分子篩自動切換程序的優(yōu)化控制

1、分子篩自動切換程序的優(yōu)化控制 佀 煥 玲 （濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司 自動化部，山東 濟(jì)南250101） 摘要：為穩(wěn)定上塔壓力和塔內(nèi)組分，保持再生污氮?dú)饬髁康姆€(wěn)定，采用CS3000控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了分子篩吸附裝置自動切換程序控制、均壓閥緩開、緩關(guān)等調(diào)節(jié)控制功能，保證了空分系統(tǒng)工況穩(wěn)定，減少因控制系統(tǒng)故障造成的設(shè)備停機(jī)時間。 關(guān)鍵詞：制氧機(jī)；分子篩；自動切換控制系統(tǒng)；再生過程；DCS中圖分類號：Q116.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1004-4620（2005）03-0027-02 Optimizing Control of Automatic Switch over Program for Mol

2、ecular Sieve SI Huan-ling （The Automation Department of Jinan Iron and Steel Group Corporation, Jinan 250101, China） Abstract: In order to stabilize the pressure of the upper tower and the component in the tower, and keep the stability of flow capacity of waste nitrogen witch used to regeneration, C

3、S3000 control system is adopted. Therefore the adjust and control function of molecular sieve adsorption device, such as automatic switch-over program control, equalizing valve open and close by inches. The stabilization of working station on air department system is pledged and the machine-stopped

4、time on control system trouble is decreased. Key words: oxygen generator; molecular sieve; automatic switch-over control system; regeneration; DCS 目前分子篩純化器已在大型全低壓制氧機(jī)上普遍應(yīng)用。分子篩純化系統(tǒng)的自動切換控制至關(guān)重要，其自動切換控制系統(tǒng)的組態(tài)也是衡量一套DCS控制系統(tǒng)組態(tài)工作完善與否的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。 1 分子篩吸附器再生過程 吸附器的再生一般分降壓、加熱、吹冷、升壓四步進(jìn)行。 降壓：吸附器在工作周期即將結(jié)束時，須將容器內(nèi)的帶壓空氣排放

5、出去。降壓是V1207閥（或V1208閥）打開而實現(xiàn)的。為了避免上部分子篩層受到壓力波動的沖擊，降壓速度不能太快，此步完成時間不應(yīng)短于11min。降壓是按壓力聯(lián)鎖實現(xiàn)的，當(dāng)PIS至10kPa時，打開再生氮?dú)膺M(jìn)、出口閥V1205、V1211、（或V1206、V1212） 。加熱：打開FCV1201A閥，相應(yīng)地關(guān)閉FCV1201B閥，再生污氮?dú)膺M(jìn)入電加熱器EH1201，EH1202（EH1203備用）被加熱到170，干燥的熱污氮?dú)庠谖狡魅肟谔帨囟冗_(dá)60以上，自上而下通過吸附器，時間為60min。 吹冷：打開FCV1201B閥，相應(yīng)地關(guān)閉FCV1201A閥，使吹冷用污氮?dú)獠唤?jīng)過加熱器而旁通，吹冷用

6、污氮?dú)獾臏囟葹?1.5。吹冷期內(nèi)，污氮?dú)獬鑫狡鞯臏囟绕鸪趵^續(xù)上升，待上升至100以上就逐漸下降，吹冷末，氮?dú)獬鑫狡鳒囟瓤上陆抵帘裙ぷ鳒囟鹊?10。 升壓：打開HV1203閥（或HV1204閥），關(guān)閉相應(yīng)的加溫吹冷閥，使吸附器壓力慢慢升高，當(dāng)吸附器前后壓差小于10kPa時，升壓結(jié)束。同時為避免氣流沖擊分子篩床層，使床層發(fā)生移動或摩擦，故升壓要緩慢，此步完成時間不應(yīng)短于22min。 再生四步驟結(jié)束后，該吸附器就投入工作。整個再生過程必須嚴(yán)格按照規(guī)定的控制程序和時間、壓力、壓差等條件，以及前一步動作完成之后，有關(guān)閥門的開關(guān)狀態(tài)來進(jìn)行。分子篩閥門動作及切換時間表如圖1所示。 圖1分子篩閥門動作及切

7、換時間 2 系統(tǒng)硬件組成 濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司（簡稱濟(jì)鋼）20000m3/h制氧機(jī)工程選用的是Yokogawa公司的CENTUM CS3000集散控制系統(tǒng)，用于監(jiān)控制氧機(jī)的各個工藝流程，完成數(shù)據(jù)采集、過程控制、邏輯控制和快速聯(lián)鎖控制等功能，其系統(tǒng)構(gòu)成可分為三部分 ：（1）HIS操作站，采用基于Windows NT的通用PC機(jī)。運(yùn)行操作人員通過操作員站實現(xiàn)對過程參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)和控制系統(tǒng)的在線監(jiān)視和操作。（2）WS工程師站，采用基于Windows NT操作系統(tǒng)的高性能計算機(jī)，進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)、生成、軟件調(diào)試、系統(tǒng)仿真等工作。（3）FCS控制站，用于過程I/O信號處理，完成模擬量調(diào)節(jié)、順序控制等實時控制運(yùn)

8、算功能。為保證系統(tǒng)的可靠性及操作、觀察方便，監(jiān)控裝置配置三個監(jiān)控站（或稱操作站）?，F(xiàn)場控制站采用雙重化配置，DCS系統(tǒng)的控制單元、網(wǎng)絡(luò)總線、電源和通訊模板等均進(jìn)行雙重化配置。操作站部分采用DELL PIII550以上計算機(jī)，彩色顯示器。其系統(tǒng)配置如圖2所示。 圖2DCS系統(tǒng)配置 3 控制功能特點(diǎn) 在分子篩純化系統(tǒng)中，最主要的是分子篩切換閥的自動控制，均壓閥及卸壓閥的調(diào)節(jié)控制，熱吹閥、冷吹閥及污氮放空閥三閥匹配控制、再生污氮流量的控制等，它們的調(diào)節(jié)質(zhì)量直接影響整個空分裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。 3.1 分子篩均壓閥（卸壓閥）的調(diào)節(jié) 結(jié)合分子篩床層對壓力的實際要求及升壓閥的閥門特性，在升壓的不同時段，對閥門

9、開度變化速率分別進(jìn)行設(shè)定，升壓共計25min，按5種不同的閥門變化速率逐漸打開，較好地滿足了工藝要求，分子篩均壓閥控制功能如圖3所示。分子篩卸壓閥門的控制與升壓閥相同。 圖3 分子篩均壓閥控制功能 3.2 熱吹、冷吹及污氮放散閥的匹配 為了穩(wěn)定上塔壓力和塔內(nèi)組分，必須保持再生污氮?dú)饬髁縁IC1201的穩(wěn)定，而在分子篩切換過程中，由于調(diào)節(jié)閥FCV1201A、FCV1201B和FCV1201C同時動作，保持氮?dú)饬髁縁IC1201穩(wěn)定就有一定的難度。要解決調(diào)節(jié)閥FCV1201A、FCV1201B和FCV1201C的匹配問題，可從以下兩個方面考慮： （1）在分子篩切換的不同階段，三個調(diào)節(jié)閥的開關(guān)狀態(tài)是

10、不同的，當(dāng)一個調(diào)節(jié)閥開啟時，同時另一個調(diào)節(jié)閥要關(guān)閉。在這個過程中，為了保持再生污氮?dú)饬髁康暮愣?，調(diào)節(jié)閥在開啟、關(guān)閉時段，閥門的開關(guān)速率分段設(shè)置，這樣在現(xiàn)場調(diào)試時，可通過不斷摸索，使閥位達(dá)到最佳匹配狀態(tài)，從而保持流量穩(wěn)定。 （2）調(diào)節(jié)閥在開啟過程中，是按時間進(jìn)行控制的，在開到一定的閥位時自動轉(zhuǎn)換為PID調(diào)節(jié)，在這個過程中，可讓PID調(diào)節(jié)的閥位值跟蹤分段緩開時的閥位值，這樣在轉(zhuǎn)換為自動調(diào)節(jié)時，就實現(xiàn)了無擾動切換。由調(diào)節(jié)閥關(guān)閉程序，將閥位輸出置0，按設(shè)定的關(guān)閉程序執(zhí)行即可。 在CS3000中編制程序如下：利用DFB塊PG-L13實現(xiàn)閥門的緩開過程。該功能塊可設(shè)13個折線段，在每個折線段內(nèi)時間和閥門的

11、開度可任意設(shè)置，為了保持流量的穩(wěn)定，該閥門在開啟過程中，應(yīng)和另一閥門的緩關(guān)過程密切配合。由于三個閥門的特性和流通能力不同，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試摸索，最后確定該過程FCV1201A、FCV1201B和FCV1201C三個調(diào)節(jié)閥的開度曲線如圖4所示。 圖4 調(diào)節(jié)閥緩開開度曲線 3.3 再生污氮流量控制 利用DFB功能塊PID實現(xiàn)再生污氮?dú)饬髁康淖詣诱{(diào)節(jié)。由緩開階段轉(zhuǎn)換到自調(diào)時，在緩開階段要置PID調(diào)節(jié)回路的預(yù)設(shè)值PMV為緩開階段的最后一段的閥位值，這樣在轉(zhuǎn)換到自調(diào)時，實現(xiàn)無擾動切換，投入自動調(diào)節(jié)。利用DFB塊RAMP實現(xiàn)閥門的緩關(guān)過程。當(dāng)分子篩切換程序要求該閥門關(guān)閉時，可置閥位值為0，利用RAMP斜坡控制器根據(jù)實際情況進(jìn)行輸出限幅，達(dá)到緩慢關(guān)閉的目的。利用手操器MLD