分子篩純化系統(tǒng)的控制及在CS3000中的實(shí)現(xiàn)

廖寧 劉賽軍

摘 要：介紹了分子篩純化系統(tǒng)工藝流程、控制任務(wù)，結(jié)合橫河CS3000控制系統(tǒng)，采用順控表，最終實(shí)現(xiàn)分子篩純化系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

關(guān)鍵詞：分子篩純化系統(tǒng);順控表;橫河CS3000 控制系統(tǒng)

空氣作為一種極其常見(jiàn)的資源，如果能夠得到有效利用，生產(chǎn)出可供人們使用的其它資源，不僅會(huì)有良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且會(huì)極大的提高資源利用率，空分裝置就由此應(yīng)運(yùn)而生。在空分裝置中分子篩起著舉足輕重的作用，對(duì)分子篩純化系統(tǒng)的準(zhǔn)確控制有利于除去空氣中的水分、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷、重?zé)N、氧化亞氮等大分子物質(zhì)，使原料空氣得到凈化，以生產(chǎn)出較高純度的氧氣、氮?dú)狻⒁貉?、液氮等產(chǎn)品。

1 工藝原理

吸附作用是兩相交界面上物質(zhì)分子濃度自動(dòng)發(fā)生變化的自然現(xiàn)象。研究表明，吸附現(xiàn)象不僅發(fā)生在固-氣交界面上，在液-氣界面、固-液界面上同樣也會(huì)發(fā)生。

吸附系統(tǒng)由吸附劑和吸附質(zhì)組成，我們將具有一定吸附能力的材料稱為吸附劑，將被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。按照熱力學(xué)定律，在自然界中凡是能降低自身能量的作用都是可以自發(fā)進(jìn)行的。例如水從高處流向低處，熱從高溫端傳向低溫端，都是自動(dòng)進(jìn)行的，因?yàn)槠浣Y(jié)果都使自身原先所具有的能量得到降低。吸附劑表面吸附其他介質(zhì)的分子，這個(gè)過(guò)程的結(jié)果是降低了吸附劑自身原先所擁有的“表面自由能”，所以吸附作用能自發(fā)進(jìn)行。

所有的吸附過(guò)程都是放熱反應(yīng)，釋放出“吸附熱”。而“脫附”過(guò)程則是吸熱過(guò)程。吸附作用力小，被吸附的氣體分子比較容易重返氣相-即比較容易“脫附”，即“解吸”。分子篩純化器利用常溫、高壓吸附，高溫、低壓解析來(lái)達(dá)到連續(xù)凈化空氣的目的。

2 工藝流程及說(shuō)明

初始狀態(tài)下，V1201、V1202、V1203、V1204、V1217打開(kāi)。

當(dāng)分子篩MS1202工作時(shí)，V1202、V1204打開(kāi)。此時(shí)，分子篩MS1201再生，打開(kāi)V1205閥卸壓，當(dāng)壓力達(dá)到0.01Mpa，而且卸壓時(shí)間結(jié)束可進(jìn)入加熱期，此時(shí)依次關(guān)V1205、開(kāi)V1213，再關(guān)V1217、開(kāi)V1211和V1218，進(jìn)行加熱。加熱結(jié)束前開(kāi)V1217，然后關(guān)V1218進(jìn)行冷吹。冷吹后關(guān)V1211和V1213，在確保V1211和V1213關(guān)到位后，打開(kāi)V1207均壓閥，給MS1201充壓。當(dāng)MS1201和MS1202之間的壓差在0.006 Mpa之內(nèi)且充壓時(shí)間結(jié)束，兩塔可進(jìn)入切換。MS1201進(jìn)入工作，MS1202進(jìn)入再生，如此反復(fù)。

3 控制方案與實(shí)現(xiàn)

CENTUM是日本橫河公司推出的一款先進(jìn)的DCS系統(tǒng)。本方案的主體是利用CENTUM系統(tǒng)提供的順控表進(jìn)行組態(tài)的，順控表是一個(gè)很好的組態(tài)工具，能夠用簡(jiǎn)單的方法把復(fù)雜的時(shí)序邏輯表現(xiàn)出來(lái)，當(dāng)然，順序表也非?？简?yàn)程序員對(duì)工藝和程序邏輯的熟悉程度。

（1）均壓閥V1207的13段程序設(shè)定控制。均壓閥采用13段程序設(shè)定控制，目的是減小系統(tǒng)空氣壓力波動(dòng)，降低切換沖擊力。

V1207的13段程序設(shè)定控制：時(shí)間X01=0，閥門開(kāi)度Y01=0;時(shí)間X02=30，閥門開(kāi)度Y02=20;時(shí)間X03=200，閥門開(kāi)度Y03=25;時(shí)間X04=500，閥門開(kāi)度Y04=35;時(shí)間X05=600，閥門開(kāi)度Y05=41;時(shí)間X06=800，閥門開(kāi)度Y06=45;時(shí)間X07=1200，閥門開(kāi)度Y07=50;時(shí)間X08=1320，閥門開(kāi)度Y08=65;

（2）加熱器溫度控制關(guān)系式：TIAS1211.PV、TIAS1211.PV、TIAS1211.PV分別為165;TM1204.PV為1300;PIS1201.PV、PIS1203.PV分別為8，PDS1201.PV為4。

（3）加熱器溫度控制。

該順空表的執(zhí)行采用TE方式，按掃描周期執(zhí)行，每個(gè)控制周期都輸出。也就是說(shuō)，此時(shí)的順控表等同于LC64。FIAS1202為污氮進(jìn)加熱器流量，當(dāng)污氮進(jìn)加熱器流量達(dá)到低報(bào)警時(shí)，所有加熱器輸出為自動(dòng)模式并關(guān)閉加熱器。當(dāng)加熱器運(yùn)行、污氮進(jìn)加熱器流量沒(méi)有達(dá)到低報(bào)警且加熱器1201溫度低于165℃時(shí)，輸出加熱器1201模式為自動(dòng)，并開(kāi)加熱器1201;當(dāng)加熱器停止或者加熱器1201溫度高于190℃時(shí)，輸出加熱器1201模式為自動(dòng)，并關(guān)加熱器1201。加熱器1202和加熱器1203控制邏輯與加熱器1201一致。

（4）分子篩程序控制。

①首先對(duì)分子篩閥門進(jìn)行模式選擇，自動(dòng)模式時(shí)，把V1201、V1202、V1203、V1204、V1205、V1206、V1211、V1212、V1213、V1214、V1217、V1218都設(shè)置為自動(dòng)模式，否則為手動(dòng)模式。

②定時(shí)器，包括TM1200步進(jìn)計(jì)時(shí)器、TM1201卸壓計(jì)時(shí)器、TM1202加熱計(jì)時(shí)器、TM1203冷吹計(jì)時(shí)器、TM1204升壓計(jì)時(shí)器、TM1205并聯(lián)計(jì)時(shí)器。

③程序監(jiān)控，該順空表的執(zhí)行采用TC方式。把分子篩再生選擇MS1200復(fù)位，下一步，如果MSREADY分子篩準(zhǔn)備信號(hào)到來(lái)，則把ESC1200（分子篩初始化程序）置自動(dòng)，且從A0開(kāi)始執(zhí)行，并發(fā)出提示：分子篩狀態(tài)開(kāi)始初始化。下一步，如果MSINIT分子篩初始化信號(hào)到來(lái)，發(fā)出提示：初始化完畢，請(qǐng)選擇。下一步，如果MS1201再生信號(hào)到來(lái)，則ESC1201分子篩切換程序從A0開(kāi)始執(zhí)行;如果MS1202再生信號(hào)到來(lái)，則ESC1201分子篩切換程序從B0開(kāi)始執(zhí)行，同時(shí)發(fā)出提示：選擇完畢請(qǐng)開(kāi)始。下一步，如果MSSTART分子篩啟動(dòng)信號(hào)到，則ESC1201置自動(dòng)，且把分子篩閥門模式置自動(dòng)，MS1200分子篩再生選擇置自動(dòng)。

在程序監(jiān)控過(guò)程中，只要來(lái)了MSSTOP分子篩停止信號(hào)，則把定時(shí)器停止，ESC1201分子篩切換程序置手動(dòng)，閥門控制置手動(dòng)。

在程序監(jiān)控過(guò)程中，只要來(lái)了MSPAUSE分子篩暫停信號(hào)，ESC1201分子篩切換程序置手動(dòng)，則把定時(shí)器置等待。

在程序監(jiān)控過(guò)程中，只要來(lái)了MSRESUME分子篩繼續(xù)信號(hào)，則把定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)，ESC1201分子篩切換程序置自動(dòng)。

順序表默認(rèn)模式為手動(dòng)。

④ESC1200（分子篩初始化程序）把閥門置為初始化，初始狀態(tài)下，V1201、V1202、V1203、V1204、V1217打開(kāi)。

⑤ESC1201分子篩切換程序，根據(jù)工藝流程和要求順序控制閥門。

4 結(jié)語(yǔ)

漣鋼16000制氧系統(tǒng)自2018年接收以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)基本正常，分子篩生產(chǎn)穩(wěn)順。

參考文獻(xiàn)：

[1]王勇.Centum-CS系統(tǒng)在石化生產(chǎn)裝置上的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2006，1.66-67.

[2]李平.淺談CENTUM 系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011，31（7）：105-106.

[3]朱政宇.CS3000 系統(tǒng)安全性的解決方案[J].石油化工自動(dòng)化，2008，44（4）：46-47.

[4]馬曉華，張幼萍.空壓機(jī)組的防喘振控制[M].陜西：西部煤化工，2009.