устройство для регулирования уровня раздела фаз нефть - вода в дегидраторах

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ РАЗДЕЛА ФАЗ НЕФТЬ ВОДА В ДЕГИДРАТОРАХ, содержащее двухпозиционный датчик уровня раздела фаз, выходом подсоединенный к входу регулятора, исполнительный орган, отличающееся тем, что регулятор содержит первый и второй интеграторы, блок выделения моментов переключения датчика уровня раздела фаз, сумматор и ключевой элемент, причем входы интеграторов и блока выделения моментов переключения датчика уровня раздела фаз объединены, выходы обоих интеграторов соединены с входами сумматора соответственно, выход блока выделения моментов переключения датчика уровня раздела фаз подключен к управляющему входу ключевого элемента, включенного между выходом второго интегратора и шиной нулевого потенциала, объединенные входы интегратора образуют вход регулятора, а выход сумматора - выход регулятора, при этом выход последнего подключен к входу исполнительного органа, а датчик уровня раздела фаз выполнен с нулевой зоной нечувствительности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к регуляторам различных технологических параметров и может быть использовано в нефтяной и нефтехимической промышленности для повышения качества регулирования уровня фаз в герметизированных проточных емкостях.

Известны регуляторы, использующие двухпозиционные датчики контроля зоны регулирования, регулирующий орган и регулятор, обеспечивающий по сигналу с датчика определение направления перемещения и перемещение штока регулирующего органа (изменение степени его открытия) в этом направлении до тех пор, пока по сигналу с датчика оно не изменится на противоположное.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является импульсный регулятор, работающий в комплекте с дискретным датчиком и содержащий два генератора, вырабатывающих импульсы различной длительности, дифференцирующий элемент, блок логики и исполнительное устройство.

При работе устройства вырабатывается регулирующее воздействие малой интенсивности (на выход работает генератор импульсов малой длительности), если уровень находится в пределах зоны регулирования, если же параметр выходит за пределы зоны регулирования, то к выходу подключается второй генератор (с большой длительностью импульса) и нарастающее во времени регулирующее воздействие будет сохраняться до тех пор, пока параметр вновь не пересечет границу зоны регулирования. Указанный регулятор не может обеспечить высокое качество регулирования из-за большого допуска на регулирование (регулирование ведется по заданной зоне, а не по заданному уровню). Улучшение качества регулирования путем снижения допуска на регулирование при использовании известного регулятора оказывается невозможным, так как это приведет к возникновению автоколебаний с большой амплитудой.

Цель изобретения повышение качества регулирования за счет полного исключения допуска на регулирование, что оказывается возможным при применении для регулирования устройства, обеспечивающего в каждом цикле регулирования определение значения регулирующего воздействия, соответствующего равновесному состоянию системы и быстрое приведение системы в это состояние.

Это достигается тем, что в устройстве для регулирования уровня раздела водонефтяных фаз в дегидраторах, содержащее датчик, регулятор, выполненный на интеграторе, и регулирующий орган, датчик выполнен с нулевой зоной нечувствительности, а в регулятор введены блок выделения моментов переключения датчика, сумматор, ключевой элемент и дополнительный интегратор, при этом выход датчика соединен с входами интеграторов и блока выделения моментов переключения датчика, выход последнего соединен с управляющим входом ключевого элемента, а выходы интеграторов подключены к входам сумматора, выход которого соединен с регулирующим органом, при этом выход дополнительного интегратора через ключевой элемент соединен с шиной нулевого потенциала.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1, регулятор 2 и испытательный орган 3. Регулятор 2 выполнен на интеграторах 4 и 5, блоке 6 выделения моментов переключения датчика, ключевом элементе 7 и сумматоре 8. Выход датчика 1 подключен к входам интеграторов 4 и 5 и к входу блока 6 выделения моментов переключения датчика, выход которого подключен к управляющему входу ключевого элемента 7, выходы интеграторов 4 и 5 подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входом регулирующего органа, выход интегратора 5 через ключевой элемент 7 подключен к шине нулевого потенциала.

Реализуемые устройством функции имеют следующую связь с физическими явлениями, происходящими в технологическом аппарате.

Равновесие в системе, при котором уровень границы раздела фаз остается неизменным и равным заданному значению, возможно, когда количество тяжелой фазы (воды) Q₁, поступающей в аппарат за интервал времени (0, t), равно Q₂ количеству этой фазы, сброшенной через регулирующий орган за этот же интервал времени. Если расход воды через регулирующий орган определяется функцией f(h), где h степень открытия регулирующего органа (его пропускная способность), то указанное условие можно записать в виде

Q₁=Q₂= fh(t))dt= ( ^-)₁t

(1) где ^- некоторое среднее и пока неизвестное значение системы открытия регулирующего органа, которая может обеспечить сброс тяжелой фазы в количестве Q₂, обеспечивающем равновесие системы.

Предположим, что зависимость f(h) или f(h(t)) может быть изменена и проинтегрирована, тогда уравнение (1) может быть разрешено относительно

() fh(t))dt

(2)

Если теперь регулирующий орган привести в положение, соответствующее найденному значению , то система окажется в состоянии равновесия.

Конкретная реализация устройства существенно зависит от сложности решения уравнения (2).

Наиболее простой вариант решения получается для случая, когда можно считать, что изменение пропускной способности регулирующего органа во времени аппроксимируется линейной зависимостью

f(h(t) h_o + bt, (3) где h_o значение пропускной способности регулирующего органа в начальный момент времени (t 0), а b крутизна характеристики. Подставляя выражение (3) в выражение (2), получим

h_ot₁+ b h_o+b

(4) где h_к значение пропускной способности регулирующего органа в конце цикла регулирования (t t₁): h_к h_o + bt₁.

С учетом изложенного регулирующее устройство отрабатывает следующий алгоритм.

Двухпозиционный сигнал х(t) с датчика 1 поступает на интеграторы 4 и 5 и блок 6 выделения моментов переключения датчика. Интеграторы вычисляют величины

I₄= I_o+ x(t)dt

I₅= (1- ) x(t)dt где - установочный коэффициент равный 0,5. Поскольку в пределах одного цикла регулирования величина х(t) остается неизменной, то ее можно вынести за знак интеграла: I₄ I_o + x(t)t и I₅ (1 - ).x(t)t

На выходе сумматора 8 отрабатывается временная зависимость

Y I₄ + I₅ I_o + x(t)t

В соответствии с выражением (3) будет изменяться во времени и пропускная способность регулирующего органа, управляемого сигналом Y.

Вследствие этого уровень в аппарате начнет удаляться от заданного значения, а затем вновь приближаться к нему.

В момент t t₁ после очередного переключения датчика сработает и ключевой элемент 7, интегратор 5 обнулится и на выходе регулятора устанавливается новое значение сигнала Y₁ I_o + 0,5x(t)t₁, а регулирующий орган будет приведен в состояние, которое определяется условием (4). В системе при этом наступает равновесное состояние.

При дальнейшем отклонении уровня от заданного значения процесс регулирования повторяется, переходный процесс при этом будет иметь вид незатухающих колебаний. Малая амплитуда этих колебаний обеспечивается тем, что каждый очередной цикл регулирования заканчивается приведением системы в равновесное состояние.