焦化控制系统的设计与维护---雷登才

八钢八钢 优秀师徒优秀师徒 评选活动申报材料之一评选活动申报材料之一 1 焦化控制系统的设计与维焦化控制系统的设计与维 护护 推荐单位 检修中心炼铁维护部 所在岗位 仪表工 徒弟姓名 雷登才 指导老师 李大斯 八钢八钢 优秀师徒优秀师徒 评选活动申报材料之一评选活动申报材料之一 2 焦化控制系统的设计与维护焦化控制系统的设计与维护 雷登才 检修中心炼铁维护部 摘要 随着现代生产工艺的要求 适宜地设计整个焦化的一些 自动化控制系统也变得更加重要 老焦化主要采用两种控制系统 一种是单闭环控制系统 一种是串级控制系统 它们控制过程采用 自动控制和手动控制两种方法 自动控制过程是根据 PID 调节器输 出 4 20mA 信号来控制带阀门定位器的气动执行器阀门的开度 最终 控制被控对象 手动控制是通过手动按扭输入值对设备进行控制 老焦化根据被控对象分为 温度控制系统 压力控制系统 流量控制 系统 液位控制系统 这些系统的设计与应用为整个焦化生产带来 更高的经济效益 不仅减少了人力资源 还降低生产成本 详细阐 述了用串级控制方法来控制焦油二段出口温度 并介绍在调试以及 生产维护过程中需要注意的事项 在设计中 通过对 PID 调节器参数不断改变完善进行反复调试 设置 在控制中最终得到了满意的效果 关键词 单闭环 串级控制 PID 调节器 阀门定位器的气动 执行器 1 1 绪论绪论 1 11 1 焦化的现状和发展背景焦化的现状和发展背景 根据国家环保总局测算 我国环境问题所造成的损失约占国民 生产总值 10 污染问题已经十分严重 因此环保要求也日趋严格 国家已经对粉尘及 SO2的排放提出更加严求 由于科技的进步带动 了工业的飞速发展 由此也给人类带来历史上从未有过的新的疾病 和灾难 这是科技所引发的副作用 正如 爱因斯坦著名的质能理 论的第一次应用却是用于战争一样 科技如何应用于对人类更加有 八钢八钢 优秀师徒优秀师徒 评选活动申报材料之一评选活动申报材料之一 3 益的事业 是人类在未来需要长久面对的重大问题 其中 环境污 染是直接关系到人类生活质量的首要问题 而生产污染又是环境污 染的主要来源之一 工业生产所形成的 废气 废水 废渣 工 业 三废 如未经处理或处理不当即大量排放到环境中去 就 可能造成空气 水 土壤 食物等环境的污染 焦化工业废渣的来源主要来自回收与精制车间 有焦油渣 酸 焦油 酸渣 和洗油再生残渣等 1 21 2 焦化工业污染物的来源及危害焦化工业污染物的来源及危害 焦化工业污染物的来源及危害 焦化工业已从焦炉煤气 焦油和精苯中制取 100 多种化学产品 对我国的国民经济发展意义十分重大 但是 焦化生产有害物排放 源多 排放物种类多 毒性大 对环境污染相当严重 据不完全统计 中国每年焦炭生产要向大气排放的苯可溶物 苯并芘及烟尘等污染物达 70 万 t 其中苯并芘 1 700 t 这些苯 酚类污染物 用常规处理方法很难达到理想效果 污染物的累积对 生态环境造成不可挽回的影响 尤其是向大气排放的苯并芘是强致 癌物 严重影响周围居民的身体健康 而老区焦化在生产过程中 除了产焦炭还有很多的副产品 这 些副产品暴露在空气中将对环境造成严重的污染 所以要严格地控 制这些副产品的排放 为了解决这些问题 就得严格控制工艺参数 虽然控制系统已经不断地更新 但焦化主要采用 PID 调节器输出 4 20mA 信号来控制带阀门定位器的气动执行器阀门的开度 最终控制 被控对象 本文主要介绍焦化工艺中的温度控制系统 压力控制系 统 2 2 介绍系统中常用设备介绍系统中常用设备 2 12 1 工业生产自动化特点工业生产自动化特点 1 在工业设备 装置及管道上配置一些自动化装置 代替操作工 人的部分直接劳动 使生产在不同程度上自动的进行 这种部分的 八钢八钢 优秀师徒优秀师徒 评选活动申报材料之一评选活动申报材料之一 4 或全部的用自动化装置来管理生产过程的方法称为过程自动化 2 加快生产速度 降低生产成本 提高产品质量与产量 3 减轻劳动强度 改善劳动条件 4 能够保证生产安全 防止事故发生或扩大 达到延长设备使用 寿命 提高设备利用率 保障人身安全的目的 5 生产过程自动化的实现 能根本改变劳动方式 提高操作者专 业技术水平 以适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要 2 22 2 焦化闭环系统焦化闭环系统 在老区焦化在生产过程中 整个工艺系统大多是单闭环控制系 统 极少的串级控制系统 实现整个工艺稳定运行 整个系统分散 大部分组成 一是调节部分 二是执行部分 三是测量部分 简单 的闭环控制系统结构图 如图 1 所示 图 1 闭环控制系统 2 2 12 2 1 控制器控制器 控制器常称调节器 它相当于人体的大脑 有自己的控制规律 共四种 A 比例控制规律 P B 比例积分控制规律 PI C 比例微分控制规律 PD D 比例积分微分控制规律 PID 调节器的正 反作用 八钢八钢 优秀师徒优秀师徒 评选活动申报材料之一评选活动申报材料之一 5 正作用 当偏差 e t 值增大时 且 u t 输出值也增大 那 么其调节器为正作用 反作用 当偏差 e t 值增大时 而 u t 输出值减小 那么 其调节器为反作用 下面主要介绍 PID 调节器 F k 系数 B 磁感应强度 T D 测量管内径 m 平均流速 m s 设液体的体积流量为 则 式中 K 为仪表常数 K 4 KB D EMF 由流量传感器和转换器两大部分组成 3 3 介绍单闭环控制系统设计及维护介绍单闭环控制系统设计及维护 3 1 焦化热工工艺介绍 焦炉集气管压力 2006 年 4 月并网以来 始终波动较大 控制不 理想 不能满足工艺要求 在 2006 年 10 月份已对影响集气管压力 控制的因素从生产工艺及仪表控制系统等多方面做了系统分析 提 出了一些改进性的建议 并在现有基础上做了大量工作 虽未彻底 解决系统压力的波动 但也收到了一定成效 焦化生产工艺图图 A 所示 图 A 八钢八钢 优秀师徒优秀师徒 评选活动申报材料之一评选活动申报材料之一 9 为了缓解风机前吸力的压力就得必须控制好集气槽压力在一定的 范围 集气槽压力调节的好了 也对环境也是一种保护 3 2 集气管压力调节系统 从生产工艺及仪表控制系统等多方面做了系统分析 提出了一 些改进性的建议 并在现有基础上做了大量工作 虽未彻底解决系 统压力的波动 但也收到了一定成效 根据集气管压力及时调节压 力 用改变阀门的开度 让他保持在一定的范围 如图 3 所示 图 3 集气管压力调节系统结构图 举个例子 3 焦炉集气槽压力调节 1 调节器 F B XMGA5000 系列多输入多输出 XMGA6000 系列带 前馈加法控制光柱数显高级 PID 调节器 采用比例积分微分控制规律 PID P 215 I 7 D 1 这 3 个参数是根据经验法得出来的 并且设定了报警值 与放散值 2 执行机构 气动活塞式调节阀带智能阀门定位器 根据焦化生产工艺等多个因数来选择 合适的调节工作区间 调节 阀开度 15 85 合适的流量特性 首先根据过程系统的要求 确 定工作流量特性 然后根据流量特性曲线的畸变程度 确定理想流 量特性 合适的调节阀开 关形式 主要是考虑在不同工艺条件下 安全生产的需要 本系统采用气开调节阀 阀芯是蝶阀 阀门定位器能够增大调节阀 的输出功率 减少调节信号的传递滞后 加快阀杆的移动速度 能 八钢八钢 优秀师徒优秀师徒 评选活动申报材料之一评选活动申报材料之一 10 够提高阀门的线性度 克服阀杆的磨擦力并消除不平衡力的影响 从而保证调节阀的正确定位 3 检测元件选择 选择压力变送器要应从 7 个方面着手 一 测量材质 二 精度等级 三 量程 四接液介质 五 介质温度 六输出信号 七 其他因素 最主要的是测量介质 根据工艺设定一些参数值 集气槽的压力范围在 0 400kpa 为了满足风机的吸力的要求 集气槽的压力设定值 130kpa 还对 PID 的内部参数进行设定 气动执行机构还需走行程 气源要求 0 25Mpa 3 3 集气管压力调节系统的维护 1 调节器 我在焦化实习阶段 调节参数的调整主要是根据工艺的需求改 变设定值 以及 PID 参数 PID 是根据工况 稳定性 波动的大小 进行调节 给定值与输出的 4 20mA 信号相互关系进行确认 平时 还定期进行吹扫 2 调节阀常见故障及产生的原因 一 调节阀不动作 故障现象及原因如下 1 无信号 无气源 气源未开 由于气源含水在冬季结冰 导致风管堵塞或过滤器 减压阀堵塞失灵 压缩机故障 气源 总管泄漏 2 有气源 无信号 调节器故障 信号管泄漏 定位器 波纹管漏气 调节网膜片损坏 3 定位器无气源 过滤器堵塞 减压阀故障 I 管道泄漏 或堵塞 4 定位器有气源 无输出 定位器的节流孔堵塞 5 有信号 无动作 阀芯脱落 阀芯与社会或与阀座卡死 阀杆弯曲或折断 阀座阀芯冻结或焦块污物 执行机构弹簧 因长期不用而锈死 二 调节阀的动作不稳定 故障现象和原因如下 1 气源压力不稳定 压缩机容量太小 减压阀故障 2 信号压力不稳定 控制系统的时间常数 T RC 不适当 八钢八钢 优秀师徒优秀师徒 评选活动申报材料之一评选活动申报材料之一 11 调节器输出不稳定 3 气源压力稳定 信号压力也稳定 但调节阀的动作仍不稳定 定位器中放大器的球阀受脏物磨损关不严 耗气量特别增大时会 产生输出震荡 定位器中放大器的喷咀挡板不平行 挡板盖不住 喷咀 输出管 线漏气 执行机构刚性太小 阀杆运动中摩 擦阻力大 与相接触部位有阻滞现象 三 调节阀振动 故障现象和原因如下 1 调节阀在任何开度下都振动 支撑不稳 附近有振动源 阀芯与衬套磨损严重 2 调节阀在接近全闭位置时振动 调节阀选大了 常在小开 度下使用 单座阀介质流向与关闭方向相反 四 调节阀的动作迟钝 迟钝的现象及原因如下 1 阀杆仅在单方向动作时迟钝 气动薄膜执行机构中膜片破 损泄漏 执行机构中 O 型密封泄漏 2 阀杆在往复动作时均有迟钝现象 阀体内有粘物堵塞 聚四氟乙烯填料变质硬化或石墨一石棉填料润滑油干燥 填料加 得太紧 摩擦阻力增大 由于阀杆不直导致摩擦阻力大 没有 定位器的气动调节阀也会导致动作迟钝 五 调节阀的泄漏量增大 泄漏的原因如下 1 阀全关时泄漏量大 阀芯被磨损 内漏严重 阀未调好 关不严 2 阀达不到全闭位置 介质压差太大 执行机构刚性小 阀 关不严 阀内有异物 衬套烧结 六 流量可调范围变小 主要原因是阀芯被腐蚀变小 从而 使可调的最小流量变大 了解气动调节阀的故障现象及原因 可以对症采取措施予以解 决 3 测量元件维护 集气管压力变送器是整个系统的检测部分 非常关键的元件 压力传感器 是一种能感受压力 并按照一定的规律将压力信 号转换成可用电信号的器件或装置 传感器内部没有放大电路 满 八钢八钢 优秀师徒优秀师徒 评选活动申报材料之一评选活动申报材料之一 12 量程输出一般为毫伏级 带负载能力低 不能直接与计算机接口 压力变送器 是一种能感受压力 并将压力信号转换成可传递 的统一输出信号的仪表 而且其输出信号与压力信号之间有一给定 的连续线性函数关系 变送器内部装入放大电路 输出信号通常为 直流 4 20mA 或 1 5V 供 型系列仪表使用 0 10mA 或 0 10V 供 型系列仪表使用 变送器可以直接与计算机接口 也有人误把压 力变送器称作压力传感器 主要做到去压装置不能堵塞 随时保持畅通 现在智能变送器 没什么要维护 主要是防堵 防冻 防单向过压 3 4 本章小结 集气管压力调节系统设计的成功 自动化程度越来越高不但给 我们的维护带来方便 而且为我们焦化生产带来巨大的经济效益 4 4 介绍串级控制控制系统设计与维护介绍串级控制控制系统设计与维护 加热炉温度 温度串级控制系统的应用意义生产过程自动控制 简称过程控制 是自动控制技术在石油 化工 电力 冶金 机械 轻工 纺织等生产过程的具体应用 是自动化技术的重要组成部分 在老焦化煤焦油加工车间一般包括 煤焦油脱水及蒸馏 馏分 洗涤 萘油馏分加工 一蒽油馏分加工 沥青冷却成型等初步加工 工段和油品贮存装卸工段及公用设施 当煤焦油年加工量不小于 10 万 t 时 可配备粗酚精制 粗吡啶精制 包括煤气净化车间回收的粗 轻吡啶 萘精制 粗蒽精制和沥青加工等深度加工工段 加工出来 的产品经济利益也是非常可观的 下面主要介绍控制二段口焦油温度 由于要控制焦油的温度在 一个恒定的温度 才能进入下一个工序 焦油经过加热炉后流出的 温度要控制在 370 390 摄氏度范围 空气是足量的 只需控制煤气 流量的大小 就能控制炉温 进而控制二段出口温度 八钢八钢 优秀师徒优秀师徒 评选活动申报材料之一评选活动申报材料之一 13 4 1 沥青区域二段口温度调节系统 图 4 加热炉原理简图 整个系统主要是根据两个温度进行控制煤气的流量 从而保证 焦油的恒温 图 4 是加热炉的简易图 我们在老焦化采用加热炉温 度 温度串级控制系统设计 根据设计的思路 确定控制方案 简单论证完成整个系统方案 设计 并绘制原理结构图 方框图 图 5 串级控制加热炉方框图 1 调节器 F B XMGA5000 系列多输入多输出 XMGA6000 系列带 前馈加法控制光柱数显高级 PID 调节器 调节器参数整定 确定控 制算法主调节器 P 150 I 15 D 150 SP 385 副调节器 P 80 I 7 D 2 2 执行机构 气动薄膜式调节阀带智能阀门定位器 八钢八钢 优秀师徒优秀师徒 评选活动申报材料之一评选活动申报材料之一 14 根据焦化生产工艺等多个因数来选择 合适的调节工作区间 调节阀开度 15 85 合适的流量特性 首先根据过程系统的要求 确定工作流量特性 然后根据流量特性曲线的畸变程度 确定理想 流量特性 合适的调节阀开 关形式 主要是考虑在不同工艺条件 下安全生产的需要 阀门定位器能够增大调节阀的输出功率 减少 调节信号的传递滞后 加快阀杆的移动速度 能够提高阀门的线性 度 克服阀杆的磨擦力并消除不平衡力的影响 从而保证调节阀的 正确定位 3 检测元件选择 热电偶是热电温度计的敏感元件 是由两种 不同材料的金属导体组成 两种导体的一端焊接在一起作为测量端与 被测介质充分接触 另一端作为参考端与温度指示仪表相连接 热电偶的选择 首先应根据被测温度的上限和使用环境来选择 热电偶的热电极和保护套管 其次根据被测对象的结构和安装特点 来选择热电偶的规格尺寸 炉膛热电偶选择是镍铬一镍硅热电偶属于廉金属热电偶 分度 号为 K 出口油温热电偶选择是镍铬一康铜热电偶属于廉金属热电偶 分度号为 E 4 2 二段口温度调节系统的维护 1 调节器的维护主要是响应快慢 主要由于温度属于大滞后 所以根据工况需要 D 要设置大些 PID 是根据工况 稳定性 波动 的大小进行调节 给定值与输出的 4 20mA 信号相互关系进行确认 平时还定期进行吹扫 2 调节阀常见故障及产生的原因 它的调节阀维护与 3 3 集气管压力调节阀的维护类似 3 温度变送器维护 温度变送器主要看带负载能力是否符合安装要求 空载电压等 等 4 3 控制系统运行结果及分析 为了分析控制系统性能 从现场采集了大量数据 用 Excel 做 出曲线 总体看 此加热炉炉温度控制取得了良好的控制效果 通 八钢八钢 优秀师徒优秀师徒 评选活动申报材料之一评选活动申报材料之一 15 过控制炉温 从而实现油温控制 图 6 炉温控制曲线 炉温控制运行结果如图 6 图 6 中 蓝色为根据工艺要求设定 的炉膛升温曲线 粉色为实际炉膛升温曲线