimarea

14

apei de spălare. Din turbină apa trece în degazorul c şi apoi în rezervorul de recirculare d.

O funcţionare stabilă a întregii instalaţii se obţine prin reglarea automată a nivelului la baza turnului de spălare. Această reglare de nivel este necesară pentru a asigura o închidere hidraulică la baza turnului, întrucât o golire totală ar permite destinderea gazului de sinteză prin turbina T şi degazorul c în atmosferă. Reglarea de nivel este necesară şi pentru a evita o creştere exagerată a nivelului, care poate duce la înfundarea coloanei.

Nivelul din coloană este urmărit cu un element sensibil adecvat, de exemplu plutitor, al cărui semnal de ieşire este convertit în semnal unificat electric sau pneumatic. Acesta se transmite regulatorului R în calitate de mărime de reacţie. Regulatorul acţionează asupra elementul de execuţie, instalat pe conducta de evacuare a apei de spălare.

Circuitul de reglare poate fi perturbat de variaţii ale debitului de stropire şi de variaţii ale presiunii cu care soseşte gazul de sinteză în turn. Modificări ale nivelului, provocate de aceste mărimi de perturbaţie, sunt compensate de regulator prin deplasarea ventilului din scaunul robinetului de reglare.

Nivelul nu trebuie menţinut riguros constant şi ca atare se poate utiliza o acţiune de reglare pur proporţională. Domeniul de proporţionalitate trebuie astfel ales, ca în condiţiile valorii maxime ale abaterii staţionare, nivelul să nu depăşească orificiul de intrare al gazului în turn.

Procesul automatizat, în cadrul acestui circuit de reglare este un element proporţional – integral. Această variantă de reglare a nivelului la baza turnului de spălare, deşi asigură acestuia o funcţionare stabilă, nu constituie soluţia optimă în privinţa avantajelor economice realizabile prin automatizare.

Soluţii mai bune din punct de vedere economic pot fi găsite pe baza analizei factorilor de care depinde funcţionarea turnului de spălare.

În general, se pot distinge trei categorii de factori care influenţează absorbţia bioxidului de carbon în apa de spălare:

I. Parametrii gazului de sinteză brut, la intrarea în turnul de spălare.a. Debitul gazului.b. Presiunea gazului.c. Temperatura gazului.d. Conţinutul în bioxid de carbon.

II. Parametrii apei de spălare la intrarea în turn.a. Debitul apei de spălare.b. Temperatura apei de spălare.c. Conţinutul rezidual în bioxid de carbon.

15

III. Parametrii constructivi ai turnului de spălare.Parametrii constructivi, în cazul unui turn de spălare dat, sunt mărimi

constante care nu pot fi utilizate pentru modificarea absorbţiei bioxidului de carbon în apa de spălare.

Analizând primele două categorii de factori, se constată că unii au o influenţă redusă asupra eficacităţii procesului de spălare (Ic, Id, IIc). Dintre factorii cu influenţă pronunţată, cei mai mulţi nu pot fi modificaţi în cadrul instalaţiei de absorbţie, întrucât depind de alte procese (Ia, Ib, IIb). Doar debitul apei de spălare este un parametru modificabil în cadrul instalaţiei de spălare şi ca atare poate fi utilizat pentru a influenţa procesul de spălare.

În cazul variantei de automatizare descrise , debitul apei de stropire trebuie fixat la o valoare care asigură reţinerea bioxidului de carbon până la limita dorită şi în condiţiile cele mai defavorabile care pot interveni în regimul de funcţionare al coloanei. În general, însă aceste condiţii nu intervin şi atunci se lucrează cu un debit prea mare de apă de spălare. Aceasta înseamnă risipă de energie, deci o exploatare neeconomicoasă a coloanei.

O ameliorare este posibilă prin aplicarea unei reglări de raport de debite:

16

Prin intermediul diafragmelor D-1 şi D-2 se măsoară în mod continuu debitul apei de spălare şi a gazului brut. Căderea de presiune de pe diafragma D-1 este convertită în semnal unificat. Acesta se aplică regulatorului de raport R-2, în calitate de mărime de reacţie. Semnalul unificat rezultat din convertirea căderii de presiune de pe diafragma D-2 constituie mărimea de intrare a elementului de raport ER-1, mărimea de ieşire a acestuia îndeplineşte rolul mărimii de referinţă. Mărimea de execuţie a regulatorului de raport este debitul apei de spălare.

Prin intermediul acestei reglări automate, se menţine constant raportul dintre debitul gazului de sinteză şi debitul apei de spălare. În felul acesta se poate lucra cu un exces mai mic de apă de spălare întrucât debitul apei de spălare este în permanenţă corelat cu debitul gazului de sinteză.

Excesul apei de spălare mai poate fi redus dacă în cadrul reglării de raport se ţine cont şi de presiunea gazului de sinteză, întrucât acest parametru are o influenţă pronunţată asupra procesului de spălare. Pentru aceasta se instalează pe conducta gazului brut un element manometric TP-2

17

al cărui semnal de ieşire se converteşte de asemenea, în semnal unificat. Acesta acţionează asupra elementului de raport, modificând valoarea prescrisă a raportului dintre debitul gazului de sinteză şi debitul apei de spălare (Qgaz/Qapă). Dacă de exemplu, creşte presiunea gazului brut, se măreşte valoarea prescrisă a raportului Qgaz/Qapă, întrucât creşterea presiunii măreşte solubilitatea bioxidului de carbon în apă şi prin aceasta reduce necesarul de apă de spălare.

Această schemă de automatizare permite reducerea consumului de energie prin micşorarea debitului apei de spălare, întrucât corelează acest debit cu doi parametri de care depinde în primul rând, necesarul de apă de spălare. Excesul de apă de spălare ar putea fi redus şi mai mult dacă valoarea prescrisă a raportului Qgaz/Qapă ar fi influenţată şi de alţi factori (concentraţia bioxidului de carbon în cazul brut; temperatura gazului şi a apei, etc.). Această cale duce însă la scheme de automatizare prea complicate.

O suprimare totală a excesului de apă de spălare este posibilă prin folosirea concentraţiei bioxidului de carbon în gazul spălat, drept mărime reglată .

18

Un analizor cu funcţionare continuă urmăreşte concentraţia reziduală a bioxidului de carbon în gazul spălat. Semnalul de ieşire al analizorului, convertit în semnal unificat, constituie mărimea de reacţie a regulatorului de concentraţie R-3:acesta lucrează cu o mărime de referinţă constantă, corespunzătoare concentraţiei reziduale dorite (de ex. 1% CO2). Drept mărime de execuţie se foloseşte şi aici debitul apei de spălare.

Urmărind în mod continuu concentraţia bioxidului de carbon în gazul spălat, regulatorul R-3 ţine cont global de influenţa tuturor factorilor de care depinde eficacitatea spălării. Ca atare, regulatorul comandă în permanenţă strictul necesar de apă de spălare, impus de condiţiile de funcţionare existente.

Adoptarea uneia din cele trei variante de automatizare descrise depinde de posibilităţile de recuperare a investiţiilor, prin reducerea consumului de energie. Dacă turnul de spălare este de capacitate mică, debitul apei de stropire este mic şi economiile prin reducerea consumului de energie, necesară circulaţiei apei, vor fi neînsemnate. În aceste condiţii este justificată numai varianta de automatizare care necesită investiţiile cele mai mici.

În cazul instalaţiilor cu o capacitate de producţie mai mare, pot fi luate în considerare şi celelalte variante de automatizare. Ultima soluţie, cu utilizarea unui analizor continuu pentru bioxid de carbon este cea mai costisitoare şi de aceea se aplică rar.

Utilizarea analizoarelor cu funcţionare continuă ca elemente de măsură în cadrul unor circuite de reglare, este frânată şi de faptul că cele mai multe analizoare continui realizate până în prezent, prezintă întârzieri de indicaţie mari şi necesită reetalonări frecvente.

19