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分子筛自动切换程序的优化控制 佀 焕 玲 （济南钢铁集团总公司 自动化部，山东 济南250101） 摘要：为稳定上塔压力和塔内组分，保持再生污氮气流量的稳定，采用CS3000控制系统，实现了分子筛吸附装置自动切换程序控制、均压阀缓开、缓关等调节控制功能，保证了空分系统工况稳定，减少因控制系统故障造成的设备停机时间。 关键词：制氧机；分子筛；自动切换控制系统；再生过程；DCS中图分类号：Q116.11 文献标识码：B 文章编号：1004-4620（2005）03-0027-02 Optimizing Control of Automatic Switch over Program for Molecular Sieve SI Huan-ling （The Automation Department of Jinan Iron and Steel Group Corporation, Jinan 250101, China） Abstract: In order to stabilize the pressure of the upper tower and the component in the tower, and keep the stability of flow capacity of waste nitrogen witch used to regeneration, CS3000 control system is adopted. Therefore the adjust and control function of molecular sieve adsorption device, such as automatic switch-over program control, equalizing valve open and close by inches. The stabilization of working station on air department system is pledged and the machine-stopped time on control system trouble is decreased. Key words: oxygen generator; molecular sieve; automatic switch-over control system; regeneration; DCS 目前分子筛纯化器已在大型全低压制氧机上普遍应用。分子筛纯化系统的自动切换控制至关重要，其自动切换控制系统的组态也是衡量一套DCS控制系统组态工作完善与否的重要标准之一。 1 分子筛吸附器再生过程 吸附器的再生一般分降压、加热、吹冷、升压四步进行。 降压：吸附器在工作周期即将结束时，须将容器内的带压空气排放出去。降压是V1207阀（或V1208阀）打开而实现的。为了避免上部分子筛层受到压力波动的冲击，降压速度不能太快，此步完成时间不应短于11min。降压是按压力联锁实现的，当PIS至10kPa时，打开再生氮气进、出口阀V1205、V1211、（或V1206、V1212） 。加热：打开FCV1201A阀，相应地关闭FCV1201B阀，再生污氮气进入电加热器EH1201，EH1202（EH1203备用）被加热到170，干燥的热污氮气在吸附器入口处温度达60以上，自上而下通过吸附器，时间为60min。 吹冷：打开FCV1201B阀，相应地关闭FCV1201A阀，使吹冷用污氮气不经过加热器而旁通，吹冷用污氮气的温度为21.5。吹冷期内，污氮气出吸附器的温度起初继续上升，待上升至100以上就逐渐下降，吹冷末，氮气出吸附器温度可下降至比工作温度低510。 升压：打开HV1203阀（或HV1204阀），关闭相应的加温吹冷阀，使吸附器压力慢慢升高，当吸附器前后压差小于10kPa时，升压结束。同时为避免气流冲击分子筛床层，使床层发生移动或摩擦，故升压要缓慢，此步完成时间不应短于22min。 再生四步骤结束后，该吸附器就投入工作。整个再生过程必须严格按照规定的控制程序和时间、压力、压差等条件，以及前一步动作完成之后，有关阀门的开关状态来进行。分子筛阀门动作及切换时间表如图1所示。 图1分子筛阀门动作及切换时间 2 系统硬件组成 济南钢铁集团总公司（简称济钢）20000m3/h制氧机工程选用的是Yokogawa公司的CENTUM CS3000集散控制系统，用于监控制氧机的各个工艺流程，完成数据采集、过程控制、逻辑控制和快速联锁控制等功能，其系统构成可分为三部分 ：（1）HIS操作站，采用基于Windows NT的通用PC机。运行操作人员通过操作员站实现对过程参数、设备状态和控制系统的在线监视和操作。（2）WS工程师站，采用基于Windows NT操作系统的高性能计算机，进行系统组态、生成、软件调试、系统仿真等工作。（3）FCS控制站，用于过程I/O信号处理，完成模拟量调节、顺序控制等实时控制运算功能。为保证系统的可靠性及操作、观察方便，监控装置配置三个监控站（或称操作站）。现场控制站采用双重化配置，DCS系统的控制单元、网络总线、电源和通讯模板等均进行双重化配置。操作站部分采用DELL PIII550以上计算机，彩色显示器。其系统配置如图2所示。 图2DCS系统配置 3 控制功能特点 在分子筛纯化系统中，最主要的是分子筛切换阀的自动控制，均压阀及卸压阀的调节控制，热吹阀、冷吹阀及污氮放空阀三阀匹配控制、再生污氮流量的控制等，它们的调节质量直接影响整个空分装置的稳定运行。 3.1 分子筛均压阀（卸压阀）的调节 结合分子筛床层对压力的实际要求及升压阀的阀门特性，在升压的不同时段，对阀门开度变化速率分别进行设定，升压共计25min，按5种不同的阀门变化速率逐渐打开，较好地满足了工艺要求，分子筛均压阀控制功能如图3所示。分子筛卸压阀门的控制与升压阀相同。 图3 分子筛均压阀控制功能 3.2 热吹、冷吹及污氮放散阀的匹配 为了稳定上塔压力和塔内组分，必须保持再生污氮气流量FIC1201的稳定，而在分子筛切换过程中，由于调节阀FCV1201A、FCV1201B和FCV1201C同时动作，保持氮气流量FIC1201稳定就有一定的难度。要解决调节阀FCV1201A、FCV1201B和FCV1201C的匹配问题，可从以下两个方面考虑： （1）在分子筛切换的不同阶段，三个调节阀的开关状态是不同的，当一个调节阀开启时，同时另一个调节阀要关闭。在这个过程中，为了保持再生污氮气流量的恒定，调节阀在开启、关闭时段，阀门的开关速率分段设置，这样在现场调试时，可通过不断摸索，使阀位达到最佳匹配状态，从而保持流量稳定。 （2）调节阀在开启过程中，是按时间进行控制的，在开到一定的阀位时自动转换为PID调节，在这个过程中，可让PID调节的阀位值跟踪分段缓开时的阀位值，这样在转换为自动调节时，就实现了无扰动切换。由调节阀关闭程序，将阀位输出置0，按设定的关闭程序执行即可。 在CS3000中编制程序如下：利用DFB块PG-L13实现阀门的缓开过程。该功能块可设13个折线段，在每个折线段内时间和阀门的开度可任意设置，为了保持流量的稳定，该阀门在开启过程中，应和另一阀门的缓关过程密切配合。由于三个阀门的特性和流通能力不同，经过反复的调试摸索，最后确定该过程FCV1201A、FCV1201B和FCV1201C三个调节阀的开度曲线如图4所示。 图4 调节阀缓开开度曲线 3.3 再生污氮流量控制 利用DFB功能块PID实现再生污氮气流量的自动调节。由缓开阶段转换到自调时，在缓开阶段要置PID调节回路的预设值PMV为缓开阶段的最后一段的阀位值，这样在转换到自调时，实现无扰动切换，投入自动调节。利用DFB块RAMP实现阀门的缓关过程。当分子筛切换程序要求该阀门关闭时，可置阀位值为0，利用RAMP斜坡控制器根据实际情况进行输出限幅，达到缓慢关闭的目的。利用手操器MLD