專利名稱：變壓吸附裝置吸附時間及產品收率與質量控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)，尤其是一種變壓吸附裝置吸附時間及產品收率與質量的控制系統(tǒng)。
變壓吸附(PSA)工藝方法作為一種先進的氣體分離技術已成功地廣泛應用于石油、化工、電子、冶金、醫(yī)藥等領域，諸如從煉油廠催化干氣、石油重整富氫氣、合成氨廠馳放氣、甲醇馳放氣等含氫混合氣中提取純氫；從液化丁烷氣中分離出異丁烷和正丁烷；從高爐廢氣中提取一氧化碳；等等。它對工業(yè)生產起到了節(jié)能降耗、廢氣利用、增產增效的顯著效果。在已知技術中，變壓吸附裝置的控制系統(tǒng)，如中國專利CN1032120所提供的變壓吸附程序控制操縱裝置屬石油、化工、冶金行業(yè)變壓吸附氣體分離用控制裝置，它主要包括程序控制計算機、程序控制閥開關控制機構、程序控制閥，使變壓吸附裝置在穩(wěn)定性和可靠性方面得到改善。但現(xiàn)有變壓吸附裝置的控制系統(tǒng)，系由操作工根據(jù)原料氣流量、產品氣流量等儀表顯示通過人工確定或調節(jié)吸附時間輸入到程序控制單元的程控計算機來調節(jié)和控制產品收率與質量。由于人工調節(jié)操作方法，主要依靠操作工的經驗，受人為因素影響較大，又因在裝置運行中原料氣流量、原料氣產品含量頻繁波動，操作工很難及時準確地進行相應調節(jié)，往往造成調節(jié)滯后或偏差，也就使得產品收率較低、產品質量較差，且操作工勞動量大。
本發(fā)明之目的是提供一種改進的變壓吸附裝置控制系統(tǒng)，它能根據(jù)裝置原料氣流量、原料氣產品含量和產品氣流量的變化自動調節(jié)控制吸附時間達到提高產品收率和質量，且能降低操作者勞動量。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是采用控制計算機內裝設包括變壓吸附(PSA)裝置(以下簡稱裝置)設定產品收率計算單元、裝置產品實際收率計算單元和由前饋控制器、異常處理器、反饋控制器、手動/自動切換控制器所組成的主控制器單元，這三個單元之間的連接由DCS控制器內部模塊數(shù)據(jù)交換，在裝置設定產品收率計算單元和裝置實際產品收率計算單元的輸入端一并連接原料氣流量信號線、原料氣產品含量數(shù)據(jù)信號線，并在裝置設定產品收率計算單元輸入端連接解吸氣產品含量設定數(shù)據(jù)線，在裝置實際產品收率計算單元的輸入端連接產品氣流量數(shù)據(jù)信號線，主控制器單元的輸出為吸附時間信號線連接變壓吸附裝置的程序控制單元，所組成為變壓吸附裝置吸附時間及產品收率與質量的智能控制系統(tǒng)。使用時，將本發(fā)明的智能控制系統(tǒng)配連于變壓吸附裝置的程序控制單元，在裝置不用停車的情況就可配裝。在裝置運行中，本發(fā)明控制系統(tǒng)中裝置設定產品收率計算單元輸入設定的解吸氣含產品數(shù)值，原料氣產品含量由在線分析儀表測定的數(shù)值、原料氣流量由在線流量儀表測量的數(shù)值分別輸入到裝置設定產品收率計算單元和裝置實際收率計算單元，裝置的產品氣流量由在線計量儀表測量的數(shù)據(jù)輸入到裝置實際產品收率計算單元，經這兩個計算單元將所輸入的數(shù)據(jù)計算并處理后又分別輸入給主控制器單元，由主控制器單元DCS控制器內部摸塊數(shù)據(jù)交換，當運行裝置的原料氣流量、原料氣產品含量、產品氣流量在設定值范圍內波動時，該系統(tǒng)能及時調節(jié)控制吸附時間輸入給程序控制單元來調節(jié)控制變壓吸附裝置達到高的產品收率和質量；但當裝置的原料氣流量、產品氣流量出現(xiàn)失真值時，本控制系統(tǒng)自動報警并自動切換到手動狀態(tài)，實現(xiàn)裝置產品收率與質量的智能控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點在于，由于在變壓吸附裝置設計采用了吸附時間及產品收率與質量的智能控制系統(tǒng)，它能根據(jù)裝置運行中原料氣流量、產品氣流量、原料氣產品含量動態(tài)數(shù)據(jù)，自動調節(jié)控制吸附時間，達到裝置高的產品收率與質量。經在從煉油廠催化干氣中提取氫的多床真空變壓吸附裝置(處理能力為8000Nm3/h)數(shù)次試驗結果表明，在原料氣流量為3000-7500Nm3/h且每分鐘流量波動達1500Nm3/min、原料氣中產品含量在28-52％之間也波動較大的情況下，產品氫氣的回收率提高了11.37個百分點，產品氫氣的純度提高了1.82個百分點，產品質量合格率提高0.33個百分點達到99.9％以上。因此，本發(fā)明自動調節(jié)控制吸附時間，充分發(fā)揮了裝置的潛能，能大大提高產品的收率與質量，又能降低操作者的工作量，與現(xiàn)有的技術相比具有明顯優(yōu)點和顯著效果，實用性強，系一種新的變壓吸附裝置控制系統(tǒng)。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。


圖1是本發(fā)明變壓吸附裝置吸附時間及產品收率與質量控制系統(tǒng)的組成方框圖。
如附圖1所示，本發(fā)明是采用控制計算機內設包括變壓吸附(PSA)裝置設定產品收率計算單元、裝置實際產品收率計算單元和由前饋控制器、異常處理器、反饋控制器、手動/自動切換控制器所組成的主控制器單元，這三個單元之間的連接由DCS控制器內部模塊數(shù)據(jù)交換，將原料氣流量信號線和原料氣產品含量數(shù)據(jù)信號線分別連接裝置設定產品收率計算單元和裝置實際產品計算單元的輸入端，并在裝置設定產品收率計算單元輸入端連有解吸氣產品含量設定數(shù)據(jù)線，在裝置實際產品收率計算單元輸入端連接產品氣流量信號線，主控制器單元的輸出線為吸附時間信號線連接變壓吸附裝置的程序控制單元。它將輸入的原料氣流量、原料氣產品含量、產品氣流量的數(shù)據(jù)信號和設定的解吸氣產品含量數(shù)據(jù)信號經計算處理變換為吸附時間信號輸出給變壓吸附裝置的程控計算機調節(jié)控制裝置產品收率及質量。
本發(fā)明變壓吸附裝置吸附時間及產品收率與質量控制系統(tǒng)的控制計算機采用獨立的控制計算機或一并配用于變壓吸附裝置的程序控制計算機?？刂朴嬎銠C可選用包括工業(yè)控制計算機、單板機、通用系統(tǒng)機或集散型計算機等。本發(fā)明控制系統(tǒng)的具體設置連接為裝置設定產品收率計算單元的輸出分別連接主控制器單元的前饋控制器和反饋控制器，裝置實際產品收率單元的輸出連接反饋控制器，主控制器單元中的異常處理器的輸出線分別連接前饋控制器、反饋控制器，反饋控制器和前饋控制器的輸出連接手動/自動切換控制器，手動/自動切換控制器的輸出線即為本控制系統(tǒng)的吸附時間輸出信號線。
本發(fā)明變壓吸附裝置吸附時間及產品收率與質量控制系統(tǒng)實施例設計內容1、裝置設定產品收率單元SP=[100×(AI5103-XJ)]/[AI5103×(100-XJ)]SP-裝置設定產品收率AI5103-原料氣產品含量
XJ-解吸氣產品含量設定值2、裝置實際產品收率計算單元2.1、PV=FQ5102/(FQ5101×AI5103)PV-裝置實際產品收率FQ5102-產品氣流量在一個分周期的累計值FQ5101-原料氣流量在與FQ5102產品氣流量同一個分周期的累計值2.2、裝置實際產品收率與裝置設定產品收率差EN=PV-SP3、主控制器單元3.1、反饋控制器3.1.1、P=EN-ENn-13.1.2、Ti=EN×T/tiT-分周期時間ti-積分系數(shù)(根據(jù)裝置運行特性確定，本實施例裝置設計處理量8000Nm3/h,ti為40-80)3.1.3、BT=1/(1+tD/T)tD-微分系數(shù)(根據(jù)裝置運行特性確定，本實施例tD為400-600)3.1.4、TD=tD×BT(PV-2×PVn-1+PVn-2)/T+(1-BT)×TDn-1PVn-1-上周期裝置實際產品收率PVn-2-上上周期裝置實際產品收率3.1.5、D為吸附時間T5每周期的增加量D=-K(P+Ti+TD)K-比例系數(shù)(根據(jù)裝置運行特性確定，本實施例K為1-2)3.2、異常處理器3.2.1、若產品氣純度AI5101值低于產品質量設定值(本實施例設定為98.5)時則輸出吸附時間T5自動減少1/3T5秒，并把減少后的值保存到下一個分周期，若AI5101在下一個周期值繼續(xù)低于設定值則在下一周期秒鐘繼續(xù)減少1/3T5秒直至T5等于吸附時間的低限值T5LO，且優(yōu)先考慮這一條件。
3.2.2、報警系統(tǒng)當產品氣純度AI5101值低到設定的報警值時，SPHS聲光報警。
3.3、前饋控制器當|FLOW-FLOWn-1|≥H，下周期T5的改變量為[Q×X/FQ5101×(1-AI5103)]-T。
FLOW-本周期原料氣平均流量FLOWn-1-上周期原料氣平均流量H-設定值(根據(jù)裝置運行特性確定，本實施例H為50；當H設定為0時，只有前饋控制器和異常處理器起作用)X-容量控制調節(jié)系數(shù)(根據(jù)裝置運行特性確定，本實施例X為0-1)Q-裝置單塔吸附容量3.4、手動/自動切換控制器內設置控制轉換開關HSL，當HSL處于ON位置時，裝置產品收率與質量為自動控制狀態(tài)，且這一開關只對T5有效；但當原料氣流量或產品氣流量出現(xiàn)失真值時，系統(tǒng)自動切換到手動狀態(tài)。
本發(fā)明變壓吸附裝置吸附時間及產品收率與質量控制系統(tǒng)所依據(jù)輸入的原料氣中產品含量值是由裝置在線分析儀表直接測定的數(shù)值或是采用裝置運行時段4-8個實驗室檢測數(shù)據(jù)輸入計算機所得加權平均值。
權利要求
1.一種變壓吸附裝置吸附時間及產品收率與質量控制系統(tǒng)，它包括控制計算機、原料氣流量信號線、原料氣產品含量測定數(shù)據(jù)線、產品氣流量信號線，其特征是在控制計算機內設置包括裝置設定產品收率計算單元、裝置實際產品收率計算單元和由前饋控制器、異常處理器、反饋控制器、手動/自動切換控制器所組成的主控制器單元，這三個單元之間的連接由DCS控制器內部模塊數(shù)據(jù)交換，在裝置設定產品收率計算單元和裝置實際產品收率計算單元的輸入端一并連接原料氣流量信號線、原料氣產品含量信號線，并在裝置設定產品收率計算單元輸入端連接解吸氣產品含量設定數(shù)據(jù)線，在裝置實際產品收率計算單元輸入端連接產品氣流量信號線，主控制器單元的輸出線為吸附時間信號線連接變壓吸附裝置的程序控制單元，將輸入的原料氣流量、原料氣產品含量、產品氣流量的數(shù)據(jù)信號和設定的解吸氣產品含量數(shù)據(jù)信號，經計算處理變換為吸附時間輸出給變壓吸附裝置的程序控制單元來調節(jié)控制裝置產品收率和質量。
2.根據(jù)權利要求1所述的變壓吸附裝置吸附時間及產品收率與質量控制系統(tǒng)，其特征是該控制系統(tǒng)具體連接為裝置設定產品收率計算單元的輸出線分別連接主控制器單元的前饋控制器和反饋控制器，裝置實際產品收率計算單元的輸出連接反饋控制器，異常處理器的輸出線分別連接前饋控制器、反饋控制器，反饋控制器和前饋控制器的輸出線連接手動/自動切換控制器，手動/自動切換控制器的輸出線即為本控制系統(tǒng)的吸附時間輸出信號線。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的變壓吸附裝置吸附時間及產品收率與質量控制系統(tǒng)，其特征是3.1、裝置設定產品收率計算單元的設定產品收率SP=[100×(原料氣產品含量AI5103-解吸氣產品含量設定值XJ)]/[AI5103×(100-XJ)]，3.2、裝置實際產品收率計算單元的實際產品收率PV=產品氣流量在一個分周期的累計值FQ5102/(原料氣流量在與FQ5102產品氣流量同一個分周期的累計值FQ5102×AI5103)，裝置實際產品收率與設定產品收率差EN=PV-SP，3.3、反饋控制器3.3.1、P=EN-ENn-13.3.2、Ti=EN×分周期時間T/積分系數(shù)ti3.3.3、BT=1/(1+微分系數(shù)tD/T)3.3.4、TD=tD×BT(PV-2×PVn-1+PVn-2)/T+(1-BT)×TDn-1)3.3.5、D為吸附時間T5每周期的增加量D=-比例系數(shù)K(P+Ti+TD)3.4、異常處理器內容3.4.1、產品氣純度AI5101值低于產品質量設定值時輸出的吸附時間T5自動減少1/3T5秒，并把減少后的值保存到下一個分周期，若產品氣純度AI5101值在下一個周期值繼續(xù)低于產品質量設定值應在下一周期秒鐘繼續(xù)減少1/3T5秒，直至T5等于吸附時間的低限值T5LO，3.4.2、報警系統(tǒng)在產品氣純度AI5101值低到設定的報警值，SPHS聲光報警，3.5、前饋控制器內容|FLOW-FLOWn-1|≥設定值H，下周期吸附時間T5的改變量為[裝置單塔吸附容量Q×容量控制調節(jié)系數(shù)X/FQ5101×(1-AI5103)]-T，3.6、手動/自動切換控制器內設置控制轉換開關HSL。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的變壓吸附裝置吸附時間及產品收率與質量控制系統(tǒng)，其特征是原料氣產品含量值AI5103為裝置在線分析儀表直接測定的數(shù)值或是裝置運行時段4-8個實驗室檢測數(shù)據(jù)輸入計算機所得加權平均值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種變壓吸附裝置吸附時間及產品收率與質量控制系統(tǒng)。它是采用控制計算機內設置包括變壓吸附裝置設定產品收率計算單元、裝置產品實際收率計算單元和由前饋控制器、異常處理器、反饋控制器、手動/自動切換控制器組成的主控制器單元,所組成為變壓吸附裝置的智能控制系統(tǒng)。它根據(jù)輸入的原料氣流量、原料氣產品含量、產品氣流量和設定的解吸氣產品含量經計算處理變換為吸附時間輸出給裝置程控單元調節(jié)控制裝置產品收率和質量。
文檔編號B01D53/047GK1314200SQ0013654
公開日2001年9月26日 申請日期2000年12月29日 優(yōu)先權日2000年12月29日
發(fā)明者張云生, 許德恒 申請人:中國石油化工股份有限公司滄州分公司