Введение к работе
Актуальность работы.
Широкое распространение в настоящее время нашли технологические процессы по производству фторнеорганических соединений.
Обеспечение эффективности и безопасности проведения таких технологических процессов невозможно без надежных, устойчивых к внешним дестабилизирующим воздействиям датчиков, используемых для автоматизации и управления процессами.
Фторидные технологические процессы во многих случаях протекают при значительных температурах (до 450С) и давлениях (до 25 МПа). Их отличает высокая коррозионная активность обращающихся реагентов, склонность фтор-неорганических соединений к конденсации, что приводит к забивке технологических коммуникаций и осложняет контроль технологических параметров при проведении этих процессов.
В таких тяжелых условиях эксплуатации достоверность и стабильность показаний датчиков является необходимым условием безопасного осуществления самого технологического процесса и получения продукта с заданными параметрами.
Известные российские и зарубежные предприятия выпускают широкую номенклатуру датчиков давления и среди них для работы в афессивных средах при повышенных температурах. Вместе с тем на сегодняшний день не выпускаются средства измерения давления на фторсодержащие среды с диапазоном рабочих температур от минус 20С до 450С. При этом, в случаях забивки коммуникаций, отходящих от технологических аппаратов, обычные традиционные средства измерения, устанавливаемые на коммуникациях, становятся непригодными для контроля давления в технологических аппаратах, так как нарушается технологическая связь с датчиками и полностью теряется контроль над технологическими процессами, протекающими в аппаратах.
Актуальность диссертационной работы обусловлена тем, что, используя известные средства измерения, не представляется возможным обеспечить достаточно надежный и достоверный контроль давления в реакторах-фтораторах
автоклавного типа, используемых при производстве фторнеорганических соединений.
Целью диссертационной работы явилось решение научно-технической задачи по обеспечению контроля давления в реакторах-фтораторах автоклавного типа и на коммуникациях при производстве фторнеорганических соединений с температурой рабочей среды в автоклавах от минус 20С до 450С. Решение осуществлялось путем создания высокотемпературных средств измерения давления, которые, обладая стабильными метрологическими характеристиками, позволили бы:
во-первых, обеспечить достаточно высокую точность измерения и поддержания давления в автоклавах;
во-вторых, обеспечить и в случае забивки коммуникаций фторсодержащими реагентами высокую степень надежности контроля давления в реакторах-фтораторах для безопасного проведения технологических операций, в том числе операций вскрытия и разгрузки автоклавов.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Изучены средства и методы измерения давления агрессивных сред в условиях высоких (до 450С) температур и; выбран приемлемый метод.
-
Создан высокотемпературный датчик давления для размещения его вблизи с автоклавами на технологических коммуникациях.
-
Создан высокотемпературный датчик, обеспечивающий и в случае забивки коммуникаций надежный контроль давления в реакторах-фтораторах автоклавного типа посредством измерения деформаций корпуса автоклавов.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем.
Создана методика расчета чувствительности и выходного сигнала нового класса датчиков: тензорезисторных мембранно-стоечных датчиков давления.
Впервые разработаны математические модели для различных модификаций нового класса датчиков:
датчик без штока с тензомостом на прямоугольной,пластине,
датчик без штока с тензомостом на упруго-деформируемых стойках,
датчик со штоком и тензомостом на прямоугольной пластине,
датчик со штоком и тензомостом на упруго-деформируемых стойках.
Эти модели позволяют определить с достаточной для практики точностью влияние основных параметров тензорезисторных мембранно-стоечных датчиков на их чувствительность и выходной сигнал.
Впервые определено влияние всего спектра параметров мембранно-стоечного датчика на его чувствительность и выходной сигнал.
Впервые разработана конструкция автоклавного датчика со встроенной в технологический аппарат чувствительной частью для контроля давления непосредственно в технологическом аппарате путем измерения деформаций его корпусных элементов. Это является новым направлением при разработке средств измерения давления.
Выработаны новые рекомендации, найдены новые конструктивные и схемные решения по уменьшению температурной зависимости выходного сигнала тензорезисторных датчиков в широком диапазоне от 0С до 450С нестационарных температур при сильно выраженной нелинейности температурных зависимостей.
Научно-техническая новизна результатов диссертационной работы подтверждается тем, что основные результаты теоретических и экспериментальных исследований нашли отражение в 4s статьях, опубликованных в журналах «Измерительная техника», «Приборы и системы управления», «Межотраслевой сборник научно-технических достижений», в докладе на секции ВИМИ «Измерение механических, линейно-угловых, теплотехнических величин», в отчете, и в ряде информационных материалов.
Техническая новизна результатов диссертационной работы подтверждается четырьмя авторскими свидетельствами на изобретения, полученными на разработанные высокотемпературные средства измерения нового класса.
Практическая ценность работы состоит в создании высокотемпературных тензорезисторных датчиков давления фторнеорганических сред для автоматизации и управления технологическими процессами.
Разработанные датчики могут быть интегрированы в любые системы автоматизации.
Практическая ценность результатов выполненной работы подтверждается тем, что созданные высокотемпературные средства измерения давления после их метрологической аттестации были переданы в постоянную эксплуатацию.
Созданные высокотемпературные датчики внедрены на промышленных и опытно-промышленных производствах Сибирского химического комбината и в Российском научном центре «Курчатовский институт». Это подтверждается имеющимися актами о приемки в постоянную эксплуатацию и актами об использовании. Использование новых высокотемпературных датчиков позволило решить задачу по обеспечению контроля давления в реакторах-фтораторах автоклавного типа и на коммуникациях при производстве фторнеорганических соединений с температурой рабочей среды в автоклавах от минус 20С до 450С.
На защиту выносятся следующие основные результаты работы:
-
Методика расчета и математические выражения для чувствительности и выходного сигнала тензорезисторных мембранно-стоечных датчиков давления без штока и со штоком в различных исполнениях.
-
Конструкция высокотемпературных мембранно-стоечных датчиков давления.
-
Конструкция высокотемпературного тензорезисторного автоклавного датчика давления, схемные и методические решения по компенсации температурных погрешностей тензорезисторных датчиков в широком диапазоне нестационарных температур (от 0С до 450С) при сильно выраженной нелинейности температурных зависимостей.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, обсуждались на семинаре секции ВИМИ «Измерение механических, линейно-угловых, теплотехнических величин».
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 печатных работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 185 машинописных страницах, содержит 44 рисунка, 5 таблиц и список литературы, включающий 138 наименований.
