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PH值控制系统的改进

PH值控制系统的改进

2006/1/16 19:55:00
【摘要】 针对腈纶厂南区丙烯腈装置PH值控制系统中的执行机构——调节阀容易被介质腐蚀造成整个系统不能长周期运行、控制质量偏低等问题的实际,介绍利用变频技术对PH值控制系统进行改进。 【关键词】 自动控制、PH值 1、引言:   在化工自动化控制系统中,一般的单回路控制系统是由测量(采集)单元——变送单元——调节单元——执行单元几部分组成的,而执行单元一般选用调节阀来担任。我厂丙烯腈装置中现有PH值控制系统6套,其中急冷塔控制系统就是其中的一套,工艺要求控制在一定的范围内,而且要求平稳。它在整个装置的控制中起到非常重要的作用,只要急冷塔的PH值控制平稳,整个丙烯腈装置大循环系统的PH值就能够稳定在工艺要求的范围内。其稳定与否直接影响到整个装置的平稳和高产运行,甚至能否正常运行。工艺上通过把H2SO4加入到急冷塔上段循环水中,中和反应中剩余的氨来达到控制急冷塔上段PH值的目的。因此控制H2SO4的加入量以中合反应尾气中氨含量的变化就很重要。其工艺流程简图如下:
图一图一 工艺流程简图
2、PH值控制系统改进前的状况   原设计中,采用通道式PH计作为测量变送单元,DCS集散型控制系统作为自动调节单元,调节阀作为执行单元组成自动调节系统来控制H2SO4的加入量。原设计采用山武-霍尼韦尔公司生产的、全部采用316L不锈钢为阀座、阀芯材质的进口调节阀,目的是针对硫酸的腐蚀性而设计的,但实际应用中,调节阀由于气蚀、硫酸中杂质对阀芯、阀座的冲刷以及硫酸对阀芯、阀座的腐蚀等作用,使用两个月内漏量明显增大,不能满足工艺生产要求,为此特制的四氟材质的阀芯、阀座仍未能使用两个月以上。用国产调节阀替代更需频繁更换,给工艺操作和仪表维修带来很大困难。最后工艺改用计量泵作为控制H2SO4加入量的手段手动调节H2SO4流量。但每次都必须到现场根据经验进行手动调整,需要调整很长时间才能勉强维持生产,而且不能适时调节,PH值的控制波动较大。常常因此影响正常生产,给精制部分的操作带来困难,使得精制回收率下降,影响了装置的产量和质量。这已经成为我厂自控系统的一个比较棘手的老大难问题。 3、PH值自动控制系统的改进:   为解决上述问题,我们考虑能否甩掉调节阀,避免硫酸的腐蚀导致自控系统不能长周期运行。我们通过研究变频器的原理发现,变频器能根据输入信号的变化改变电机电源的频率,例如,当输入4mA时输出10Hz(该数值可以根据实际情况确定,但不允许为0。因为当PID调节器的输出为4mA,变频器的输出为0,可是当PID调节器的输出大于4mA时,虽然变频器的输出跟随变化,但机泵并不会立即启动起来),当输入20mA时输出50Hz。而电机电源频率的改变可以改变电机的转速,电机的转速改变了,通过机泵的介质流量也随之发生相应的改变。我们能否利用变频器的这一特性控制计量泵的转速,从而代替调节阀作为执行单元控制H2SO4加入量,进而达到PH值自动控制的目的呢?经过实验,我们很好地解决了由于硫酸对调节阀的腐蚀造成的PH值控制系统不能满足生产要求的问题。自动调节系统方块图如下:
图二图二 自动控制方块图
  其控制过程分析如下:当通道式PH计的测量值与给定值存在偏差时,DCS通过PID调节作用后输出一标准4~20mA信号,此信号送入变频器,变频器依据该信号改变到硫酸计量泵电机的电源频率,调整计量泵的转速,进入急冷塔上段循环水的H2SO4加入量也就发生了相应变化,PH值自动控制的目的达到。   但是,随之带来一个问题:电机不是调节阀只有一个,而是两个,一个运行,另一个备用。当正在运行的电机出现故障时,PH值控制系统也就瘫痪了。那么怎样解决这个问题呢?为此,在不增加投资的情况下,我们利用现有的电机控制系统,对其进行改进,实现了一台变频器控制二台电机的目的。具体接线上,我们对原有电机接线进行了改进(如图三)。当工艺操作人员对电机进行倒泵操作时,变频器仍能起到控制作用。   其原理如下:C1为D1电机的交流接触器,C2为D2电机的交流接触器,当需要电机D1启动时,合上电源开关HK,按下启动开关QA1,接触器C1得电吸合,辅助触头自锁,D1启动。如果需要电机D1停下来、D2启动,则只需先按下D1电机的停车按钮TA1,使C1线路断开,D1停转;然后按下电机D2的启动开关QA2,则接触器C2得电吸合,主触头C2闭合,辅助触头自锁,电机D2启动。(这里的启动按钮QA1、QA2,停车按钮TA1、TA2即为现场电机跟前的防爆开关)
图三图三 电机接线图
4、改进后的效果   将原来送给调节阀的信号引入电气配电室内接至变频器上,变频器再接至现场计量泵的供电线路上,需要增加的设备只是变频器却可以省掉调节阀、电气转换器/定位器,而且维护量大大减少,最重要的是将变频器应用到PH值自动控制上以后,控制质量大大改善。当给定一个固定值时,测量值稳定在一条直线上,而当人为加入一干扰信号时,只要DCS中的PID参数调整适当,能很快调整至给定位置并保持平稳。PH值控制系统改进前用调节阀控制使用两个月就因为内漏无法控制,PH值往往在3~7之间波动。改进后PH值的波动范围大大减小,控制曲线近似于一条直线,效果非常理想。而且,变频器除了很好地替代调节阀,构成了PH值自动控制系统外,还具有良好的正弦波输出、转矩特性和快速响应等特性,还具有保护功能,如电机的过流、过压、欠压和缺相等保护,并能在操作面板上显示故障代码,故维修方便;变频器操作简单,可由键盘操作,也可通过键盘任意设定频率,并可从操作面板上查看转速、电压、电流、转矩等参数。而且安装在室内,不会受到环境因素的干扰,从投用至今已经5年多,没出现任何故障。目前装置又增加了五套,效果很好。 5、结束语   我们通过对丙烯腈装置PH值自控系统的改进,很好地解决了过程中含有腐蚀介质,需要频繁更换调节阀等自控问题。过去认为,变频器的应用较多用于节能、软启动等场合,而且业已取得了明显的效果。从实际应用来看,变频器在自动化控制系统中都能起到很好的作用,只要能通过泵的流量进行控制的对象系统都可以使用。
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