精馏塔控制系统设计.ppt

氯乙烯精馏塔控制系统设计 精馏塔简介 精馏塔是化工生产中分离互溶液体混合物的典型分离设备 它是依据精馏原理对液体进行分离 即在一定压力下 利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同 使轻组份汽化 经多次部分液相汽化和部分气相冷凝 使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高 从而实现分离的目的 满足化工连续化生产的需要 基本原理 物料平衡关系对提留段内任一塔板j作物料平衡计算 其组分的物料平衡关系为 式中 Vs表示各层塔板的上升蒸汽量 Yj为塔板上气相的轻组分浓度 Ls为提留段内各层踏板的下流液体流量 Xj 1是从j 1快塔板留下的液相中轻组分浓度 B为塔釜采出量 X为塔釜采出物轻组分的浓度 能量平衡关系在稳态时 进入精馏塔的所有能量必然与离开塔的能量相平衡 表示为 式中 F D B分别表示进料量 塔顶采集量和塔釜采出量 QH为再沸器加热量 Qc为冷凝器冷却量 HF HD HB分别为进料 塔顶和塔釜产品的热焓 从平衡方程并结合精馏塔工艺特点 不难看出影响能量平衡的因素为 进料量 进料浓度 进料温度和进料状态 再沸器的加热量 冷凝器冷却量 回流量 工艺流程图 硬件 控制系统硬件采用可靠PLC总线工业控制机为主控机 下挂多回路智能调节器方式 其结构设计为直接数据采集 冗余并行分布式控制结构 该系统硬件结构设计框图如上图所示 工业控制机和智能调节器都可作为直接控制级设备完成控制任务 工业控制机还执行对全部过程参数的监测等功能 工业控制机和智能调节器都具有自诊断和智能逻辑判断功能 二者之间采用多路智能通讯硬件支持下的标准Rs一232c通讯方式传递信息 工业控制机通过自诊断和逻辑判断可自动选择 或由操作人员人为选择某一种控制级设备的控制信号输出到现场 从而实现自诊断功能和智能判断功能支持下的冗余并行控制 采用这种冗余并行控制结构的目的是 在精馏塔计算机控制系统实施复杂控制或优化控制方案的情况下 当工业控制机接口电路或智能调节器出现系统故障时 控制系统仍能保证重要调节回路具有良好的控制性能 从而保证该连续生产过程对馏出产品的质量要求 避免了常规串行分布式控制系统在下位机出现故障后 无法实施高级过程控制方案的问题 PLC 中央控制级设有两组配套的监控计算机和打印机 两台监控计算机分为工程师站和操作员站 带CP56ll通讯卡以实现与PROFIBUS总线的通讯 配WINDOWSXPROFESSIONAL操作系统 并配有STEP7V5 4和SIMATICWinCC6 0软件 计算机使用MPI通讯方式与下位机PLC进行连接 进行不间断的数据交换 根据PLC的容量 通讯功能 模拟量 数字量输入输出点数 I O响应时间等因素 系统选用的PLC型号为西门子的S7 300系列 CPU为315 2DP 在现场建立4个ET200M从站 将现场的各种检测设备 控制设备均加到从站上 通过现场总线PROFIBUS DP将数据传输到工程师站上 可以实现从现场信号到控制室的数据高速通信 在工程师站上可以进行远程的控制 在工程师站 操作员站和厂长室之间建立以太网连接 这样厂长就可以在自己的办公室里监测全厂设备的运行情况 便于及时发出控制指令 整个自动化监控系统构成SCADA系统 完成数据采集 处理 监视及对现场设备进行控制 软件 采用STEP7V5 4进行编写 可以实现对现场信息的初步处理 STEP7程序主要分为两部分 主任务和中断任务 主任务包括主程序OB1和子程序FB1 FB2等多个功能块 在主程序中不断地调用子程序完成控制任务 子程序主要包括对各个电机和泵的状态控制 量程变换 流量的记录 回流比控制 以及阀门控制等功能 中断任务主要是来进行PID参数的整定 在精馏塔中主要完成的是对塔的温度 进料流量以及塔间压力的控制 针对精馏塔滞后大 动态响应慢及非线性严重等缺点 用PID控制器进行调节 PID控制器可以消除稳态误差 减小系统的超调量 加快系统的动态响应速度 以及改善系统的动态性能 PID闭环控制方式可以用来控制系统的流量 温度和压力等连续变化的参数 还可以根据各个被控对象的具体特点和要求来调整必要的控制参数 具有监控功能 还可以在运行中调整参数 由于精馏塔控制系统中的变量比较多 涉及范围比较广 所以我们选取期中的一个环节 精馏塔提馏段 来介绍其中所使用串级控制系统和PID算法 控制变量的选择 温度 精馏塔温度控制的稳定与否直接决定了精馏塔的分离质量和分离效果 控制精馏塔的温度是保证产品高效分离 进一步得到高纯度产品的重要手段 维持正常的塔内温度 可以避免轻组分流失 提高物料的回收率 也可减少残余物料的污染作用 影响精馏塔温度不稳定的因素主要是来自外界来的干扰 一般情况下精馏塔塔釜的温度 我们是通过控制精馏塔釜内灵敏板的温度来控制的 以往调节只是采用灵敏板温度调节器单一回路调节 调节反应慢 时间滞后 对精馏操作而言 产品的纯度很难保证 精馏塔的控制最终目标是 在保证产品质量的前提下 使回收率最高 能耗最小 或使总收益最大 在这个情况为了更好实现精馏的目标就有了提馏段温度控制系统的产生 精馏塔提馏段基本方案 精馏塔提馏段单回路温度控制方案 在再沸器中 用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽 然后在塔釜中与下降物料进行传热传质 为了保证生产过程顺利进行 需要把提馏段温度 保持恒定 很明显当加热蒸汽压力波动较大时 如果采用简单单回路温度控制系统 调节品质不能满足生产要求 而且精馏塔温度过高或过低会引起精馏塔控制质量变差 由于存在这些扰动故考虑串级温度控制系统 精馏塔提馏段串级控制系统 为了提高精馏效率和保证产品纯度 我们采用灵敏板温度调节器与再沸器加热蒸汽流