DK142921B - Kontrol og styreanlaeg til et integreret dampanlaeg med dampturbiner og et stort sideordnet dampforbrug isaer til kemiske procesanlaeg - Google Patents

Description

i 142921 o

Den foreliggende opfindelse angår et kontrol- og styreanlæg til et integreret dampanlæg med dampturbiner og et stort, sideordnet dampforbrug, især til kemiske procesanlæg, og med dampmængde- og damptrykregu-5 lering i en bypassledning for mellem højtryks- og middel-tryksdampledninger indkoblede dampturbiner med dampforbrugere i middeltryksdampnettet, og hvor der i by-passledningen er tilvejebragt en hurtigtåbnende reguleringsventil, som styres over to separate styrekredse 10 på en sådan måde, at der gennem den med dampturbinernes hurtiglukkeventilers lukkekreds forbundne første styrekreds pålægges en dominerende lukkekraft på reguleringsventilen, og hvor der over den anden styrekreds pålægges en styrefjeder i reguleringsventilens indstilllingsdrev en 15 forspændingskraft, som er bestemt af dampmængdekravet i middeltryksdampnettet, med henblik på ved hurtiglukning af dampturbinerne og den derved nødvendiggjorte hurtige åbning af reguleringsventilen at lede den tilstrækkelige dampmængde med det nødvendige damptryk fra høj-20 tryksdampledningen over bypassledningen ind i middel-tryksdampledningen.

Kontrol- og styreanlæg til dampmængde- og damptrykregulering skal sikre hele anlægget mod unormale belastningssituationer ved pludseligt udfald af dampfor-25 brugere såsom dampturbiner og kemiske processer i store, integrerede kemiske anlæg.

I store kemiske anlæg som f.eks. ammoniak- og ethylenanlæg opstår der på den ene side procesvarme ved høje temperaturer, og på den anden side er der brug for 30 damp med et bestemt trykniveau som hjælpestof til bestemte kemiske reaktioner. Desuden behøves i disse anlæg endvidere drivenergi til kompressorer, pumper eller generatorer. På grund af disse forhold og krav er det hensigtsmæssigt at udnytte procesvarmen til produktion af 35 højtryksdamp og at afspænde højtryksdampen til proces- damptrykniveauet i modtryksdampturbiner og derved udvin- 142921

O

2 de drivenergi til kompressorer, pumper eller generatorer og derpå tillede procesdampen som hjælpestof til de forskellige procestrin fra mellemtryksdampnettet.

Anlæg, der bygges på disse principper, beteqnes 5 i almindelighed som integrerede anlæg. De omfatter i reglen en højtryksdampturbine, som reducerer damptrykket til trykket i mellemtrykdampledningen. Det ved de kemiske reaktioner ved tilsætning af damp som hjælpestof frembragte produkt er ikke alene med hensyn til mængde, 10 men især med hensyn til analyse afhængigt af den tilførte dampmængde, dvs. af overholdelsen af mængdeforholdet mellem damp og råmateriale. Da et flertal af de nutidige processer forløber ved forhøjet tryk, f.eks.

20-80 ato, og da procesforløbet ofte er trykafhængigt, 15 dvs. omsætningsgraden formindskes ved faldende tryk, er et konstant trykniveau nødvendigt for et økonomisk procesforløb. Desuden har procesdampen yderligere i de udefra opvarmede, med katalysator fyldte rør i spaltningsanlæg til produktion af syntesegas den opgave at 20 holde temperaturen konstant, dvs. at ydervægstemperaturen i spaltningsrørene stiger utilladeligt meget og katalysatoren beskadiges ved overophedning ved bortfald af damptilførslen og tilstedeværelse af strålingsvarme.

Dampturbiner råder som bekendt over en særlig 25 hurtiglukkeventil i dampledningen for øjeblikkeligt at kunne afspærres fra yderligere damptilførsel ved driftsforstyrrelser. En afbrydelse ved hurtig lukning medfører tvangsmæssig en afbrydelse af damptilførslen til mellemtrykdampledningen. Da forbrugerne ved denne 30 ledning, som enten er yderligere dampturbiner eller procestrin, ikke frakobles lige så hurtigt, bryder damptrykket her sammen, og hele anlægget falder ud ved udløsning fra styreapparatet for procesdampmængdeforhol- det.

35 Fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 1.927.509 er det kendt gennem indbygning af en damptrykreduktions- 3 142921

O

ventil med hurtigåbning i en omledningsledning til en dampturbines dampledning, dvs. mellem højtryksledningen og mellemtryksdampledningen, at undgå et alt for kraftigt trykfald i mellemtrykledningen. Denne kendte 5 damptrykreduktionsventil med hurtigåbning synes at tilfredsstille kravene i et rent dampturbineanlæg med højtryks-, mellemtryks- og lavtryksturbiner med hensyn til de nødvendige omstillingstider og opretholdelse af dampmængderne og damptrykkene. En kortvarig 10 formindsket dampstrømning i mellemtryks- eller lavtryk s turbinerne medfører kun en formindskelse af ydelsen, men ingen større belastning af maskinmate-rialerne. De krav, der stilles til et styresystem til omstillingsprocessen i et stort kemisk anlæg med in-15 tegreret dampsystem, formår den hidtil kendte teknik imidlertid ikke at tilfredsstille. Således anvendes f.eks. dampen fra mellemtryksnettet i et sådant anlæg til yderligere turbiner og bl.a. som procesdamp til spaltning af carbonhydrogener i opvarmede rørreaktorer.

20 Et mellemtrykdampnet i et NH,-anlæg til 1000 ato har 3 f.eks. inklusive overheder et volumen på ca. 10 m og 3 således ved et specifikt dampvolumen på 0,1 m /kg et dampindhold på ca. 100 kg. Da der i et sådant anlæg af den til mellemtryknettet tilsluttede forbruger be-25 høves ca. 150 t/h eller ca. 42 kg/sek. damp, falder damptrykket ved afbrydelse allerede inden for et sekund til ca. 50% af normalværdien. Dette kraftige trykfald og dampmanglen fører til hurtig lukning af det samlede anlæg og til overhedning af de udefra opvar-30 mede rør i spaltningsanlægget.

Formålet for den foreliggende opfindelse er at garantere, at der også kort efter åbning af reguleringsventilen står den nødvendige dampmængde til rådighed for middeltryksdampnettet.

35 Dette opnås ifølge opfindelsen ved kombinationen af følgende træk:

O

142921 4 a) at den anden styrekreds er indrettet til under normaldrift med åbne hurtiglukkeventiler alene at være aktiverbar af størrelsen af et dampmængdesignal for den totale, gennemstrømmende dampmængde, hvor måle- 5 føleren til dampmængdemålingen er anbragt i damptilgangsledningen til dampturbinerne; b) at en omstillingsventil ved lukning af hur-tiglukkeventilerne er aktiverbar fra hurtiglukkekred-sen, hvilken omstillingsventil er indrettet til at 10 omstille den anden styrekreds fra afhængigheden af dampmængdemålingen til at være afhængig af en trykregulator, der får sin reguleringsimpuls fra middel-tryksdampledningen; c) at den anden styrekreds ved manglende tryk-15 afvigelse mellem det tilstræbte og det forekommende tryk i middeltryksdampledningen er koblet således over omstillingsventilen, at trykket i den anden styrekreds ved hjælp af en med et trykkonstantholdningssystem forbundet trykkilde holdes konstant på et niveau, der 20 svarer til det kort før omstillingen forekommende damp-mængdesignal, og er indrettet til først at kunne ændres ved indflydelse af en bestemt yderligere trykafvigelse i middeltryksdampledningen.

Den herved opnåede tekniske virkning består i, 25 at det ved arrangementet ifølge opfindelsen sikres, at der også umiddelbart efter et udfald af dampturbinerne leveres nøjagtig den nødvendige dampmængde i middeltryks-dampnettet, uden at der forekommer pulsationer dvs. tryk-og mængdesvingninger.

30 De ved opfindelsen opnåede fordele består især i, at der ved tilslutning af gennemstrømningsmåleren i dampledningen til turbinen og tilslutning af trykregulatoren i mellemtryksledningen ved hurtigåbne- og reguleringsventilen sker en øjeblikkelig omledning af høj-35 tryksdamp til mellemtrykdampnettet, og at der ikke opstår utilladelige tryksvingninger i mellemtryksnettet.

5 142921

O

Mellemtryksnettet må betragtes som fast tilkoblet til højtryksnettet på en sådan måde, at trykkene i de to net bestandig står i et vist forhold til hinanden, og at trykket i mellemtryksnettet aldrig falder til nul.

5 Den tidligere frygtede dampmangel i reaktionsrørene i spaltningsanlæg til syntesegas kan ikke forekomme. Det samlede anlæg kan holdes i drift også efter udfald af én eller flere dampturbiner, som er tilsluttet til højtryksdampledningen .

10 Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere, idet der henvises til tegningen, som viser et forenklet funktionsdiagram for arrangementet ifølge opfindelsen ved anvendelse af én dampturbine og i hurtigåbne- og reguleringsventilens beredskabstilstand.

15 på tegningen strømmer dampen fra en højtryks dampledning 1 over en højtryksturbine 2 til en mellem-tryksdampledning 3, hvorfra den tilledes de yderligere forbrugere og anvendes som procesdamp. 1 dampledningen 4 til højtryksturbinen findes en gennemstrømningsmåler 20 5 og turbinen 2's hurtiglukkeventil 6. Parallelt med turbinen findes yderligere en omløbsledning 7 med en hurtigåbne- og reguleringsventil 8. Over denne ledning sker i behovstilfælde omledningen og reduceringen af nomineldampmængden fra højtryksdampledningen 1 til mel-25 lemtryksdampledningen 3. Denne nomineldampmængde er størrelsesmæssig lig med den gennem ledningen 4 og turbinen 2 strømmende dampmængde. I beredskabstilstand er hurtigåbne- og reguleringsventilen 8 lukket som følge af den på tilholderen 9 virkende kraft styret 30 af hurtiglukkestyrekredsen 12. Den på hurtigåbne- og reguleringsventilen 8's tilholder 9 virkende kraft er større, end den på indstillingsmotoren 10 virkende kraft, og derved holdes ventilspindelen mod dens sæde gennem den ensidigt fastholdte indstillingsvægtstang 11. Den 35 fra turbinens hurtiglukkestyrekreds 12 virkende indstillingsimpuls har over impulsledningen 13 forskudt

O

142921 6 stemplet i omstillingsventilen 14 således, at trykket af hjælpeenergien fra ledningen 15 bliver virksomt på tilholderen 9 i hurtigåbne- og reguleringsventilen. Den på indstillingsmotoren 10 virkende kraft opnår sin øjeblik-5 kelige værdi fra gennemstrømningsmåleren 5 med tilsvarende omsætning og overføring gennem roduddragningssignalomformeren 16, produktsignalomformeren 17 og omstillingsventilen 18. I beredskabstilstanden er stemplet i omstillingsventilen 18 gennem en indstillingsimpuls fra 10 turbinens hurtiglukkesystem 12 over impulsledningen 13 forskudt således, at styreimpulsen fra gennemstrømningsmåleren 5 gennem ledningen 19 føres til indstillingsmotoren 10 i hurtigåbne- og reguleringsventilen 8. Størrelsen af denne styreimpuls bevirker en proportional 15 forspænding af fjederen i indstillingsmotoren 10.

Til mellemtryksdampledningen 3 er tilsluttet en tryktransmitter 20 med en trykregulator 21. Trykregulatoren 21 har tilslutninger 22, 23, 24 og 25. I beredskabstilstanden er trykregulatoren 21's bælgsystem kraft-20 mæssigt i ligevægt ved, at den over ledningen 23 indstillede nominelværdi er lig med den over ledningen 22 fra tryktransmitteren 20 tilførte, øjeblikkelige værdi.

Derved forekommer der tvangsmæssigt i det overfor liggende bælgsystem en sådan kraftudligning, at der i led-25 ningen 25 forekommer en styreimpuls, som er lig den i ledningen 24 forekommende.

Udløses den foran beskrevne beredskabstilstand derved, at en forstyrrelse ved turbinen sætter dennes hurtiglukkesystem i virksomhed, og at hurtiglukkeven-30 tilen 6 pludselig lukkes, sker følgende omstillingsproces: Fra turbinens hurtiglukkestyrekreds 12 styres omstillingsventilerne 14 og 18 således, at deres indstillingsstempler kommer i den modsatte stilling. I omstillingsventilen 14 afspærres styretrykket af hjælpeener-35 gien fra tilholderen, afstrømning af det på tilholderen virkende medium frigives, og dermed frigives tilholderen, og den i indstillingsfjederen i indstillingsmotoren 7

O

142921 10 foreliggende, proportionale forspænding åbner hurtigåbne- og reguleringsventilen så meget, at nomineldampmæng-den kan strømme igennem.'I omstillingsventilen 18 er samtidigt styreforbindelsen fra gennemstrømningsmåleren 5 5 blevet afspærret, og styreimpulsværdien fra trykregu latoren 21 i ledningen 25, hvis værdi allerede svarede til mængdeforudindstillingssignalet som beskrevet foran ved beredskabsstillingen, sluttes til indstillingsmotoren 10 i hurtigåbne- og reguleringsventilen 8. Ved kombinatio-10 nen ifølge opfindelsen virker før og kort efter omstillingen lige store styreimpulser på indstillingsmotoren 10. Trykregulatoren på mellemtrykdampledningen er nu tilsluttet som normal regulator, mens produktsignalomformeren i denne tilstand er afspærret. Hurtigåbne- og regulerings-15 ventilen sikrer med dens tilslutning ifølge opfindelsen til de to omstillingsventiler, mængdemåleren og trykregulatoren en øjeblikkelig indstilling. Den ved udførelsesformen beskrevne reguleringsventil 8 har en ensidigt fastgjort indstillingsvægtstang. Udføres dette fastgø-20 relsespunkt således, at en tidsmæssigt begrænset bevægelse er mulig, dvs. en forskydning i retning af ventilstangen, kan der også iværksættes en drift under opstart af anlægget. Alt efter behovet strømmer der ved delbelastning af dampturbinerne i så fald allerede en 25 bestemt dampmængde over reguleringsventilen 8.

Anbringes flere højtryksdampforbrugere i et integreret anlæg mellem en højtryks- og en middeltryks-dampledning, kan der ifølge den foreliggende opfindelse opbygges et kontrol- og styreanlæg, som forbliver yderst 30 stabilt i tilfælde af driftsforstyrrelser, og som til trods herfor frembyder en minimal anvendelse af omløbsledninger og hurtigåbne- og reguleringsventiler.

Claims (1)

142921 O Patentkrav. Kontrol- og styreanlæg til et integreret dampanlæg med dampturbiner og et stort, sideordnet dampforbrug, især til kemiske procesanlæg, og med dampmængde og damptrykregulering i en bypassledning for mellem høj-5 tryks- og middeltryksdampledninger indkoblede damp turbiner med dampforbrugere i middeltryksdampnettet, og hvor der i bypassledningen er tilvejebragt en hur-tigtåbnende reguleringsventil, som styres over to separate styrekredse på en sådan måde, at der gennem den med 10 dampturbinernes hurtiglukkeventilers lukkekreds forbund ne første styrekreds pålægges en dominerende lukkekraft på reguleringsventilen, og hvor der over den anden styrekreds pålægges en styrefjeder i reguleringsventilens indstillingsdrev en forspændingskraft, som er be-15 stemt af damprnængdekravet i middeltryksdampnettet, med henblik på ved hurtignedregulering af dampturbinerne under aktivering af hurtiglukkesystemets ventiler og den derved nødvendiggjorte hurtige åbning af reguleringsventilen at lede den tilstrækkelige dampmængde med det 20 nødvendige damptryk fra højtryksdampledningen over by-passledningen ind i middeltryksdampledningen, kendetegnet ved kombinationen af følgende træk: a) at den anden styrekreds er indrettet til under normaldrift med åbne hurtiglukkeventiler (6) alene 25 at være aktiverbar af størrelsen af et dampmængdesignal for den totale, gennemstrømmende dampmængde, hvor måleføleren til dampmængdemålingen (5) er anbragt i damptilgangsledningen til dampturbinerne (2); b) at en omstillingsventil (18) ved lukning af 30 hurtiglukkeventilerne (6) er aktiverbar fra hurtiglukke- kredsen (12), hvilken omstillingsventil er indrettet til at omstille den anden styrekreds fra afhængigheden af dampmængdemålingen (5) til at være afhængig af en trykregulator (21), der får sin reguleringsimpuls fra mid-35 deltryksdampledningen (3);