EP2096157A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Umschaltung von Absperrorganen an Spaltöfen - Google Patents

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EP2096157A2
EP2096157A2 EP09001991A EP09001991A EP2096157A2 EP 2096157 A2 EP2096157 A2 EP 2096157A2 EP 09001991 A EP09001991 A EP 09001991A EP 09001991 A EP09001991 A EP 09001991A EP 2096157 A2 EP2096157 A2 EP 2096157A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shut
egv
actuator
tlv
differential pressure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09001991A
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English (en)
French (fr)
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EP2096157A3 (de
Inventor
Herbert Meier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP2096157A2 publication Critical patent/EP2096157A2/de
Publication of EP2096157A3 publication Critical patent/EP2096157A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B43/00—Preventing or removing incrustations
    • C10B43/02—Removing incrustations
    • C10B43/04—Removing incrustations by mechanical means
    • C10B43/06—Removing incrustations by mechanical means from conduits, valves or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/14—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils in pipes or coils with or without auxiliary means, e.g. digesters, soaking drums, expansion means
    • C10G9/18—Apparatus
    • C10G9/20—Tube furnaces
    • C10G9/206—Tube furnaces controlling or regulating the tube furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B41/00—Safety devices, e.g. signalling or controlling devices for use in the discharge of coke
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2400/00—Products obtained by processes covered by groups C10G9/00 - C10G69/14
    • C10G2400/22—Higher olefins

Definitions

  • the invention relates to a method for switching a cracking furnace between production mode and Entkokungsmodus, wherein a arranged in the transfer line, equipped with a first actuator first shut-off (TLV) and arranged in the decoking line, equipped with a second actuator second shut-off (EGV) simultaneously and wherein the differential pressure DP via the shut-off device TLV is continuously measured and monitored.
  • a first actuator first shut-off TLV
  • ESV second actuator second shut-off
  • the invention relates to a device for carrying out the method.
  • transfer line designates a pipeline through which the fission gas generated in a cracking furnace during the production mode is removed and fed to a further treatment, for example in a gas separation device.
  • a pipeline called “decoking line” branches off from the transfer line, via which the decoking gas formed in the cracking furnace is discharged during the decoking mode.
  • the decoking line is shut off by EGV while TLV is fully open. In decoking mode, EGV is fully open and TLV is fully closed.
  • the hydrocarbons are heated together with the water vapor in the convection zone of the cracking furnace to a temperature at which the cleavage of hydrocarbons is just beginning (500-680 ° C, depending on the type of hydrocarbons). Subsequently, the hydrocarbons are guided in so-called. Radiation tubes through the radiation zone of the cracking furnace, wherein they under controlled conditions (residence time, temperature profile, partial pressures) are split into smaller molecules. In addition to the desired main products (for example, ethylene and propylene), this also produces other olefins and other substances.
  • reaction products in secondary reactions are cooled in 0.02-0.1s to 550-650 ° C after the radiation zone, which they leave with temperatures between 800 and 850 ° C.
  • the fission gas generated in this way is passed on via the transfer line in order to be split into the desired products in complex physical and chemical decomposition steps.
  • the thermal decomposition of the hydrocarbons inevitably produces carbon, which is deposited as coke on the insides of the radiation tubes and forms a layer there.
  • the coke layer hinders the transport of heat from the radiant tubes to the process gas flowing therethrough, increases the tube wall temperature, and reduces the free flow area in the radiant tubes, thereby increasing the pressure loss across the tubes.
  • the operating costs increase and at the same time the yield of desired olefins decreases. From time to time it is therefore necessary to interrupt the production mode of such a cracking furnace and to remove the coke deposits from the radiant tubes in the so-called decoking mode.
  • the radiation tubes are normally flushed with a mixture of air and water vapor, whereby the coconut is burned and transported from the cracking furnace.
  • the changeover between production mode and decoking mode must be carried out so that a return flow of hydrocarbons via the TLV is omitted and the pressure at the outlet of the cracking furnace does not exceed a maximum value.
  • These conditions are met by the two shut-off valves TLV and EGV being opened or closed simultaneously.
  • the differential pressure across the TLV is constantly monitored.
  • the differential pressure in the normal flow direction in phases of the switching operation, in which both shut-off valves are not closed should always be kept close to a safe value of about 1.00 bar.
  • the switching operation is carried out by two to three operators who actuate both shut-off valves manually or via field-operated actuators and at the same time monitor the differential pressure via TLV. Since human error can never be ruled out, in the prior art, to increase safety downstream of the TLV, a check valve and upstream of a safety bleed valve are often installed in the transfer line.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method of the type described above and an apparatus for its implementation, by which the disadvantages of the prior art are overcome.
  • the stated object is procedurally achieved according to the invention that the process of shut-off TLV and EGV is performed automatically, with TLV is monotonously moved between its end positions, while the second actuator is controlled by the control signal of a controller and EGV is thereby moved so that DP always a predetermined setpoint (DP-soll) is approximated.
  • the inventive method is suitable for use in all cracking furnaces, which have a transfer and an exhaust pipe. Preferably, however, it is used on cracking furnaces used to make olefins from hydrocarbon-containing feeds.
  • An embodiment of the method according to the invention provides that the measured value for DP is converted into an electrical signal and supplied as the actual value (DP-ist) of the control device, preferably designed as an electrical PID controller, which is based on the comparison of DP with DP - should output a continuous electrical control signal to the actuator of EGV.
  • Another embodiment of the method according to the invention provides that DP is monitored and regulated by means of two pressure switches, the one pressure switch when exceeding an upper limit (DPO) and the other pressure switch falls below a lower limit (DPU) of DP a discrete electrical control signal to the actuator from EGV. If DPO is exceeded, EGV is opened, while it closes when the lower limit of DP is undershot.
  • DPO upper limit
  • DPU lower limit
  • the two pressure switches allow overlapping switching ranges to be established which connect to DPO at the bottom and DPU at the top and overlap DP-soll. It makes sense to set both switching ranges to a value that is smaller than the distance between DPO and DPU. If, for example, DPO is exceeded, a control signal is issued for opening EGV until DP reaches a value outside the range Switching range has dropped.
  • the setting of switching ranges makes it possible to reduce the number of switching cycles and thus to increase the stability of the control.
  • TLV and EGV are designed as shut-off valves or valves, both of which have a non-linear flow characteristic, which makes their use in a control loop problematic. Changes in the position of such a shut-off affect the more the flow, the farther the shut-off is closed. So that both shut-off valves can reliably fulfill their task as parts of a control loop, a meaningful development of the method according to the invention provides that the two shut-off devices TLV and EGV are each moved with at least two different speeds, wherein the size of the traversing speed depends on the current position of the Obturator is. Appropriately, each of the positions of a shut-off, in which a change in the traversing speed occurs (switching points), and the traversing speeds can be changed and adapted to the control characteristics of the control loop.
  • shut-off device Even in its standard version, modern actuators offer the possibility of traversing a shut-off device between the open and closed positions at more than one speed. If a shut-off device is closed, it is moved at the beginning of the closing process at the normal traversing speed, whereby it covers approximately 25 to 50% of the total travel per minute. From a predetermined switching point of the closing operation is continued with a much smaller second travel speed to the closed position. Typically, the second traversing speed is only 5 to 10% of the normal traversing speed.
  • the change in the travel speed can be achieved by using a variable speed actuator.
  • a constant speed actuator which is operated to achieve a reduced travel speed in short time intervals, each followed by a much longer downtime. This procedure sets an average travel speed, which can be significantly lower than the normal travel speed.
  • the invention further relates to a device for switching a cracking furnace between production mode and Entkokungsmodus, comprising a first arranged in the transfer line obturator (TLV) and a second arranged in the decoking line obturator (EGV) and a differential pressure measuring device, with the differential pressure DP on the Shut-off device TLV is continuously measurable and monitorable, wherein the two shut-off devices each have an actuator through which they are simultaneously movable.
  • TLV transfer line obturator
  • ESV decoking line obturator
  • the object is achieved according to the device device according to the invention in that it comprises a control device, via the EGV is moved so that DP is always a predetermined setpoint (DP-soll) is approached while TLV moves monotonously between its end positions.
  • DP a predetermined setpoint
  • the cracking furnace is an arbitrary cracking furnace, but preferably a cracking furnace which can be used to produce olefins from hydrocarbon-containing feedstocks.
  • control device is an electrical regulator, which is preferably designed as a PID controller.
  • the electric controller to which the measured value for DP converted into an electrical signal can be supplied as an actual value (DP-ist), outputs a continuous electrical actuating signal to the actuator of EGV on the basis of the comparison of DP-ist with DP-soll.
  • the control device is realized with two pressure switches, the one pressure switch when exceeding an upper limit (DPO) and the other pressure switch falls below a lower limit (DPU) of DP a discrete electrical control signal to the actuator from EGV.
  • the two pressure switches are those pressure switches that allow the setting of switching ranges, with one shift range down to DPO and another shift range up to DPU.
  • the actuators are equipped on the shut-off valves TLV and EGV with external limit switches, preferably as a proximity switch are executed. Compared to internal limit switches, they offer the advantage that they do not need to be readjusted after maintenance work on the actuators.
  • shut-off valves TLV and EGV each with an analog position feedback, which outputs a proportional to the current position of the obturator signal. If the control device with two pressure switches realisier, so analog position feedback are not absolutely necessary, but still recommended.
  • a further embodiment of the device according to the invention provides that the shut-off valves TLV and EGV are each designed as high-performance butterfly valves with a double block sealing system with flushing steam discharge to the safe process side, as known for years prior art and the person skilled in the art.
  • steam which acts as a barrier medium, in the Doppelblockabdichtsystem, it is possible to dispense with a closed obturator on the setting of stoppers, as an unintentional overflow of substances through leaks in the obturator is certainly avoidable.
  • the introduction of the steam is differential pressure controlled, the difference between the pressures in the shut-off and in the downstream of the obturator subsequent pipe is the control variable.
  • the invention makes it possible to carry out the switching between production mode and decoking mode of a slit furnace with fewer personnel and with a considerably lower risk of operating errors than is possible according to the prior art.
  • a high degree of safety can also be achieved without expensive check valves and / or safety relief valves.
  • it offers the possibility of arranging the two shut-off valves TLV and EGV in such a way that the piping can be optimized in terms of process technology and at the same time cost-effectively executed.
  • TLV When the cracking furnace is switched from production mode to decoking mode, TLV is initially fully open and EGV is completely closed.
  • the automatic switching operation of the two shut-off valves TLV and EGV is triggered by an electrical start signal given by an operator or by the electronic control of the cracking furnace.
  • Is used to control the pressure loss over TLV a continuously operating controller, such. If, for example, an electrical PID controller is used, this is activated in the following process step with a preset differential pressure setpoint DP-soll. Subsequently, the obturator TLV begins to close at its normal traversing speed. When a preset changeover point is reached, the traversing speed is reduced significantly to approx. 10% of the normal traversing speed. If the DP differential pressure, which increases as TLV continues to close, exceeds the DP-set setpoint set by the PID controller, the PID controller sends a command signal to the EGV actuator, causing EGV to start slowly at a slow speed.
  • the PID controller gives control signals to open or close the EGV actuator. Once TLV is fully closed, an externally mounted limit switch outputs a signal to disable the PID controller. After EGV is fully opened, the automatic switching process is ended.
  • the shut-off device TLV begins to close at its normal traversing speed after the automatic switching operation has been started. When a preset changeover point is reached, the traversing speed is reduced significantly to approx. 10% of the normal traversing speed.
  • the differential pressure DP which increases as the closing process progresses, exceeds the upper limit DPO (eg, 1.1 bar) set at one of the two differential pressure switches, the differential pressure switch outputs a control signal to the actuator of EGV, through the EGV at a slow traveling speed begins to open.
  • the control signal for opening EGV is output until DP has dropped to a value that is less than DPO minus a set first switching range (eg 60mbar).
  • TLV When the cracking furnace is switched from decoking mode to production mode, TLV is initially fully closed and EGV is fully opened.
  • the automatic switching operation of the two shut-off valves TLV and EGV is triggered by an electrical start signal provided by an operator or the electronic control of the cracking furnace.
  • Is used to control the pressure loss over TLV a continuously operating controller, such. If, for example, an electrical PID controller is used, this is activated in the following process step with a preset differential pressure setpoint DP-soll. Subsequently, the obturator EGV begins to close at its normal traversing speed. When a preset changeover point is reached, the traversing speed is reduced significantly to approx. 10% of the normal traversing speed. As the EGV closing operation progresses, the differential pressure DP increases. If DP reaches a limit, which can be B. 50mbar is smaller than the preset on the PID controller setpoint DP-soll, TLV begins to open at slower travel speed.
  • a limit which can be B. 50mbar is smaller than the preset on the PID controller setpoint DP-soll
  • EGV is always closed.
  • the limit value below DP-soll is monitored by a differential pressure switch, which outputs a stop signal to the actuator of TLV when it falls below the limit, which remains active until DP exceeds the limit again.
  • the PID controller gives control signals to open or close the EGV actuator. Once EGV is fully closed, an externally mounted limit switch outputs a signal to disable the PID controller. After TLV is fully opened, the automatic switching process is ended.
  • the shut-off valve EGV begins to close at its normal traversing speed after the automatic switching operation has been started. When a preset changeover point is reached, the traversing speed is reduced significantly to approx. 10% of the normal traversing speed. If the differential pressure DP, which increases with the progression of the closing operation, exceeds the lower limit DPU set at one of the two differential pressure switches (eg 0.9 bar), the differential pressure switch outputs a control signal to the actuator of TLV, through which TLV starts at a slow traversing speed to open. The control signal for closing EGV is output until DP has increased to a value which is greater than DPU plus a set first switching range (eg 60 mbar).
  • the differential pressure switch outputs a control signal for closing EGV. If DP exceeds an upper limit DPO (eg 1.1 bar) set at the first differential pressure switch, this differential pressure switch outputs a control signal to the actuator of EGV, which opens the EGV. Opening continues until DP has dropped to a value less than DPO minus a set second switching range (eg 60mbar). As soon as EGV is completely closed, TLV will be fully opened without further interruption and the switching operation will be terminated.
  • DPO eg 1.1 bar

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Vorrichtung zur Umschaltung eines Spaltofens zwischen Produktionsmodus und Entkokungsmodus, wobei ein in der Transferleitung angeordnetes, mit einem ersten Stellantrieb ausgestattetes erstes Absperrorgan (TLV) und ein in der Entkokungsleitung angeordnetes, mit einem zweiten Stellantrieb ausgestattetes zweites Absperrorgan (EGV) gleichzeitig verfahren werden und wobei der Differenzdruck DP über das Absperrorgan TLV kontinuierlich gemessen und überwacht wird. Das Verfahren der Absperrorgane TLV und EGV wird automatisiert durchgeführt, wobei TLV monoton zwischen seinen Endlagen bewegt wird, während der zweite Stellantrieb über das Stellsignal einer Regeleinrichtung angesteuert und EGV dadurch so verfahren wird, dass DP stets einem vorgegebene Sollwert (DP-soll) angenähert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umschaltung eines Spaltofens zwischen Produktionsmodus und Entkokungsmodus, wobei ein in der Transferleitung angeordnetes, mit einem ersten Stellantrieb ausgestattetes erstes Absperrorgan (TLV) und ein in der Entkokungsleitung angeordnetes, mit einem zweiten Stellantrieb ausgestattetes zweites Absperrorgan (EGV) gleichzeitig verfahren werden und wobei der Differenzdruck DP über das Absperrorgan TLV kontinuierlich gemessen und überwacht wird.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Der Begriff "Transferleitung" bezeichnet eine Rohrleitung, über die das während des Produktionsmodus in einem Spaltofen erzeugte Spaltgas abgeführt und einer Weiterbehandlung, beispielsweise in einer Gaszerlegungseinrichtung, zugeführt wird. Stromaufwärts von TLV zweigt von der Transferleitung eine als "Entkokungsleitung" bezeichnete Rohrleitung ab, über die während des Entkokungsmodus das im Spaltofen gebildete Entkokungsgas abgeführt wird. Während des Produktionsmodus ist die Entkokungsleitung durch EGV abgesperrt, während TLV vollständig geöffnet ist. Im Entkokungsmodus ist EGV vollständig geöffnet und TLV vollständig geschlossen.
  • Spaltöfen, von außen befeuerte Rohrreaktoren, sind dem Fachmann seit vielen Jahren bekannt und werden in der Industrie zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt. So werden sie beispielsweise dazu verwendet, um aus höher siedenden Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf durch thermische Spaltung Olefine zu erzeugen.
  • Die Kohlenwasserstoffe werden dabei gemeinsam mit dem Wasserdampf in der Konvektionszone des Spaltofens bis auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Spaltung der Kohlenwasserstoffe gerade einsetzt (500-680°C, abhängig von der Art der Kohlenwasserstoffe). Anschließend werden die Kohlenwasserstoffe in sog. Strahlungsrohren durch die Strahlungszone des Spaltofens geführt, wobei sie unter kontrollierten Bedingungen (Verweilzeit, Temperaturprofil, Partialdrücke) in kleinere Moleküle gespalten werden. Neben den angestrebten Hauptprodukten (beispielsweise Ethylen und Propylen), entstehen hierbei auch andere Olefine sowie weitere Substanzen. Um einen Abbau der Reaktionsprodukte in Sekundärreaktionen zu unterbinden, werden sie im Anschluss an die Strahlungszone, die sie mit Temperaturen zwischen 800 und 850°C verlassen, in 0,02-0,1s auf 550-650°C abgekühlt. Das auf diese Weise erzeugte Spaltgas wird über die Transferleitung weitergeführt, um in komplexen physikalischen und chemischen Zerlegungsschritten in die gewünschten Produkte aufgespalten zu werden.
  • Bei der thermischen Spaltung der Kohlenwasserstoffe wird unvermeidlich Kohlenstoff erzeugt, der als Koks an den Innenseiten der Strahlungsrohre abgeschieden wird und dort eine Schicht bildet. Die Koksschicht behindert den Wärmetransport von den Strahlungsrohren auf das durch sie strömende Prozessgas, erhöht die Rohrwandtemperatur und verkleinert den freien Strömungsquerschnitt in den Strahlungsrohren, wodurch sich der Druckverlust über die Rohre erhöht. Als Folge hiervon steigen die Betriebskosten und gleichzeitig sinkt die Ausbeute an erwünschten Olefinen. Von Zeit zu Zeit ist es daher erforderlich, den Produktionsmodus eines derartigen Spaltofens zu unterbrechen und im sog. Entkokungsmodus die Koksablagerungen aus den Strahlungsrohren zu entfernen.
  • Da mechanische Verfahren zur Beseitigung der Kokosschicht nicht angewendet werden können, werden die Strahlungsrohre normalerweise mit einem Gemisch aus Luft und Wasserdampf durchspült, wobei der Kokos abgebrannt und so aus dem Spaltofen transportiert wird.
  • Um den Spaltofen vom Produktionsmodus in den Entkokungsmodus umzuschalten, ist es erforderlich, ein in die Transferleitung eingebautes Absperrorgan (TLV) zu schließen und gleichzeitig ein in die Entkokungsleitung eingebautes Absperrorgan (EGV) zu öffnen. Anschließend wird ein Wasserdampf/Luft-Gemisch durch die Strahlungsrohre geleitet und das dabei entstehende Stoffgemisch über die Entkokungsleitung abgeführt.
  • Die Umschaltung zwischen Produktionsmodus und Entkokungsmodus muss so durchgeführt werden, dass ein Rückströmen von Kohlenwasserstoffen über das TLV unterbleibt und der Druck am Ausgang des Spaltofens einen Höchstwert nicht überschreitet. Diese Bedingungen werden dadurch eingehalten, dass die beiden Absperrorgane TLV und EGV aufeinander abgestimmt gleichzeitig geöffnet bzw. geschlossen werden. Während eines Umschaltvorgangs wird der Differenzdruck über das TLV ständig überwacht. Dabei soll der Differenzdruck in Normalströmungsrichtung in Phasen des Umschaltvorgangs, in denen beide Absperrorgane nicht geschlossen sind, stets nahe eines sicheren Wertes von ca. 1,00 bar gehalten werden. Nach dem Stand der Technik, wird der Umschaltvorgang von zwei bis drei Operatoren durchgeführt, die beide Absperrorgane von Hand oder über vor Ort zu bedienende Stellantriebe betätigen und gleichzeitig den Differenzdruck über TLV überwachen. Da menschliches Versagen nie ausgeschlossen werden kann, wird nach dem Stand der Technik zur Erhöhung der Sicherheit stromab des TLV oftmals eine Rückschlagklappe und stromauf ein Sicherheitsabblasventil in die Transferleitung eingebaut.
  • Um die Gefahr von Bedienungsfehlern zu verringern, sind aus der Praxis auch Lösungen bekannt, bei denen TLV und EGV mechanisch derart miteinander verbunden sind, dass beide gemeinsam betätigt werden können. Diese Lösungen weisen jedoch einige gravierende Nachteile auf:
    • Zum Einhalten des notwendigen Differenzdruckes ist der Durchflussmengenbereich stark eingeschränkt, da die mechanische Verbindung Mengenabweichungen im Durchfluss zur Herstellung eines sicheren Betriebs nur sehr begrenzt ausgleichen kann.
    • Aufgrund eines unterschiedlichen Temperaturganges in Transfer- und Entkokungsleitung, treten hohe Schwankungen der auf die Absperrorgane wirkenden Kräfte und Momente auf, die zum Verklemmen der mechanischen Antriebe und Dichtelemente der Absperrorgane führen können.
    • TLV und EGV müssen unmittelbar nebeneinander installiert werden, wodurch es schwierig ist die Verrohrung für den Prozess optimal und mit geringen Kosten zu realisieren.
    • Eine unabhängige Betätigung von TLV und EGV ist nur schwer möglich.
    • Die beiden Absperrorgane müssen vom selben Lieferanten bezogen werden, was die Wahlfreiheit einschränkt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, durch welche die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
  • Die gestellte Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren der Absperrorgane TLV und EGV automatisiert durchgeführt wird, wobei TLV monoton zwischen seinen Endlagen bewegt wird, während der zweite Stellantrieb über das Stellsignal einer Regeleinrichtung angesteuert und EGV dadurch so verfahren wird, dass DP stets einem vorgegebene Sollwert (DP-soll) angenähert wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Einsatz an allen Spaltöfen, die über eine Transfer- und eine Abgasleitung verfügen. Vorzugsweise wird es jedoch an Spaltöfen eingesetzt, die zur Herstellung von Olefinen aus Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsätzen verwendet werden.
  • Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Messwert für DP in ein elektrisches Signal umgewandelt und als Istwert (DP-ist) der, vorzugsweise als elektrischer PID-Regler ausgeführten Regeleinrichtung zugeführt wird, die auf Grundlage des Vergleichs von DP-ist mit DP-soll ein kontinuierliches elektrisches Stellsignal an den Stellantrieb von EGV ausgibt.
  • Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass DP mittels zweier Druckschalter überwacht und geregelt wird, wobei der eine Druckschalter bei Überschreiten einer Obergrenze (DPO) und der andere Druckschalter bei Unterschreiten einer Untergrenze (DPU) von DP ein diskretes elektrisches Stellsignal an den Stellantrieb von EGV ausgibt. Bei Überschreitet von DPO wird EGV geöffnet, während es bei Unterschreiten der Untergrenze von DP geschlossen wird.
  • Zweckmäßiger Weise erlauben es die beiden Druckschalter, sich überlappende Schaltbereiche einzustellen, die sich nach unten an DPO bzw. nach oben an DPU anschließen und in deren Überlapp DP-soll liegt. Sinnvoller Weise werden beide Schaltbereiche auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als der Abstand zwischen DPO und DPU. Wird beispielsweise DPO überschritten, so wird solange ein Stellsignal zum Öffnen von EGV ausgegeben, bis DP auf einen Wert außerhalb des Schaltbereiches gesunken ist. Die Einstellung von Schaltbereichen ermöglicht es, die Anzahl von Schaltzyklen zu reduzieren und somit die Stabilität der Regelung zu erhöhen.
  • In der Praxis sind TLV und EGV als Absperrklappen oder -schieber ausgeführt, die beide eine nicht lineare Durchflusscharakteristik aufweisen, was ihren Einsatz in einem Regelkreis problematisch macht. Veränderungen der Stellung eines derartigen Absperrorgans wirken sich umso stärker auf den Durchfluss aus, je weiter das Absperrorgan geschlossen ist. Damit beide Absperrorgane ihre Aufgabe als Teile eines Regelkreises dennoch zuverlässig erfüllen können, sieht eine sinnvolle Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die beiden Absperrorgane TLV und EGV jeweils mit wenigstens zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten verfahren werden, wobei die Größe der Verfahrgeschwindigkeit abhängig von der momentanen Stellung des Absperrorgans ist. Zweckmäßiger Weise können jede der Stellungen eines Absperrorgans, bei der eine Änderung der Verfahrgeschwindigkeit eintritt (Umschaltpunkte), sowie die Verfahrgeschwindigkeiten verändert und der Regelcharakteristik des Regelkreises angepasst werden.
  • Moderne Stellantriebe bieten bereits in ihrer Standardversion die Möglichkeit ein Absperrorgan zwischen den Positionen Offen und Geschlossen mit mehr als einer Geschwindigkeit zu verfahren. Wird ein Absperrorgan geschlossen, so wird es zu Beginn des Schließvorgangs mit der normalen Verfahrgeschwindigkeit verfahren, wobei es ca. 25 bis 50% des gesamten Verfahrweges je Minute zurücklegt. Ab einem vorgegebenen Umschaltpunkt wird der Schließvorgang mit einer wesentlich kleineren zweiten Verfahrgeschwindigkeit bis zur Schließstellung fortgesetzt. Typischer Weise beträgt die zweite Verfahrgeschwindigkeit lediglich 5 bis 10% der normalen Verfahrgeschwindigkeit. Der Wechsel in der Verfahrgeschwindigkeit kann durch den Einsatz eines Stellantriebs mit variabler Geschwindigkeit erreicht werden. Eine andere Möglichkeit besteht im Einsatz eins Stellantriebs mit konstanter Geschwindigkeit, der zur Erzielung einer reduzierten Verfahrgeschwindigkeit in kurzen zeitlichen Intervallen betrieben wird, denen sich jeweils eine wesentlich längere Stillstandszeit anschließt. Durch dieses Vorgehen stellt sich eine durchschnittliche Verfahrgeschwindigkeit ein, die deutlich kleiner sein kann, als die normale Verfahrgeschwindigkeit.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Umschaltung eines Spaltofens zwischen Produktionsmodus und Entkokungsmodus, umfassend ein erstes, in der Transferleitung angeordnetes Absperrorgan (TLV) und ein zweites, in der Entkokungsleitung angeordnetes Absperrorgan (EGV) sowie eine Differenzdruckmesseinrichtung, mit der der Differenzdruck DP über das Absperrorgan TLV kontinuierlich mess- und überwachbar ist, wobei die beiden Absperrorgane jeweils einen Stellantrieb aufweisen, über den sie gleichzeitig verfahrbar sind.
  • Die gestellte Aufgabe wird vorrichtungsseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sie eine Regeleinrichtung umfasst, über die EGV so verfahrbar ist, dass DP stets einem vorgegebene Sollwert (DP-soll) angenähert wird, während TLV sich monoton zwischen seinen Endlagen bewegt.
  • Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Spaltofen um einen beliebigen Spaltofen, vorzugsweise jedoch um einen Spaltofen, der zur Erzeugung von Olefinen aus Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsätzen einsetzbar ist.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass es sich bei der Regeleinrichtung um einen elektrischen Regler handelt, der vorzugsweise als PID-Regler ausgeführt ist. Der elektrische Regler, dem der in ein elektrisches Signal umgewandelte Messwert für DP als Ist-Wert (DP-ist) zuführbar ist, gibt auf Grundlage des Vergleichs von DP-ist mit DP-soll ein kontinuierliches elektrisches Stellsignal an den Stellantrieb von EGV aus.
  • Eine andere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Regeleinrichtung mit zwei Druckschaltern realisiert ist, wobei der eine Druckschalter bei Überschreiten einer Obergrenze (DPO) und der andere Druckschalter bei Unterschreiten einer Untergrenze (DPU) von DP ein diskretes elektrisches Stellsignal an den Stellantrieb von EGV ausgibt. Zweckmäßiger Weise handelt es sich bei den beiden Druckschaltern um solche Druckschalter, die die Einstellung von Schaltbereichen zulassen, wobei sich ein Schaltbereich nach unten an DPO und ein anderer Schaltbereich nach oben an DPU anschließt.
  • Vorteilhafter Weise sind die Stellantriebe an den Absperrorganen TLV und EGV mit externen Endschaltern ausgestattet, die vorzugsweise als Näherungsschalter ausgeführt sind. Gegenüber internen Endschaltern bieten sie den Vorteil, dass sie nach Wartungsarbeiten an den Stellantrieben nicht neu justiert zu werden brauchen.
  • Zumindest wenn als Regeleinrichtung ein kontinuierlich arbeitender Regler eingesetzt wird, ist es notwendig, die Absperrorgane TLV und EGV jeweils mit einem analogen Stellungsrückmelder auszustatten, der ein zur momentanen Stellung des Absperrorgans proportionales Signal ausgibt. Wird die Regeleinrichtung mit zwei Druckschaltern realisier, so sind analoge Stellungsrückmelder zwar nicht zwingend notwendig, aber doch empfehlenswert.
  • Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Absperrorgane TLV und EGV jeweils als Hochleistungsabsperrklappen mit einem Doppelblockabdichtsystem mit Spüldampfableitung zur sicheren Prozessseite, wie es seit Jahren Stand der Technik und dem Fachmann bekannt ist, ausgeführt sind. Durch das Einbringen von Dampf, der als Sperrmedium wirkt, in das Doppelblockabdichtsystem, ist es möglich, bei geschlossenem Absperrorgan auf das Setzen von Steckscheiben zu verzichten, da ein unbeabsichtigtes Überströmen von Stoffen über Undichtigkeiten im Absperrorgan sicher vermeidbar ist. Die Einbringung des Dampfs erfolgt differenzdruckgeregelt, wobei der Unterschied zwischen den Drücken im Absperrorgan und in der sich stromabwärts an das Absperrorgan anschließenden Rohrleitung die Regelgröße darstellt.
  • Die Erfindung erlaubt es, das Umschalten zwischen Produktionsmodus und Entkokungsmodus eines Spaltofens mit weniger Personal und mit einem wesentlich geringeren Fehlbedienungsrisiko durchzuführen, als dies nach dem Stand der Technik möglich ist. Ein hohes Maß an Sicherheit kann auch ohne teure Rückschlagklappen und/oder Sicherheitsabblasventile erreicht werden. Darüber hinaus bietet es die Möglichkeit, die beiden Absperrorgane TLV und EGV so anzuordnen, dass die Verrohrung in verfahrenstechnischer Hinsicht optimiert und gleichzeitig kostengünstig ausgeführt werden kann.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, in dem die wichtigsten Prozessschritte beschrieben werden, die bei der automatischen Schaltung der Absperrorgane TLV und EGV eines Spaltofens ablaufen, wenn dieser zwischen Produktionsmodus und Entkokungsmodus umgeschaltet wird.
  • Wird der Spaltofen vom Produktionsmodus in den Entkokungsmodus umgeschaltet, ist TLV zunächst vollständig geöffnet und EGV vollständig geschlossen. Der automatische Schaltvorgang der beiden Absperrventile TLV und EGV wird über ein elektrisches, von einem Operator oder der elektronischen Steuerung des Spaltofens gegebenes Startsignal ausgelöst.
  • Wird zur Regelung des Druckverlusts über TLV ein kontinuierlich arbeitender Regler, wie z. B. ein elektrischer PID-Regler eingesetzt, so wird dieser im folgenden Prozessschritt mit einem voreingestellten Differenzdrucksollwert DP-soll aktiviert. Nachfolgend beginnt das Absperrorgan TLV sich mit seiner normalen Verfahrgeschwindigkeit zu schließen. Bei Erreichen eines voreingestellten Umschaltpunktes, wird die Verfahrgeschwindigkeit deutlich auf ca. 10% der normalen Verfahrgeschwindigkeit reduziert. Überschreitet der Differenzdruck DP, der mit Fortschreiten des Schließvorgangs von TLV ansteigt, den am PID-Regler voreingestellten Sollwert DP-soll, gibt der PID-Regler ein Stellsignal an den Stellantrieb von EGV aus, wodurch EGV mit langsamer Verfahrgeschwindigkeit beginnt, sich zu öffnen. Je nach der Größe und dem Vorzeichen der durch den PID-Regler berechneten Regelabweichung, gibt der PID-Regler Stellsignale zum Öffnen oder Schließen an den Stellantrieb von EGV. Sobald TLV vollständig geschlossen ist, gibt ein extern angebrachter Endschalter ein Signal zur Deaktivierung des PID-Reglers aus. Nachdem EGV vollständig geöffnet ist, wird der automatische Schaltvorgang beendet.
  • Werden zur Regelung des Druckverlusts über TLV zwei Differenzdruckschalter eingesetzt, beginnt nach dem Sart des automatischen Schaltvorgangs das Absperrorgan TLV sich mit seiner normalen Verfahrgeschwindigkeit zu schließen. Bei Erreichen eines voreingestellten Umschaltpunktes, wird die Verfahrgeschwindigkeit deutlich auf ca. 10% der normalen Verfahrgeschwindigkeit reduziert. Überschreitet der Differenzdruck DP, der mit Fortschreiten des Schließvorgangs ansteigt, die an einem der beiden Differenzdruckschalter eingestellte Obergrenze DPO (z. B. 1,1 bar), gibt der Differenzdruckschalter ein Stellsignal an den Stellantrieb von EGV aus, durch das EGV mit langsamer Verfahrgeschwindigkeit beginnt sich zu öffnen. Das Stellsignal zum Öffnen von EGV wird solange ausgegeben, bis DP auf einen Wert gesunken ist, der kleiner ist als DPO abzüglich eines eingestellten ersten Schaltbereiches (z. B. 60mbar). Da TLV sich immer weiter schließt, steigt DP wieder an. Sobald DP die Obergrenze DPO wieder überschreitet, wird durch den Differenzdruckschalter erneut ein Stellsignal zum Öffnen von EGV ausgegeben. Sollte DP eine am zweiten Differenzdruckschalter eingestellte Untergrenze DPU (z. B. 0,9bar) unterschreiten, so wird von diesem Differenzdruckschalter ein Stellsignal an den Stellantrieb von EGV ausgegeben, durch das EGV in Schließrichtung verfahren wird. Der Schließvorgang wird solange fortgesetzt, bis DP auf einen Wert gestiegen ist, der größer ist als DPU zuzüglich eines am zweiten Differenzdruckschalter eingestellten zweiten Schaltbereiches (z. B. 60mbar). Sobald TLV vollständig geschlossen ist, wird EGV ohne weitere Unterbrechung vollständig geöffnet und der Schaltvorgang beendet.
  • Wird der Spaltofen vom Entkokungsmodus in den Produktionsmodus umgeschaltet, ist TLV zunächst vollständig geschlossen und EGV vollständig geöffnet. Der automatische Schaltvorgang der beiden Absperrventile TLV und EGV wird über ein elektrisches, von einem Operators oder der elektronischen Steuerung des Spaltofens gegebenes Startsignal ausgelöst.
  • Wird zur Regelung des Druckverlusts über TLV ein kontinuierlich arbeitender Regler, wie z. B. ein elektrischer PID-Regler eingesetzt, so wird dieser im folgenden Prozessschritt mit einem voreingestellten Differenzdrucksollwert DP-soll aktiviert. Nachfolgend beginnt das Absperrorgan EGV sich mit seiner normalen Verfahrgeschwindigkeit zu schließen. Bei Erreichen eines voreingestellten Umschaltpunktes, wird die Verfahrgeschwindigkeit deutlich auf ca. 10% der normalen Verfahrgeschwindigkeit reduziert. Mit Fortschreiten des Schließvorgangs von EGV steigt der Differenzdruck DP an. Erreicht DP einen Grenzwert, der z. B. 50mbar kleiner ist als der am PID-Regler voreingestellte Sollwert DP-soll, beginnt TLV sich mit langsamer Verfahrgeschwindigkeit zu öffnen. Solange DP kleiner ist als DP-soll, wird EGV immer weiter geschlossen. Der unterhalb DP-soll gelegene Grenzwert wird durch einen Differenzdruckschalter überwacht, der bei unterschreiten des Grenzwertes ein Stoppsignal an den Stellantrieb von TLV ausgibt, das solange ansteht, bis DP den Grenzwert wieder überschreitet. Je nach der Größe und dem Vorzeichen der durch den PID-Regler berechneten Regelabweichung, gibt der PID-Regler Stellsignale zum Öffnen oder Schließen an den Stellantrieb von EGV. Sobald EGV vollständig geschlossen ist, gibt ein extern angebrachter Endschalter ein Signal zur Deaktivierung des PID-Reglers aus. Nachdem TLV vollständig geöffnet ist, wird der automatische Schaltvorgang beendet.
  • Werden zur Regelung des Druckverlusts über TLV zwei Differenzdruckschalter eingesetzt, beginnt nach dem Sart des automatischen Schaltvorgangs das Absperrorgan EGV sich mit seiner normalen Verfahrgeschwindigkeit zu schließen. Bei Erreichen eines voreingestellten Umschaltpunktes, wird die Verfahrgeschwindigkeit deutlich auf ca. 10% der normalen Verfahrgeschwindigkeit reduziert. Überschreitet der Differenzdruck DP, der mit Fortschreiten des Schließvorgangs ansteigt, die an einem der beiden Differenzdruckschalter eingestellte Untergrenze DPU (z. B. 0,9bar), gibt der Differenzdruckschalter ein Stellsignal an den Stellantrieb von TLV aus, durch das TLV mit langsamer Verfahrgeschwindigkeit beginnt sich zu öffnen. Das Stellsignal zum Schließen von EGV wird solange ausgegeben, bis DP auf einen Wert gestiegen ist, der größer ist als DPU zuzüglich eines eingestellten ersten Schaltbereiches (z. B. 60 mbar). Da TLV sich immer weiter öffnet, fällt DP wieder ab. Sobald DP die Untergrenze DPU wieder unterschreitet, wird durch den Differenzdruckschalter erneut ein Stellsignal zum Schließen von EGV ausgegeben. Sollte DP eine am ersten Differenzdruckschalter eingestellte Obergrenze DPO (z. B. 1,1 bar) überschreiten, so wird von diesem Differenzdruckschalter ein Stellsignal an den Stellantrieb von EGV ausgegeben, durch das EGV geöffnet wird. Das Öffnen wird solange fortgesetzt, bis DP auf einen Wert gefallen ist, der kleiner ist als DPO abzüglich eines eingestellten zweiten Schaltbereiches (z. B. 60mbar). Sobald EGV vollständig geschlossen ist, wird TLV ohne weitere Unterbrechung vollständig geöffnet und der Schaltvorgang beendet.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Umschaltung eines Spaltofens zwischen Produktionsmodus und Entkokungsmodus, wobei ein in der Transferleitung angeordnetes, mit einem ersten Stellantrieb ausgestattetes erstes Absperrorgan (TLV) und ein in der Entkokungsleitung angeordnetes, mit einem zweiten Stellantrieb ausgestattetes zweites Absperrorgan (EGV) gleichzeitig verfahren werden und wobei der Differenzdruck DP über das Absperrorgan TLV kontinuierlich gemessen und überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren der Absperrorgane TLV und EGV automatisiert durchgeführt wird, wobei TLV monoton zwischen seinen Endlagen bewegt wird, während der zweite Stellantrieb über das Stellsignal einer Regeleinrichtung angesteuert und EGV dadurch so verfahren wird, dass DP stets einem vorgegebene Sollwert (DP-soll) angenähert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert für DP in ein elektrisches Signal umgewandelt und als Istwert (DP-ist) der Regeleinrichtung zugeführt wird, die auf Grundlage des Vergleichs von DP-ist mit DP-soll ein kontinuierliches elektrisches Stellsignal an den Stellantrieb von EGV ausgibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass DP mittels zweier Druckschalter überwacht und geregelt wird, wobei der eine Druckschalter bei Überschreiten einer Obergrenze (DPO) und der andere Druckschalter bei Unterschreiten einer Untergrenze (DPU) von DP ein diskretes elektrisches Stellsignal an den Stellantrieb von EGV ausgibt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Absperrorgane TLV und EGV jeweils mit wenigstens zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten verfahren werden, wobei die Größe der Verfahrgeschwindigkeit abhängig von der momentanen Position des Absperrorgans ist.
  5. Vorrichtung zur Umschaltung eines Spaltofens zwischen Produktionsmodus und Entkokungsmodus, umfassend ein erstes, in der Transferleitung angeordnetes Absperrorgan (TLV) und ein zweites, in der Entkokungsleitung angeordnetes Absperrorgan (EGV) sowie eine Differenzdruckmesseinrichtung, mit der der Differenzdruck DP über das Absperrorgan TLV kontinuierlich mess- und überwachbar ist, wobei die beiden Absperrorgane jeweils einen Stellantrieb aufweisen, über den sie gleichzeitig verfahrbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Regeleinrichtung umfasst, über die EGV so verfahrbar ist, dass DP stets einem vorgegebene Sollwert (DP-soll) angenähert wird, während TLV sich monoton zwischen seinen Endlagen bewegt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Regeleinrichtung um einen elektrischen PID-Regler handelt, dem der in ein elektrisches Signal umgewandelte Messwert für DP als Ist-Wert (DP-ist) zuführbar ist und der auf Grundlage des Vergleichs von DP-ist mit DP-soll ein kontinuierliches elektrisches Stellsignal an den Stellantrieb von EGV ausgibt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung mit zwei Druckschaltern realisiert ist, wobei der eine Druckschalter bei Überschreiten einer Obergrenze (DPO) und der andere Druckschalter bei Unterschreiten einer Untergrenze (DPU) von DP ein diskretes elektrisches Stellsignal an den Stellantrieb von EGV ausgibt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Absperrorgane TLV und EGV jeweils mit Endschaltern und analogen Stellungsrückmeldern ausgestattet sind.
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