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分子筛自动切换程序的优化.pdf
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5 K& L) k+ n' c- }7 B$ x4 @目前分子筛纯化器已在大型全低压制氧机上普遍应用。分子筛纯化系统的自动切换控制至关重要,其自动切换控制系统的组态也是衡量一套DCS控制系统组态工作完善与否的重要标准之一。
) b( n6 V5 Q. ?2 I: D: ?# G1 分子筛吸附器再生过程
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4 v0 C& S8 e5 y7 o& E3 ? 吸附器的再生一般分降压、加热、吹冷、升压四步进行。
4 z+ [! z, a% d% [3 l; V0 W( N# S 降压:吸附器在工作周期即将结束时,须将容器内的带压空气排放出去。降压是V1207阀(或V1208阀)打开而实现的。为了避免上部分子筛层受到压力波动的冲击,降压速度不能太快,此步完成时间不应短于11min。降压是按压力联锁实现的,当PIS至10kPa时,打开再生氮气进、出口阀V1205、V1211、(或V1206、V1212)。3 I! h8 q5 f3 L9 n( j- o8 u
加热:打开FCV1201A阀,相应地关闭FCV1201B阀,再生污氮气进入电加热器EH1201,EH1202(EH1203备用)被加热到170℃,干燥的热污氮气在吸附器入口处温度达60℃以上,自上而下通过吸附器,时间为60min。
# Y2 U+ ?% x) a! c- c" k 吹冷:打开FCV1201B阀,相应地关闭FCV1201A阀,使吹冷用污氮气不经过加热器而旁通,吹冷用污氮气的温度为21.5℃。吹冷期内,污氮气出吸附器的温度起初继续上升,待上升至100℃以上就逐渐下降,吹冷末,氮气出吸附器温度可下降至比工作温度低5~10℃。
* G" K. }) L- x& d 升压:打开HV1203阀(或HV1204阀),关闭相应的加温吹冷阀,使吸附器压力慢慢升高,当吸附器前后压差小于10kPa时,升压结束。同时为避免气流冲击分子筛床层,使床层发生移动或摩擦,故升压要缓慢,此步完成时间不应短于22min。
2 l2 G. _ O: a2 k6 {9 R 再生四步骤结束后,该吸附器就投入工作。整个再生过程必须严格按照规定的控制程序和时间、压力、压差等条件,以及前一步动作完成之后,有关阀门的开关状态来进行。分子筛阀门动作及切换时间表如图1所示。
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/ ]$ _0 H& J1 E/ G4 J, ]图1 分子筛阀门动作及切换时间
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2 系统硬件组成 5 V9 t" `' J9 ?& `3 @
/ t t0 ?1 V/ ^1 F 济南钢铁集团总公司(简称济钢)20000m3/h制氧机工程选用的是Yokogawa公司的CENTUM CS3000集散控制系统,用于监控制氧机的各个工艺流程,完成数据采集、过程控制、逻辑控制和快速联锁控制等功能,其系统构成可分为三部分 :4 Y$ a( v2 `$ S, Q6 Z0 m" ?
(1)HIS操作站,采用基于Windows NT的通用PC机。运行操作人员通过操作员站实现对过程参数、设备状态和控制系统的在线监视和操作。
. b, T1 n0 R. N0 c4 i (2)WS工程师站,采用基于Windows NT操作系统的高性能计算机,进行系统组态、生成、软件调试、系统仿真等工作。' h, r A( l6 D) w& j! {, k2 n
(3)FCS控制站,用于过程I/O信号处理,完成模拟量调节、顺序控制等实时控制运算功能。为保证系统的可靠性及操作、观察方便,监控装置配置三个监控站(或称操作站)。现场控制站采用双重化配置,DCS系统的控制单元、网络总线、电源和通讯模板等均进行双重化配置。操作站部分采用DELL PIII550以上计算机,彩色显示器。其系统配置如图2所示。 $ @& j% O6 _; D* _& J
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, X/ L6 `7 B# C* @7 {图2 DCS系统配置 1 y; @9 J3 ]! [: n; H; m M
. M( @6 k) b! ~6 v, u6 i3 控制功能特点
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在分子筛纯化系统中,最主要的是分子筛切换阀的自动控制,均压阀及卸压阀的调节控制,热吹阀、冷吹阀及污氮放空阀三阀匹配控制、再生污氮流量的控制等,它们的调节质量直接影响整个空分装置的稳定运行。
% p3 q* Y5 G. R; ^3.1 分子筛均压阀(卸压阀)的调节
+ f- o5 z2 | k0 L5 @9 @9 p 结合分子筛床层对压力的实际要求及升压阀的阀门特性,在升压的不同时段,对阀门开度变化速率分别进行设定,升压共计25min,按5种不同的阀门变化速率逐渐打开,较好地满足了工艺要求,分子筛均压阀控制功能如图3所示。分子筛卸压阀门的控制与升压阀相同。 " [" @5 v3 V0 M2 D9 s
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+ @) V# L2 }+ P" |& {) n& t- C9 v图3 分子筛均压阀控制功能
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3.2 热吹、冷吹及污氮放散阀的匹配
5 ]& ?+ Q- f4 ]; [' v4 D0 @ 为了稳定上塔压力和塔内组分,必须保持再生污氮气流量FIC1201的稳定,而在分子筛切换过程中,由于调节阀FCV1201A、FCV1201B和FCV1201C同时动作,保持氮气流量FIC1201稳定就有一定的难度。要解决调节阀FCV1201A、FCV1201B和FCV1201C的匹配问题,可从以下两个方面考虑: 7 f& I4 M/ C5 P. B# O4 I: D
(1)在分子筛切换的不同阶段,三个调节阀的开关状态是不同的,当一个调节阀开启时,同时另一个调节阀要关闭。在这个过程中,为了保持再生污氮气流量的恒定,调节阀在开启、关闭时段,阀门的开关速率分段设置,这样在现场调试时,可通过不断摸索,使阀位达到最佳匹配状态,从而保持流量稳定。 % o( A0 W6 E$ s& U, b$ ~6 p/ W
(2)调节阀在开启过程中,是按时间进行控制的,在开到一定的阀位时自动转换为PID调节,在这个过程中,可让PID调节的阀位值跟踪分段缓开时的阀位值,这样在转换为自动调节时,就实现了无扰动切换。由调节阀关闭程序,将阀位输出置0,按设定的关闭程序执行即可。 $ B& p0 W# O. X9 ?( ~( e* O
在CS3000中编制程序如下:利用DFB块PG-L13实现阀门的缓开过程。该功能块可设13个折线段,在每个折线段内时间和阀门的开度可任意设置,为了保持流量的稳定,该阀门在开启过程中,应和另一阀门的缓关过程密切配合。由于三个阀门的特性和流通能力不同,经过反复的调试摸索,最后确定该过程FCV1201A、FCV1201B和FCV1201C三个调节阀的开度曲线如图4所示。 6 N' a% S3 l6 L3 k% q/ R2 Q
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8 h$ S. T7 T% x% ]6 a- c2 [$ w图4 调节阀缓开开度曲线
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3.3 再生污氮流量控制
8 J7 O6 _/ C. u3 M* z- F5 t+ A 利用DFB功能块PID实现再生污氮气流量的自动调节。由缓开阶段转换到自调时,在缓开阶段要置PID调节回路的预设值PMV为缓开阶段的最后一段的阀位值,这样在转换到自调时,实现无扰动切换,投入自动调节。利用DFB块RAMP实现阀门的缓关过程。当分子筛切换程序要求该阀门关闭时,可置阀位值为0,利用RAMP斜坡控制器根据实际情况进行输出限幅,达到缓慢关闭的目的。利用手操器MLD-SW块实现手自动转换,当分子筛切换程序和设备正常时,可置MLD-SW功能块为AUT方式,当出现异常问题或根据工艺要求,需要手动输出时,可置该功能块为MAN方式,可随意设定输出值。 Y% a- w; Q; w
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4 结 语 6 ~6 z, y4 d# B) l
/ G# p4 W! m' }$ M 分子筛切换程序自2003年4月投入运行至今,系统稳定可靠,自动化作业率高,故障率低,设备维护量大大减少,减轻了生产操作的难度与强度,完全满足了制氧工艺需求。
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