過程控制系統(tǒng)方案設(shè)計

1、過程控制儀表與系統(tǒng)題目： 工業(yè)含硫廢氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計 學 院： 信息科學與工程學院 專 業(yè) 班 級： 測控技術(shù)與儀器1503班 學 號： 150401327 學 生 姓 名： 王哲 教 師： 李飛 工業(yè)含硫廢氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計摘 要：許多化工廠在廠區(qū)內(nèi)燃料燃燒和生產(chǎn)工藝過程中都會產(chǎn)生各種含有污染的有害氣體，其中含硫的氣體對環(huán)境造成的污染尤為嚴重。因此對含硫廢氣正確合理的處理至關(guān)重要。在我國工業(yè)含硫廢氣一般多采用焚燒工藝，經(jīng)焚燒爐焚燒，使污染性氣體轉(zhuǎn)換成安全物質(zhì)。經(jīng)方案論證后，本設(shè)計采用雙閉環(huán)串級控制系統(tǒng)，控制目標溫度在600-800設(shè)定尾氣焚燒爐爐溫波動范圍不超過±30。該控制系統(tǒng)

2、中運用PID算法，傳感器將檢測到的模擬信號送到變送器，變送器輸出420mA的電流信號。將變送器輸出的標準信號送入控制器中，控制器通過分析比較所測參數(shù)與預設(shè)參數(shù)之后輸出控制信號，執(zhí)行器根據(jù)傳送過來的信號進行變化，最終達到對系統(tǒng)溫度的控制。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)串級控制系統(tǒng)；爐溫控制；流量控制；變送器1 引言含硫廢氣與加氫反應(yīng)器出口過程器被加熱至270-320左右與外補富氫氣混合后進入加氫反應(yīng)器在加氫催化劑的作用下轉(zhuǎn)化為H2S。加氫反應(yīng)為放熱反應(yīng)，離開反應(yīng)器的尾氣-換熱器換冷卻后進入冷凝塔。廢氣在冷凝塔中利用循環(huán)機冷水來降溫。70冷凝水自冷凝塔底部流出，經(jīng)濟冷泵加壓后經(jīng)急冷水冷卻器用循環(huán)水冷卻至40，循環(huán)

3、至冷卻塔頂。部分急冷水經(jīng)急冷水過濾器過濾后返回急冷水泵入口。尾氣中的水蒸氣被冷凝，產(chǎn)生的酸性水由急冷水泵送至酸性水處理處。為防止酸性水對設(shè)備的腐蝕，需向急冷水中注入氨根據(jù)ph值大小決定注入氨的量。冷凝后的尾氣離開冷凝塔進入回收塔，用30%的甲基二乙醇胺溶液吸收廢氣中的硫化氫，同時吸收部分二氧化碳。吸收塔底富液用富液泵送至溶劑再生部分統(tǒng)一處理。從塔頂出來的凈化氣經(jīng)尾氣分液罐分液后進入焚燒爐燃燒，有燃料氣流量控制爐膛溫度；廢氣中殘留的硫化氫幾乎全轉(zhuǎn)化成二氧化硫，最后再對二氧化硫進行處理。焚燒爐要控制溫度在600-800，保證尾氣可以充分燃燒，對環(huán)境和人的健康都沒有危害。溫度控制系統(tǒng)可采用的方法有雙

4、閉環(huán)串級控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、前饋-反饋控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)等。2 系統(tǒng)方案設(shè)計2.1系統(tǒng)分析在含硫廢氣焚燒爐爐溫控制系統(tǒng)的設(shè)計中，主被控參數(shù)是焚燒爐的爐膛溫度。瓦斯氣流量和空氣流量等參數(shù)的變化都會對溫度控制形成干擾。工業(yè)上正常生產(chǎn)時會產(chǎn)生溫度過高和溫度過低兩種情況。溫度過高的影響因素有：瓦斯流量大、壓力高，瓦斯帶油或過程氣S和H2S含量高等因素。這時調(diào)節(jié)的方法聯(lián)系公司調(diào)度至穩(wěn)定瓦斯壓力。加強瓦斯罐排凝。還可能溫度過低，原因可能是瓦斯壓力過低，瓦斯帶水，瓦斯流量小等。措施是加強瓦斯排凝，加大流量。同時本設(shè)計也充分考慮到控制環(huán)境存在腐蝕性以及易爆性，采用安全方式設(shè)計，保證生產(chǎn)安

5、全。2.2方案論證本設(shè)計可采用的方法有雙閉環(huán)串級控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、前饋-反饋控制系統(tǒng)。下面為該系統(tǒng)的設(shè)計方案分析。2.3.1 方案一： 采用雙閉環(huán)串級控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)中，爐膛溫度是主控參數(shù)，影響其溫度的因素有很多，例如瓦斯壓力，瓦斯帶水，瓦斯流量等等。本設(shè)計要通過控制空氣的進入量還有瓦斯氣的進入量來達到控制爐溫的目的。雙閉環(huán)串級系統(tǒng)流程圖如FT瓦斯氣空氣FTFRCFY尾氣TRCAFTFICFY燃燒爐圖1所示：圖1 雙閉環(huán)串級系統(tǒng)流程圖2.3.1 方案二： 采用前饋-反饋單回路控制系統(tǒng)擇爐膛溫度為被控參數(shù)，瓦斯氣流量為前饋控制器的輸入干擾，其他影響爐膛溫度的因素作為系統(tǒng)的干擾

6、變量。當瓦斯氣流量受到擾動后，反饋系統(tǒng)馬上開始控制，使瓦斯流量不至于波動過大，從而使爐內(nèi)溫度穩(wěn)定。具體控制系統(tǒng)框圖如圖2所示：瓦斯氣溫度調(diào)節(jié)器燃燒爐溫度反饋圖2 單回路控制系統(tǒng)框圖綜上所述，方案1中副回路的設(shè)計，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性更有保障而且它的調(diào)節(jié)速度更快，追去額度更高。雙閉環(huán)比值控制器的引入是流量風容易控制，提高系統(tǒng)的控制性能。在方案2中一個前饋控制器只能抑制一個干擾對被控參數(shù)的影響，而在實際的工業(yè)生產(chǎn)過程中存在大量擾動因素，不可能僅對單一擾動進行控制，方案二存在一定的弊端。鑒于以上原因，本次設(shè)計采用雙閉環(huán)串級控制系統(tǒng)。根據(jù)雙閉環(huán)串級控制系統(tǒng)框圖，可以分析含硫廢氣焚燒爐爐溫控制系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝過

7、程：當爐內(nèi)溫度過低時，溫度傳感器檢測到溫度反饋回信號與設(shè)定值比較，產(chǎn)生的偏差促使執(zhí)行器開始工作。瓦斯氣和空氣的進氣閥開度變大，是爐內(nèi)溫度升高。當溫度過低時，反饋回來的溫度信號與設(shè)定值比較，使調(diào)節(jié)閥開度減小，使爐內(nèi)溫度下降從而達到穩(wěn)定爐內(nèi)溫度的作用。雙閉環(huán)串級控制系統(tǒng)框圖如圖3所示：調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥瓦斯管焚燒爐流量變量溫度變量X1調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥空氣管道流量變量KX2T圖3 雙閉環(huán)串級控制系統(tǒng)框圖3 方案設(shè)計的可行性3.1 設(shè)計方案對安全、環(huán)境及社會的影響 3.3.1 工業(yè)廢氣焚燒爐的選擇 工業(yè)廢氣處理常選用的焚燒工藝，即焚燒爐分以下幾種：一、蓄熱式熱力焚燒爐(Regenerative Therma

8、l Oxidizers，簡稱RTO)工作原理：在高溫下將廢氣中的有機物(VOCs)氧化成對應(yīng)的二氧化碳和水，從而凈化廢氣，并回收廢氣分解時所釋放出來的熱量，三室RTO廢氣分解效率達到99%以上，熱回收效率達到95%以上。RTO主體結(jié)構(gòu)由燃燒室、蓄熱室和切換閥等組成。二、催化氧化爐(Catalytic Oxidizer)工作原理：催化劑焚燒爐的設(shè)計是依廢氣風量，VOCs濃度及所需知破壞去除效率而定。操作時含VOCs的廢氣用系統(tǒng)風機導入系統(tǒng)內(nèi)的換熱器，廢氣經(jīng)由換熱器管側(cè)而被加熱后，再通過燃燒器，這時廢氣已被加熱至催化分解溫度，再通過催化劑床，催化分解會釋放熱能，而VOCs被分解為二氧化碳及水氣。之

9、后此一熱且經(jīng)凈化氣體進入換熱器之殼側(cè)將管側(cè)未經(jīng)處理的VOC廢氣加熱，此換熱器會減少能源的消耗，最后，凈化后的氣體從煙囪排到大氣中。四、直接熱力焚燒爐(Direct Fired Thermal Oxidizer，簡稱DFTO)工作原理：直接燃燒式焚燒爐，將廢氣、廢液焚燒直接通入爐膛內(nèi)進行徹底焚燒，燃燒溫度控制在10001150左右，最高不能超過1200，最低不能低于900。焚燒后煙氣溫度可通過余熱鍋爐進行再利用產(chǎn)生蒸汽，煙氣溫度經(jīng)過再利用后溫度從1100降到300左右，最低不能低于280。廢氣進口溫度通常為常溫，經(jīng)過焚燒余熱利用后溫度300，即廢氣溫升約280左右。焚燒爐內(nèi)氧含量控制范圍10%1

10、6%。對進入焚燒爐的廢氣濃度理論上沒有限制，而且濃度越高越經(jīng)濟，但要保證輸送過程安全。因為燃燒焚燒高，故焚燒效率比RTO更高，但是運行費用和投資成本也更高。對比一下以上幾種工藝的優(yōu)缺點，如下表1所示：直接燃燒法蓄熱燃燒法催化燃燒法工作溫度600800 600800200320 燃燒狀態(tài)在高溫火焰下燃燒高溫無火焰燃燒無火焰燃燒 優(yōu)點1.灰塵影響少 2、操作簡單 1.燃料費低2.無二次污染1.燃料費低2.無二次污染缺點1、燃料費用高2、有二次污染3、需要高溫耐火結(jié)構(gòu)1、對蓄熱體堵塞或腐蝕應(yīng)充分注意2、需要有前處理工序3、投資成本大1、對催化劑中毒應(yīng)充分注意2、需要有前處理工序3、投資成本較大表1

11、工藝優(yōu)缺點對比綜上所述，考慮到二次污染及經(jīng)濟方面原因，選取催化劑焚燒爐最為合適。3.2 設(shè)計方案的確定由于生產(chǎn)過程中存在易燃易爆氣體，綜上所述，本次試驗充分考慮拿到實際生產(chǎn)過程的安全性，可行性，選擇采用雙閉環(huán)串級控制系統(tǒng)。由于所處條件易燃易爆，本實驗采用兩個氣動調(diào)節(jié)閥，確保安全生產(chǎn)。與此同時，焚燒爐所設(shè)置的位置要盡量遠離工廠設(shè)備及人員工作和居住的位置，同時也要保證良好的通風，提高設(shè)備使用率，使其能夠?qū)驈U氣充分處理，達到良好的效果。參考文獻1王再英，劉淮霞等.過程控制系統(tǒng)與儀表.機械工業(yè)出版社，2006，P209-3152張剛.基于PLC過程控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J.電子設(shè)計工程,2018,6(19):29-32.