Управление при использовании газогенераторов

Способы управления потенциалом технологической атмосферы

Управление потенциалом равновесных атмосфер

Способы управления потенциалом различаются в зависимости от способа приготовления технологической атмосферы.

Известны два способа приготовления газовых смесей:

- физическое смешивание газа, содержащего насыщающий элемент и газов-разбавителей (при смешивании не происходит химических реакций);

- с использованием газогенераторов (ГГ) (при заданной температуре в реторте ГГ происходят химические реакции, в результате которых из исходных газов получают смесь требуемого химического состава).

Рассмотрим особенности управления потенциалом для двух способов приготовления атмосферы.

Управление при физическом смешивании

Способ управления применяют, если используют газ из стандартных газовых баллонов.

Примеры:

- газовое азотирование в атмосфере N₂ + (5…10) % H₂;

- азотирование в тлеющем разряде: атмосфера N₂+(5…10) % H₂;

- цементация (нитроцементация) в тлеющем разряде: атмосфера CH₄+(10…30) % N₂ или H₂.

1 – печь для проведения ХТО;

2 – датчик потенциала;

3 – регулятор расхода;

4 – регулирующий орган с электро- или пневмоприводом;

5 – смеситель;

6 – датчик температуры;

π – потенциал атмосферы;

t_п – температура печи;

Q_г – управление расходом газа.

Компоненты газовой смеси поступают в печь или агрегат для проведения ХТО (1) через регулирующий орган 4 (вентиль, кран, дроссель и т.п.) и смеситель 5. Для обеспечения заданного значения потенциала печь 1 оснащают датчиком потенциала 2 (газоанализатор, кислородный датчик и т.п.).

Выходной сигнал датчика 2 поступает в регулятор расхода 3, который управляет приводом регулирующего органа 4. В результате система управления обеспечивает такой расход насыщающего газа, при котором потенциал имеет заданное значение.

Для повышения качества управления можно использовать известную зависимость потенциала от температуры. В этом случае регулятор расхода 3 должен получать дополнительно информацию о текущем значении температуры (пунктирная линия от датчика температуры 6).

Управление при использовании газогенераторов

Рассмотрим упрощенную схему газогенератора.

Газогенератор выполнен на основе термической печи 1, в рабочем пространстве которой размещена реторта 3, в которую из смесителя 4 поступают исходные компоненты. Иногда в реторте 3 размещают катализатор для ускорения требуемой химической реакции.

1 – печь с электрическим или газовым подогревом;

2 – регулятор температуры;

3 – реторта газогенератора;

4 – смеситель;

5 – подогреватель входящей смеси газов;

6 – холодильник.

Регулятор температуры 2 обеспечивает оптимальную для химической реакции температуру реторты 3. Для повышения экономичности можно использовать подогреватель 5 входящей смеси газов. Химический состав выходящей из ГГ смеси газов (продуктов реакции) зависит от расходов компонентов на входе смесителя 4 и температуры реторты 3.

Типы газогенераторов. Наиболее широко используют два типа ГГ: диссоциатор (а)[1] аммиака (для приготовления защитных атмосфер и газового азотирования) и генератор эндо- и экзогаза (б) (для газовой цементации и приготовления защитных атмосфер).

Для диссоциатора не требуется смеситель (в реторту подают один газ); в генераторах эндо- и экзогаза в качестве смесителя 4 используют инжектор или устройства, рассмотренные ранее в разделе «Регулирование температуры в печах с газовым обогревом».

Схема системы управления. Управление потенциалом атмосферы ведут по двум каналам: расхода газа на входе и температуры реторты ГГ.

1 – печь для проведения ХТО;

2 – датчик потенциала;

3 – система управления газогенератором;

4 – регулирующий орган с электро- или пневмоприводом;

5 – смеситель;

6 – датчик температуры;

7 – газогенератор;

8 – локальный регулятор температуры газогенератора;

π – потенциал атмосферы;

t_п – температура печи;

Q_г – управление расходом газа;

t_гг – управление температурой газогенератора.

Газовая среда требуемого химического состава поступает в печь или агрегат 1 из газогенератора 7. Для обеспечения заданного значения потенциала печь 1 оснащают датчиком потенциала 2 (газоанализатор, кислородный датчик и т.п.).

Выходной сигнал датчика 2 (π) поступает в систему управления ГГ (3). Выходной сигнал Q_г этой системы управляет приводом регулирующего органа 5, что приводит к изменению входного расхода одного из компонентов.

Возможна работа ГГ при постоянной температуре. В этом случае постоянный температурный режим ГГ обеспечивает локальный регулятор 8 (t_гг).

Более точное управление потенциалом обеспечивается при управлении температурным режимом ГГ (управляющий сигнал t_гг).

Для дополнительного повышения качества управления можно использовать информацию о температуре печи t_п (пунктирная линия от датчика температуры 6).

Такую схему управления применяют:

- для термической обработки в защитных атмосферах (обычно используют более простой вариант без пунктирных линий);

- при газовом азотировании в диссоциированном аммиаке;

- при газовой цементации в эндогазе.