DE2124258C3 - Vorrichtung zur elektrischen Messung und Anzeige einer ersten Grenzwertüberschreitung eines Parameters von pneumatischen Prozeßsteueranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezie:ht sich auf eine Vorrichtung zur Messung und Anzeige einer ersten Grenzwertüberschreitung eines Parameters in pneumatisch gesteuerten Anlagen zur Überwachung von Prozessen, insbesondere Erdölverarbeitungs- und vorzugsweise Synthesegaserzeugungs-Prozessen.

Bei den Prozessen zur Verarbeitung von Erdöl und insbesondere der Synthesegaserzeugung ist es üblich, die Prozeßsteuerung pneumatisch vorzunehmen. Dabei wird die Anordnung bekanntlich so getroffen, daß die Anlage selbsttätig abgestellt wird, falls eine der Einflußgrößen des Prozesses vorgegebene Grenzwerte überschreitet. Dies geschieht, um katastrophale Ausfälle oder den Verlust wertvoller Anlageteile zu verhindern.

Falls die Anlage jedoch ausgeschaltet wird, ist es meist sehr schwierig und zeitraubend, die Ursache zu ermitteln.

Ein Grund liegt darin, daß häufig alle Einflußgrößen ihre Grenzwerte überschreiten, wenn die Abschaltung der Anlage eintritt. Es wäre deshalb sehr hilfreich und zeitsparend, wenn nach dem selbsttätigen Abschalten der Anlage angezeigt werden könnte, weiche der Einflußgrößen des Prozesses zuerst ihren Grenzwert überschritten hatte. Es sind zwar pneumatisch betätigte Steuergeräte bekannt, die beim Abschalten diese erste Grenzwertüberschreitung anzeigen. Diese Geräte verlangen jedoch die Verwendung aufwendigerer und komplizierterer pneumatischer Ausrüstung und ferner höhere Luftdrücke, als sie üblicherweise in Steueranlagen für Prozesse der Erdölverarbeitung und insbesondere der Synthesegaserzeugung vorhanden sind. Außerdem sind einige der pneumalischen Systeme mit Anzeigevorrichtung für die erste Grenzwertüberschreitung eines Parameters so ausgebildet, daß schlechteres Arbeiten eines der pneumatischen Relais das selbsttätige Abschaltsystem ansprechen läßt, obwohl der Prozeß normal abläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die

30 verhältnismäßig einfachen Anlagen zur pneumatischen Steuerung von Prozessen der Erdölverarbeitung und insbesondere Synthesegaserzeugung eine Vorrichtung zu schaffen, die die erste Grenzwertüberschreitung eines Parameters nach dem selbsttätigen Abschalten des Prozesses anzeigt.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur elektrischen Messung und Anzeige einer ersten Grenzwertüberschreitung eines von mehreren zu überwachenden Meßwerten in pneumatischen Prozeßsteuerungsanlagen, insbesondere Anlagen zur Erdölverarbeitung oder vorzugsweise zur Erzeugung von Synthesegas, bei denen die Anlage pneumatisch abgeschaltet wird, sobald einer der Meßwerte vorgegebene Grenzwerte überschreitet, die durch die Kombination von folgenden Merkmalen gekennzeichnet ist:

a) für jeden zu überwachenden Meßwert ist ein pneumatisch betätigter Druckschalter als Grenzwertschalter vorgesehen;

b) für jeden zu überwachenden Meßwert ist jeweils ein elektrisches Relais mit mehreren Schaltkontakten zwischen dem Druckschalter und jeweils einer Anzeigevorrichtung vorgesehen;

c) jedes Relais enthält zusätzlich einen Haltekreis, um die Grenzwertüberschreitung festzuhalten.

Die Erfindung bezieht sich demnach insbesondere auf die Kombination einer elektrischen Anzeigevorrichtung mit einem Erdöl-Verarbeitungsprozeß u. dgl., der pneumatisch überwacht und gesteuert und der selbsttätig abgeschaltet wird, sofern einer der überwachten Parameter vorgegebene Grenzwerte überschreitet. Die elektrische Anzeigevorrichtung soll vorzugsweise bei einem der Synthesegaserzeugung dienenden Prozeß angewandt werden und enthält Relais, die von den pneumatischen Steuereinrichtungen betätigt werden, wenn ein Parameter seine Grenzwerte überschreitet. Jedes dieser Relais besitzt Kontakte, die mit den Stromkreisen der anderen Relais derart verbunden ist, daß das zuerst betätigte Relais alle übrigen blockiert. Dadurch wird angezeigt, welcher Parameter zuerst durchgegangen ist.

Die Erfindung soll an einer bevorzugten Ausführungsform und anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema für ein vereinfachtes elektrisches Anzeigesystem nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltschema für ein ähnliches, etwas komplizierteres Anzeigesystem, das zur Überwachung eines Syntheseprozesses dienen soll und

Fig. 3 ein Fließschemaeines Synthesegasprozesses, in das einige Anschlußpunkte für das elektrische System zur Anzeige des zuerst durchgegangenen Parameters nach Fig. 2 eingezeichnet sind.

Fig. 1 gibt die Grundform des elektrischen Systems zur Anzeige der ersten Grenzwertüberschreitung einer Einflußgröße in einem Erdölverarbeitungsprozeß wieder. In diesem Verarbeitungsprozeß kann eine Mehrzahl von Einflußgrößen oder Parametern gemessen und/oder überwacht werden. Das elektrische Anzeigesystem enthält ein Relais für jeden dieser Parameter.

In Fig. 1 sind vier Relais Al, Rl, RS und A4 abgebildet. Jedes besitzt eine Spule oder Wicklung 11,12, 13 bzw. 14. Jede Spule betätigt eine Gruppe von vier zweipoligen Wechselschaltern. Diese sind miteinander mechanisch verbunden, was durch die unterbrochenen Linien 17, 18, 19 bzw. 20 angedeutet ist.

Damit jeder der vier Parameter unter vorbestimmten Bedingungen eins der Relais auslösen oder betätigen kann, besitzt jedes Relais Al bis A4 einen Druckschalter 26, 27, 28 bzw. 29.

Das pneumatische System des Erdölverarbeitungsprozesses ist so ausgelegt, daß die Druckschalter 26-29 betätigt werden, wenn die Parameter die vorbestimmten Grenzwerte überschreiten. Die Betätigung eines dar Druckschalter rastet seine Kontakte ein und schließt einen Kreis, durch den die entsprechende Relaisspule 11-14 Strom erhält. Sowie das geschieht, werden die Kontakte dieses Relais yon der abgebildeten in die andere Schaltstellung umgelegt, und dadurch werden die Stromkreise der restlichen drei Relaisspulen unterbrochen. Dadurch lassen sie sich nicht mehr erregen, und man erhält eine Anzeige dafür, daß der dem entsprechenden Relais entsprechende Parameter als erster seine Grenzwerte überschritten hat.

Diese Grundform des Anmeldungsgegenstands läßt sich natürlich durch zusätzliche Schaltkreise noch ergänzen, wie später erläutert werden soll. Ferner enthält die Grundform der elektrischen Vorrichtung noch Anzeige- oder Kontrollampen 32—35, die den Relais R1-R4 entsprachen. Diese Lampen werden eingeschaltet, wenn die entsprechenden Relais betätigt werden. Es leuchtet natürlich nur die zuerst eingeschaltete Lampe auf, die dem zuerst erregten Relais entspricht, da die anderen Kontakte dieses Relais die Erregung der übrigen Relais unterbinden.

Die Grund- oder erste Bauform des Anmekkmgsgegenstandes enthält weiterhin einen Hauptschalter 38 sowie ein Polpaar 39 zur Verbindung mit einer Spannungsquelle.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Bauform nach Fig. 1 sei zunächst angenommen, daß der Hauptschalter 38 geschlossen wird. Weiter sei angenommen, der erste Parameter, der seine Grenzwerte überschreitet, wirke auf den Druckschalter 26, schließe ihn ebenfalls und errege dadurch die Spule 11 von Relais Al.

Der Erregungsstromkreis beginnt dann an der von Pol 39 abgelegenen Seite des Hauptschalters 38 und verläuft über ein Verbindungsstück 42, von dort über Leiter 43, ein anderes Leiterstück 44 bis zum Knotenpunkt 45 und von da aus schließlich zu einem Kontakt des Druckschalters 26. Vom anderen Kontakt des Druckschalters 26 setzt der Kreis sich über das Verbindungsstück 48 bis zu einem Kontakt des Schalters 49 aus der Gruppe, die vom Relais Λ4 betätigt wird, fort. Dann geht er über ein Verbindungsstück 50 und einen Schalter 52 zu einem Verbindungsstück 51 weiter. Der Kreis setzt sich fort über einen Schalter 53 zu einem Verbindungsstück 56, das zu einem Ende der Relaisspule 11 führt. Das andere Ende der Spule 11 ist über ein Verbindungsstück 57 an das Verbindungsstück 58 angeschlossen, das zu einem Knotenpunkt 59 führt. Dieser ist durch Leitung 60 mit dem anderen Pol 39 des Systems verbunden.

Wird Relais Rl erregt, so werden alle vier abgebildeten Zungen oder Me ;ci aus der in Fig. 1 dargestellten in die andere Schaltstellung umgelegt. Demzufolge werden die Schalter 61, 62 und 64 geöffnet. Jeder dieser Schalter liegt aber in einem der Stromkreise für die Relais R4, Rl bzw. A3, so daß keines von ihnen erregt werden kann, sobald Relais Rl unter Strom steht.

Ferner sind noch Stromkreise zu den Anzeigelam

pen vorgesehen, die den Relais entspredien. Es bedarf keiner näheren Erklärung, daß durch Erregung des Relais Al ein Schalter 63 geschlossen wird und die zugehörige Anzeigelampe 32 aufleuchten läßt usw.

Die Fig. 2 und 3 betreffen Bauformen des Anmeldungsgegenstands, bei denen die Grundform von Fig. 1 zur Überwachung von Erdölverarbeitungsprozessen angewandt wird.

Bei diesen Prozessen kann es sich zweckmäßig um die in Fig. 3 schematisch wiedergegebene Synthesegas-Generatoranlage handeln. Es werden vier betriebliche Parameter überwacht, die ein Abstellen der Anlage auslösen können. Sie sind in Fig. 3 links oben mit »Quench-Niveau«, »Sauerstoff«, »Prozeßwasser oder Trägergas« und »öl« bezeichnet. Das in Fig. 2 wiedergegebene elektrische System sieht zwar insgesamt sieben, von den Parametern gesteuerte Abschaltpunkte vor, der Betriebsablauf wird hierdurch aber nicht verändert.

Außer den bereits erläuterten Abschalteinrichtungen mit Anzeige des zuerst ausgefallenen Parameters ist in der Bauform nach Fig. 3 eine manuelle Abschalt-Anzeige vorgesehen. Ferner ein Zeitmesser zur Bestimmung des genauen Zeitpunktes einer Abschaltung.

Die selbsttätige Abschaltanlage dieses Prozesses wird von dem im Generator herrschenden Druck gespeist. Die Einzelheiten dieses (an sich bekannten) Abschaltsystems sind zum Verständnis der Erfindung nicht notwendig und werden deshalb übergangen.

Wie die Zeichnung zeigt, weicht die Anordnung des Schaltschemas von Fig. 2 von der in Fig. 1 insofern ab, als in Fig. 2 sich parallele Kreise zwischen den mit den Polen 65 verbundenen Stromzuleitungen erstrecken. Ferner sind die Symbole für die Schalterkontakte abweichend von Fig. 1 so gewählt, daß zwei parallele, von einer Schräge durchkreuzte Linien Schalter- oder Relais-Kontakte bedeuten, die geschlossen sind, wenn das Relais stromlos ist. Das aus zwei parallelen, nicht von einer Schräge durchkreuzten Linien bestehende Symbol bedeutet hingegen Schalter- oder Relais-Kontakte, die geschlossen sind, wenn das (zugehörige) Relais erregt wird. Welche Kontakte zu welchen Relais gehören, wird durch Buchstaben bezeichnet.

Die Relais sind in Fig. 2 mit »R« sowie einer Ziffer bezeichnet. Diese Bezeichnung befindet sich neben den Symbolen für die Kontakte und Spulen jeden Relais. Wegen der Anzahl von Relaiskontakten in jedem der sieben Relais, die Parametern des Erdölverarbeitungsprozesses entsprechen, sind Doppelrelais an jedem der entsprechenden Parameter-Relaisstationen eingezeichnet und ihre Spulen mit einem der Buchstaben A oder B bezeichnet. Die Kontakte sind unbezeichnet.

Die sieben Relais und ihre Stromkreise sind untereinander im wesentlichen gleich. Fig. 2 gibt daher nur die ersten beiden und das siebente der ganzen Gruppe wieder.

Die Arbeitsweise des Systems von Fig. 2 ist anhand der Beschreibung von Fig. 1 verständlich. In Fig. 2 wird ein Druckschalter 66 verwendet, der mit PS-I bezeichnet ist. Er wird von dem zu diesem Relais gehörenden Parameter gesteuert. Schalter 66 wird geschlossen, falls dieser Parameter seinen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Das Schließen von Schalter 66 schließt einen Stromkreis, der die Spulen 67 und 68 erregt, die mit R-IA und R-I B bezeichnet sind.

Der Kreis wird durch die Relaiskontakte Rl bis Rl geschlossen, die in Fig. 2 mit 69 bezeichnet sind. Gleichzeitig wird eine (mit L-I bezeichnete) Anzeigelampe 72 eingeschaltet.

Die Bauform nach Fig. 2 enthält ferner zusätzliche ·> Haltestromkreise. Diese bewirken, daß das erste Relaispaar und seine Anzeigelampe unter Strom bleiben, bis das ganze System nach den Abschaltungsbedingungen rückgestellt wird. Dazu enthält der oben beschriebene Kreis des Äl-Relais ein mit R-I bezeich- "· netes Kontaktpaar 70, das sich schließt, wenn das Relais Rl (Spulen 67 und 68) betätigt wird. Das Schließen der Kontakte 70 schließt einen Kreis über den Druckschalter 66 und die übrigen Relaiskontakte Rl bis Rl, so daß das Anzeigegerät für das Durchge- i^r> hen des ersten Parameters seine ursprüngliche Lage beibehält, unabhängig davon, ob einer der Parameter in seine Grenzwerte zurückgeht.

In jedem der anderen Relaiskreise Rl bis Rl befindet sich ein normalerweise geschlossener Satz von -'" Kontakten 71. Sie werden alle geöffnet, wenn Relais Rl betätigt wird und bilden eine Sperre gegen eine mögliche Betätigung aller übrigen Relais.

Als weiteres Beispiel sei angenommen, ein anderer Parameter, der einen Druckschalter 74 (mit PS-2)be- 2> zeichnet) beeinflußt, sei der erste, der seinen Grenzwert überschreitet. Dann schließt sich Schalter 74, und der Kreis für Relais Rl schließt sich von einer Seite der Spannungsquelle über alle geschlossenen Kontakte 75 (mit Rl und Λ3 bis Rl bezeichnet) hinweg, m Dadurch erhalten die Spulen 76-77 des zweiten Relais Strom. Ferner geht die Anzeigelampe 78 (bzw. L-I) an. Die Erregung des Relais Rl betätigt die mit R-I bezeichneten Kontakte, darunter die Kontakte 80, die in den anderen Gruppen der normalerweise ge- r> schlossenen Kontakte liegen. Außerdem werden die Kontakte 81, die normalerweise offen sind (wenn das Relais stromlos ist), betätigt und schließen den Haltestromkreis.

Es ist ferner ein Zeitschaltkreis vorgesehen, der einen Druckschalter 84 (bzw. PS-S) enthält, der geschlossen ist, wenn das System soviel Druck entwickelt hat, daß die automatische Abschalteeinrichtung betätigt wird. Der Schalter 84 liegt in Reihe mit einem Zeitgeber 85, der mit dem Einschalten des Prozesses Strom erhält und läuft, bis eine Abschaltung eintritt.

Ferner ist außer dem oben beschriebenen Anzeigesystem für den zuerst durchgegangenen Parameter ein manueller Abschaltungsindikator vorgesehen. Er enthält zwei zusätzliche Relais 90 (R-IO) und 94 (R-Il), einen zusätzlichen Druckschalter 93 (PS-9) sowie eine Anzeigelampe 95 (L-9) und einen Druckknopfschalter 96 (SW-9).

Die Arbeitsweise der manuellen Abschaltung wird nachfolgend anhand von Fig. 2 beschrieben. Wenn der Generator (vgl. Fig. 3) arbeitet, sind alle von den Parametern gesteuerten Druckschalter (PS-I bis PS-I) sowie Schalter 93 (PS-9) offen, Schalter 84 (PS-S) hingegen geschlossen. Der Zeitgeber 85 läuft, bo ein verzögertes Relais 91 (R-S) ist unter Strom und ein Relais 92 (R-9) ist stromlos. Außer den Kontakten 97 (R-S) sind alle Kontakte in der durch die Symbole angezeigten Schaltstellung.

Wenn nun ein manuelles Abschalten der Anlage erfolgt, wird Druckschalter 95 (PS-9) geschlossen. Dadurch erhalten Relais 94 (Λ-ll) und Anzeigelampe 95 Strom und werden von den Kontakten 99 (Ä-ll) und 100 (R-9) verriegelt. Gleichzeitig werden die Kontakte 101 (ft-11) geöffnet und machen es unmöglich, eines der von den Parametern gesteuerten Relais Rl bis Rl zu erregen, unabhängig von der Schaltstellung der zugehörigen Druckschalter PSl bis PSl. Ferner werden die Kontakte 89 (R-Il) im Zeitgeberkreis geöffnet und der Zeitgeber wird angehalten.

Wenn jetzt der Generator (vgl. Fig. 3) erneut in Betrieb gesetzt wird, öffnet der manuelle Abschalter 93 (PS-9). Folglich wird Relais 94 (Ä-ll) stromlos, wenn Relais 93 (R-9) beim Anlauf kurzzeitig Strom erhält, da die Kontakte 100 (R-9) öffnen.

Falls das Abschalten durch einen der von den Parametern gesteuerten Druckschalter PSl bis PSl ausgelöst wird, setzt er sein Relais und Alarmlich! unter Srrom. Ferner hält er den Zeitgeber 85 an und macht das Relais 90 (Ä-10) im Zeitgeberkreis stromlos, weil das zugehörige Kontaktpaar in der Kontaktgruppe 88 öffnet. Dadurch werden die Kontakte 98 (R-IO) geöffnet und verhindern, daß Relais 94 (Λ-11) und Anzeigelampe 95 Strom erhalten, unabhängig von der Schaltstellung des manuellen Abschalters 93 (PS-9).

Ferner sind in der Anordnung von Fig. 2 mit »Test« bezeichnete Druckknopfschalter sowie ein Kipphebelschalter 104, der die Stromversorgung regelt, vorgesehen. Mit ihrer Hilfe lassen sich die Anzeigelampen und Relais überprüfen. Da ein Alarmkreis ständig in Alarmstellung verriegelt bleibt, wenn der Generator (Fig. 3) außer Betrieb ist und das elektrische System unter Strom steht, ist eine Anordnung zur Löschung des Alarmzustandes vorgesehen, die das Relais 92 (R9) und das verzögerte Relais 91 (RS) enthält.

Diese Anordnung arbeitet folgendermaßen: Ist der elektrische Strom angestellt, der Generator (Fig. 3) aber außer Betrieb, sind die Relais 91 (R-S) und 92 (R-9) stromlos und die Kontakte 105 (R-9) geschlossen. Dadurch gelangt elektrischer Strom zu den Alarmkreisen (parameter-gesteuert). Wird der Generator (Fig. 3) angestellt, schließt der Schalter 84 (PS-S) und erregt dadurch das verzögerte Relais 91 (R-S), das die Kontakte 97 (RS) für die Dauer der Verzögerungszeit schließt. Für diesen Zeitraum erhält Relais 92 (R9) Strom und öffnet die Kontakte 105, was alle Alarmkreise stromlos macht. Nach der Verzögerungszeit öffnen die Kontakte 97 (RS), machen Relais 92 (R9) stromlos und schließen Kontakte 105, so daß die Alarmkreise wieder Strom erhalten. Da der Generator (Fig. 3) dann in Betrieb ist, leuchtet keine der Anzeige- oder Alarmlampen auf.

Fig. 3 scheint keiner näheren Erklärung zu bedürfen, nachdem die verschiedenen Symbole erläutert sind. Der schematisch wiedergegebene Prozeß veranschaulicht einen Synthesegas-Generator, dessen vier überwachte Parameter mit »Quench-Niveau«, »Sauerstoff«, »Prozeßwasser oder Trägergas« und »öl« bezeichnet sind. Jede dieser Einflußgrößen wird von dem pneumatischen System in der angegebenen Weise überwacht. Es enthält Druckregler 107,108, 109 und 110. Dabei handelt es sich um pneumatische Geräte mit Schnappwirkung, an deren Ausgang die Geräte-Druckluft mit vollem Druck oder dem Druck 0 angelegt werden kann. In jedem Falle ist der Ausgang mit der Membran des entsprechenden Ventils verbunden. Ferner sind die Einlasse der Druckregler in jedem Fall mit einem geeigneten Überwachungsgerät verbunden, der Sauerstoffdurchfluß wird

ζ. B. von einem Durchsatz-Geber 117 überwacht, der mit einer Blende 118 verbunden ist.

Wie durch die quadratischen Symbole, mit »FO« bezeichnet, in Fig. 3 angedeutet ist, gibt es in dem System pneumatische Knotenpunkte, an die jeder Druckschalter (z.B. der Schalter 74 von Fig. 2) angeschlossen ist. Für jeden der eingezeichneten

ist ein Knotenpunkt 111-114 vorge-

Parameter sehen.

Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich natürlich auch bei anderen Prozessen anwenden, die eine selbsttätige Abschalteinrichtung besitzen und in denen mehr oder weniger Parameter überwacht werden sollen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur elektrischen Messung und Anzeige einer ersten Grenzwertüberschreitung eines von mehreren zu überwachenden Meßwerten in pneumatischen Prozeßsteuerungsanlagen, insbesondere Anlagen zur Erdölverarbeitung oder vorzugsweise zur Erzeugung von Synthesegas, bei denen die Anlage pneumatisch abgeschaltet wird, sobald einer der Meßwerte vorgegebene Grenzwerte überschreitet, gekennzeichnet durch die Kombination von folgenden Merkmalen:

   a) für jeden· zu überwachenden Meßwert ist ein pneumatisch betätigter Druckschalter als Grenzwertschalter vorgesehen;

   b) für jeden zu überwachenden Meßwert ist jeweils ein elektrisches Relais mit mehreren Schaltkontakten zwischen dem Druckschalter und jeweils einer Anzeigevorrichtung vorgesehen;

   c) jedes Relais enthält zusätzlich einen Haltekreis, um die Grenzwertüberschreitung festzuhalten.