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利用變頻技術(shù)對(duì)PH值控制系統(tǒng)的改進(jìn)

日期:2024-12-23 18:20
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摘要:
本文針對(duì)丙烯腈裝置PH值控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)——調(diào)節(jié)閥容易被介質(zhì)腐蝕造成整個(gè)系統(tǒng)不能長(zhǎng)周期運(yùn)行、控制質(zhì)量偏低等問(wèn)題,將介紹利用變頻技術(shù)對(duì)PH值控制系統(tǒng)的改進(jìn)。

    1、引言

  在化工自動(dòng)化控制中,一般單回路控制系統(tǒng)由測(cè)量(采集)單元——變送單元——調(diào)節(jié)單元——執(zhí)行單元幾部分構(gòu)成,而執(zhí)行單元一般選用調(diào)節(jié)閥來(lái)?yè)?dān)任。我廠丙烯腈裝置中急冷塔的PH值工藝要求控制在一定的范圍內(nèi),而且要求平穩(wěn)。它在整個(gè)裝置的控制中起到非常重要的作用,只要急冷塔的PH值控制平穩(wěn),整個(gè)丙烯腈裝置大循環(huán)系統(tǒng)的PH值就能夠穩(wěn)定在工藝要求的范圍內(nèi)。其穩(wěn)定與否直接影響整個(gè)裝置的平穩(wěn)和高產(chǎn)運(yùn)行,甚至能否正常運(yùn)行。工藝上通過(guò)把H2SO4加入到急冷塔上段循環(huán)水中,中和反應(yīng)中剩余的氨來(lái)達(dá)到控制急冷塔上段PH值的目的。因此控制H2SO4的加入量以中合反應(yīng)尾氣中氨含量的變化就很重要。其工藝流程簡(jiǎn)圖如下:

    2、PH值控制系統(tǒng)改進(jìn)前的狀況

  原設(shè)計(jì)中,采用通道式PH計(jì)作為測(cè)量變送單元,DCS集散型控制系統(tǒng)作為自動(dòng)調(diào)節(jié)單元,調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行單元組成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)控制H2SO4的加入量。原設(shè)計(jì)采用山武-霍尼韋爾公司生產(chǎn)的、全部采用316L不銹鋼為閥座、閥芯材質(zhì)的進(jìn)口調(diào)節(jié)閥,目的是針對(duì)硫酸的腐蝕性而設(shè)計(jì)的,但實(shí)際應(yīng)用中,調(diào)節(jié)閥由于氣蝕、硫酸中雜質(zhì)對(duì)閥芯、閥座的沖刷以及硫酸對(duì)閥芯、閥座的腐蝕等作用,使用兩個(gè)月內(nèi)漏量明顯增大,不能滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)要求,為此特制的四氟材質(zhì)的閥芯、閥座仍未能使用兩個(gè)月以上。用國(guó)產(chǎn)調(diào)節(jié)閥替代更需頻繁更換,給工藝操作和儀表維修帶來(lái)很大困難。后工藝改用計(jì)量泵作為控制H2SO4加入量的手段手動(dòng)調(diào)節(jié)H2SO4流量。但每次都必須到現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整,需要調(diào)整很長(zhǎng)時(shí)間才能勉強(qiáng)維持生產(chǎn),而且不能適時(shí)調(diào)節(jié),PH值的控制波動(dòng)較大。常常因此影響正常生產(chǎn),給精制部分的操作帶來(lái)困難,使得精制回收率下降,影響了裝置的產(chǎn)量和質(zhì)量。這已經(jīng)成為我廠自控系統(tǒng)的一個(gè)老大難問(wèn)題。

  3、PH值自動(dòng)控制系統(tǒng)的改進(jìn)

  為解決上述問(wèn)題,我們考慮能否甩掉調(diào)節(jié)閥,避免硫酸的腐蝕導(dǎo)致自控系統(tǒng)不能長(zhǎng)周期運(yùn)行。我們通過(guò)研究變頻器的原理發(fā)現(xiàn),變頻器能根據(jù)輸入信號(hào)的變化改變電機(jī)電源的頻率,例如,當(dāng)輸入4mA時(shí)輸出10Hz(該數(shù)值可以根據(jù)實(shí)際情況確定,但不允許為0。因?yàn)楫?dāng)PID調(diào)節(jié)器的輸出為4mA,變頻器的輸出為0,可是當(dāng)PID調(diào)節(jié)器的輸出大于4mA時(shí),雖然變頻器的輸出跟隨變化,但機(jī)泵并不會(huì)立即啟動(dòng)起來(lái)),當(dāng)輸入20mA時(shí)輸出50Hz。而電機(jī)電源頻率的改變可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變了,通過(guò)機(jī)泵的介質(zhì)流量也隨之發(fā)生相應(yīng)的改變。我們能否利用變頻器的這一特性控制計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速,從而代替調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行單元控制H2SO4加入量,進(jìn)而達(dá)到PH值自動(dòng)控制的目的呢?經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn),我們很好地解決了由于硫酸對(duì)調(diào)節(jié)閥的腐蝕造成的PH值控制系統(tǒng)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的問(wèn)題。自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)方塊圖如下:

    其控制過(guò)程分析如下:當(dāng)通道式PH計(jì)的測(cè)量值與給定值存在偏差時(shí),DCS通過(guò)PID調(diào)節(jié)作用后輸出一標(biāo)準(zhǔn)4~20mA信號(hào),此信號(hào)送入變頻器,變頻器依據(jù)該信號(hào)改變到硫酸計(jì)量泵電機(jī)的電源頻率,調(diào)整計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速,進(jìn)入急冷塔上段循環(huán)水的H2SO4加入量也就發(fā)生了相應(yīng)變化,PH值自動(dòng)控制的目的達(dá)到。

  但是,隨之帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題:電機(jī)不是調(diào)節(jié)閥只有一個(gè),而是兩個(gè),一個(gè)運(yùn)行,另一個(gè)備用。當(dāng)正在運(yùn)行的電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),PH值控制系統(tǒng)也就癱瘓了。那么怎樣解決這個(gè)問(wèn)題呢?為此,在不增加投資的情況下,我們利用現(xiàn)有的電機(jī)控制系統(tǒng),對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)變頻器控制二臺(tái)電機(jī)的目的。具體接線上,我們對(duì)原有電機(jī)接線進(jìn)行了改進(jìn)(如圖三)。當(dāng)工藝操作人員對(duì)電機(jī)進(jìn)行倒泵操作時(shí),變頻器仍能起到控制作用。

  其原理如下:C1為D1電機(jī)的交流接觸器,C2為D2電機(jī)的交流接觸器,當(dāng)需要電機(jī)D1啟動(dòng)時(shí),合上電源開(kāi)關(guān)HK,按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)QA1,接觸器C1得電吸合,輔助觸頭自鎖,D1啟動(dòng)。如果需要電機(jī)D1停下來(lái)、D2啟動(dòng),則只需先按下D1電機(jī)的停車(chē)按鈕TA1,使C1線路斷開(kāi),D1停轉(zhuǎn);然后按下電機(jī)D2的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)QA2,則接觸器C2得電吸合,主觸頭C2閉合,輔助觸頭自鎖,電機(jī)D2啟動(dòng)。(這里的啟動(dòng)按鈕QA1、QA2,停車(chē)按鈕TA1、TA2即為現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)跟前的防爆開(kāi)關(guān))

    4、改進(jìn)后的效果

  這一改進(jìn)方案只是將原來(lái)送給調(diào)節(jié)閥的信號(hào)引入電氣配電室內(nèi)接至變頻器上,變頻器再接至現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量泵的供電線路上,需要增加的設(shè)備只是變頻器卻可以省掉調(diào)節(jié)閥、電氣轉(zhuǎn)換器/定位器,而且維護(hù)量大大減少,重要的是將變頻器應(yīng)用到PH值自動(dòng)控制上以后,控制質(zhì)量大大改善。當(dāng)給定一個(gè)固定值時(shí),測(cè)量值穩(wěn)定在一條直線上,而當(dāng)人為加入一干擾信號(hào)時(shí),只要DCS中的PID參數(shù)調(diào)整適當(dāng),能很快調(diào)整至給定位置并保持平穩(wěn)。PH值控制系統(tǒng)改進(jìn)前用調(diào)節(jié)閥控制使用兩個(gè)月就因?yàn)閮?nèi)漏無(wú)法控制,PH值往往在3~7之間波動(dòng)。改進(jìn)后PH值的波動(dòng)范圍大大減小,控制曲線近似于一條直線,效果非常理想。而且,變頻器除了很好地替代調(diào)節(jié)閥,構(gòu)成了PH值自動(dòng)控制系統(tǒng)外,還具有良好的正弦波輸出、轉(zhuǎn)矩特性和快速響應(yīng)等特性,還具有保護(hù)功能,如電機(jī)的過(guò)流、過(guò)壓、欠壓和缺相等保護(hù),并能在操作面板上顯示故障代碼,故維修方便;變頻器操作簡(jiǎn)單,可由鍵盤(pán)操作,也可通過(guò)鍵盤(pán)任意設(shè)定頻率,并可從操作面板上查看轉(zhuǎn)速、電壓、電流、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)。而且安裝在室內(nèi),不會(huì)受到環(huán)境因素的干擾,從投用至今已經(jīng)兩年多,沒(méi)出現(xiàn)任何故障。

  5、結(jié)束語(yǔ)

  我們通過(guò)對(duì)丙烯腈裝置PH值自控系統(tǒng)的改進(jìn),很好地解決了過(guò)程中含有腐蝕介質(zhì),需要頻繁更換調(diào)節(jié)閥等自控問(wèn)題。過(guò)去認(rèn)為,變頻器的應(yīng)用較多用于節(jié)能、軟啟動(dòng)等場(chǎng)合,而且業(yè)已取得了明顯的效果。但現(xiàn)在看來(lái),變頻器在很多自動(dòng)化控制中都能起到很好的作用,只要能通過(guò)泵的流量進(jìn)行控制的對(duì)象系統(tǒng)就可以。例如,在城市供排水系統(tǒng)中,需要保持整個(gè)供排水管網(wǎng)的壓力在一個(gè)范圍內(nèi)(一般不得低于某一個(gè)值),而壓力可以通過(guò)調(diào)整供排水泵的流量加以調(diào)節(jié)(因?yàn)閴毫档褪怯捎谟脩?hù)用水造成的,只要補(bǔ)充用戶(hù)用掉的水量即可使管網(wǎng)壓力維持在某一個(gè)值上),這樣就可以利用變頻器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)自控系統(tǒng)。

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