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腈綸生產(chǎn)自動化控制方案
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對于一個(gè)簡單/復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng),首先是合理,它包含著工藝上的合理性和控制理論的合理性,一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)對象,測量單元,調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥組成的。動態(tài)控制設(shè)計(jì)思想是,產(chǎn)品質(zhì)量符合規(guī)定的調(diào)節(jié),物料平衡的調(diào)節(jié),限制條件的調(diào)節(jié)。
DCS;控制;調(diào)節(jié)系統(tǒng)
被調(diào)參數(shù):關(guān)鍵參數(shù)、工藝質(zhì)量指標(biāo);
調(diào)節(jié)參數(shù):能夠降低干擾,確保調(diào)節(jié)系統(tǒng)可正常運(yùn)行的參數(shù);
例如:腈綸聚合AN-VA洗滌塔(D-105)液位的控制。根據(jù)要求,在進(jìn)行D-105液位調(diào)節(jié)時(shí),必須將之控制在設(shè)定的SP值范圍內(nèi),否則,無論過高還是過低,都會對AN-VA淋浴效果產(chǎn)生干擾。
在液位變松測量值達(dá)到PV時(shí),DCS系統(tǒng)會作出下列處理:
△e=sp-pv
mv=∫0+e(t)dt + de(t)/dt + ke(t)
(mv:DCS輸出值,控制的是氣動薄膜調(diào)節(jié)閥開度,進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)洗滌塔塔底出料的效果。)
串級調(diào)節(jié)系統(tǒng):主要由主、副兩個(gè)回路組成,是一種以其中一個(gè)調(diào)節(jié)器輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器給定值的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
去溶劑回收塔前,加熱溶劑,注意加熱過程中加熱器液位應(yīng)保持相對穩(wěn)定,若過高,則無法達(dá)到相應(yīng)的溶劑溫度;若過低,則會導(dǎo)致溶劑溫度過高,溶劑回收效果降低。若采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng),被調(diào)參數(shù):換熱器液位;調(diào)節(jié)參數(shù):高壓蒸汽。但是在該調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,并不能客服流量變化問題,因此需要引進(jìn)一個(gè)座位副回路的調(diào)節(jié)回路。
在液位剛發(fā)生變化時(shí),DCS就會向流量調(diào)節(jié)器輸出一個(gè)值(設(shè)定值),這時(shí)流量調(diào)節(jié)器會立即進(jìn)行偏差運(yùn)算,并輸出運(yùn)算結(jié)果,對調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。按照干擾產(chǎn)生點(diǎn)的位置,可將調(diào)節(jié)動作分為以下3種情況。
干擾產(chǎn)生點(diǎn)位于副回路:在高壓蒸汽壓力波動下,高壓蒸汽的流量受到影響,但換熱器液位暫時(shí)不變,液位調(diào)節(jié)器不發(fā)生調(diào)節(jié)動作,其輸出信號依舊,流量調(diào)節(jié)給定值也不會發(fā)生變化,但是這時(shí)流量變送器送來的信號已然發(fā)生改變,按照信號,流量調(diào)節(jié)器會進(jìn)行偏差調(diào)節(jié),使之向給定值靠攏。同時(shí),液位調(diào)節(jié)器會輸出另一個(gè)值,幫助流量快速達(dá)到給定值,但因調(diào)節(jié)幅度較小,引發(fā)振蕩的機(jī)率較小。
干擾產(chǎn)生點(diǎn)位于主回路:在其他因素的影響下,換熱器液位發(fā)生變化,這時(shí)主調(diào)節(jié)器的輸出會改變副調(diào)節(jié)器的給定值,調(diào)節(jié)器動作,是閥門開度發(fā)生改變,液位回到給定值。在整個(gè)調(diào)解過程中,高壓蒸汽的量處于不斷變化中,這種變化不是因?yàn)楦蓴_而直接產(chǎn)生的,而是處于液位調(diào)節(jié)的需要。
干擾產(chǎn)生點(diǎn)會同時(shí)影響主回路和副回路:若在干擾作用下,高壓蒸汽流量以及液位均產(chǎn)生了變化,若兩者均增加,在液位調(diào)節(jié)器的反作用下,相應(yīng)的輸出信號減少,而在流量調(diào)節(jié)器的氣反作用下,測量信號增加,這時(shí)對于給定值的偏差e=R-E就會增大,流量調(diào)節(jié)器輸出大大減少,因此需要大幅度的調(diào)小調(diào)節(jié)閥,以將高壓蒸汽流量控制在相應(yīng)范圍內(nèi),這時(shí)高壓蒸汽流量大幅度減少,塔液位也就會逐漸向給定值靠攏。整個(gè)調(diào)節(jié)過程中,隨著E和R變化,流量調(diào)節(jié)器感受的偏差值也不斷發(fā)生著變化,進(jìn)而不斷輸出信號對調(diào)節(jié)閥門的開度進(jìn)行調(diào)節(jié),直至反應(yīng)溫度降至給定值。
由上述分析可知,串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,通過副回路的引入,能夠及時(shí)克服干擾對主參數(shù)的影響,因此能夠極大提升調(diào)節(jié)系統(tǒng)質(zhì)量,使生產(chǎn)需求得到充分滿足。
腈綸生產(chǎn)中,需按照一定的比例混合兩種物料或進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),若比例失調(diào),就可能引發(fā)事故。例如:在聚合釜中加入的單體就需要按照一定比例混合,否則生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量就會不合格。比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,在對兩種物料進(jìn)行比值關(guān)系調(diào)節(jié)時(shí),其中必然有一種物料處于主導(dǎo),為主流料。主流料流量即為流量,另一種物料則會隨著主流料流量的變化而變化。
其中,部分回流,至1#蒸發(fā)塔,另外部分流入DMA汽提塔,在腈綸制造工藝中,要求分別進(jìn)入1#蒸發(fā)塔和DMA冷凝塔中的容積水溶液也保持相應(yīng)的比值關(guān)系,否則DMA的汽提效果就會受到影響。
開環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,面對副流量,并無抗干擾能力,只適用于副物料平穩(wěn)且比值要求相對較低產(chǎn)品的生產(chǎn)。弱點(diǎn)較為突出,為克服該弱點(diǎn),可采用雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
1、雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)
產(chǎn)品生產(chǎn)過程中,AN、VA、RM需按照一定比例華參與到聚合反應(yīng)中,其中RM、VA需隨著AN的變化而變化,且三種物料流量需保持比較平穩(wěn)的狀態(tài),這時(shí)就需要采用閉環(huán)流量回路。
2、變比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)
上述介紹的比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)目的均是使兩種物料達(dá)到固定的比值關(guān)系,但是在實(shí)際生產(chǎn)中,一些化學(xué)反應(yīng)過程若想要正常進(jìn)行,則需要兩種物料的比例隨第三種參數(shù)不斷校正。例如:新鮮溶劑、回收溶劑既需要達(dá)到相應(yīng)的比例,也需要聽從粘度調(diào)節(jié)器不斷校正。
3、比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)投運(yùn)、整定
比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)即為串級調(diào)節(jié)系統(tǒng),在進(jìn)行主調(diào)節(jié)器整定時(shí),按照串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行整定即可。
遵照工藝要求,對兩種物料的比值進(jìn)行計(jì)算;
將積分時(shí)間設(shè)置為最大,由大到小對比例度進(jìn)行調(diào)節(jié),直至系統(tǒng)正好處于振蕩和不振蕩的臨界值。
放寬比例情況下,放大20%,之后由大到小調(diào)節(jié)積分時(shí)間,直至出現(xiàn)微振蕩。
反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,一個(gè)調(diào)節(jié)器輸出以帶動一只調(diào)節(jié)閥的方案十分常見。在實(shí)際生產(chǎn)中,一個(gè)調(diào)節(jié)器輸出,帶動兩只及以上調(diào)節(jié)閥的方案同樣十分常見,這種調(diào)節(jié)方案被稱為分程調(diào)節(jié)。
設(shè)置分程調(diào)節(jié)一方面是為了使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)得到改善,進(jìn)一步擴(kuò)發(fā)調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍,另一方面是為了使工藝操作上的特殊要求得到充分滿足。
在分程調(diào)節(jié)方案中,調(diào)節(jié)閥開閉形式包括閥門同向動作和閥門異向動作兩種。
例如:灌頂N2封的分程調(diào)節(jié):為防止化工原料、產(chǎn)品接觸空氣中的氧氣變質(zhì)或引發(fā)爆炸,可采用頂充氮?dú)獾姆椒?,以隔絕氧氣。
在實(shí)行N2封時(shí),技術(shù)要求:儲罐內(nèi)N2呈微正壓,貯存物料增加時(shí),灌頂壓力會升高,反之則降低,這時(shí)就需要及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié),否則儲罐就可能在壓力差之下發(fā)生變形。因此,儲罐內(nèi)液面上升時(shí),可適量排出一些N2,同時(shí)停止N2的補(bǔ)充;儲罐內(nèi)液面下降時(shí),則停止外放N2,同時(shí)向罐內(nèi)補(bǔ)充N2。
以上所介紹的各種控制方案包含了整個(gè)多個(gè)回路的各個(gè)典型。由于量太大具有相似性不能一一介紹,只能就典型例子加以說明。希望讀者以此為例研究其它各種控制方案,以達(dá)到生產(chǎn)過程全自動地平穩(wěn)進(jìn)行。