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分子筛自动切换程序的优化.pdf
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) T5 R: m# ^ b: u; |8 \( {+ `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。
: i8 `+ {4 a8 W$ J1 分子筛吸附器再生过程 & e, y2 c3 p8 t+ {. v! e' {
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吸附器的再生一般分降压、加热、吹冷、升压四步进行。
; e0 [0 X$ T- f) V& _! L$ \% J 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）。' C8 Q2 r% g, g7 t) ^5 f
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。 6 W6 w& H8 [" S6 }. J! k' I
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℃。 % N% } H# _; b N. W2 @* X9 q
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。
" S7 ~2 \8 d! V7 ^% s. ?+ c 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。 2 f J) ~8 O3 R2 u
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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
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, m! E( o, y3 L- R" E' c: g 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 ：
' J; @5 G/ ?( u& V5 @; b: m, b （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。
+ H& g0 K0 h a+ q/ } （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。/ Q7 g( H- j7 E
（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。 0 f8 S( S3 ]; M e
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1 d3 j* U2 v( y: G6 l+ ~1 g# \图2 DCS系统配置
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3 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。 ! f& R* g7 `0 ^3 I+ b
3.1 分子筛均压阀（卸压阀）的调节 1 k# v( x# J" B5 O: f& X
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。 " v9 [, c/ M" k
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图3 分子筛均压阀控制功能 # Z: _- z( ]4 }0 A. x
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3.2 热吹、冷吹及污氮放散阀的匹配 $ l% W8 R1 F. G6 m9 s" H
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： N+ i h# [( Z0 K& x- F
（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。
& ]0 k" G' X9 I j1 r9 L' S （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。 3 o2 ?' U& w: T+ Q, C2 B( 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。 , v5 d* o) f( N5 `7 x8 w: i& {
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. {0 Z ?* p6 D$ { }1 l9 Q图4 调节阀缓开开度曲线
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0 [3 K( ]# n6 h/ L! u6 [3.3 再生污氮流量控制
1 X3 X4 o8 i% M2 | x0 d 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。
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4 结 语
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( W8 ]5 J* K" F. n0 h5 I 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。 $ b7 n) Y# X; L* R8 M
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