一种比例控制的安全阀泄压装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种比例控制的安全阀泄压装置，属于高压设备及真空减压设备的防爆泄放装置领域。


背景技术：

2.在承压系统中，安全泄压装置是过压保护的专用泄放设备，在压力略高于预设值时，其自动开启泄压，防止管道或设备超过容器承压极限，当压力回落略低于预设值时，其自动停止泄压并保持密封。安全泄压装置是压力设备发生爆炸事故前的最后一道安全措施，对保护人员和设备安全的作用至关重要。
3.现有安全阀可靠性低、难电子化、弹性易弛豫、温度敏感等，缺陷较多而严重。主要是弹性载荷控制启闭，泄压时部分阀芯插入流体，有涡激振动等不良影响；弹性载荷阀门，泄压时会震颤跳动，依据开度
‑
流量经验公式似乎缺乏可靠基础。超压保护系统中的关键部件为泄压阀，它是直接控制内部最大压力的装置，一侧直接连通设备，另一侧连接泄压管。其他，较常见的安全泄放装置包括:重锤杠杆式、脉冲式安全阀、爆破片，均适用于锅炉、压力容器和管道上。重锤杠杆式安全阀利用重锤和杠杆施加载荷，加载机构易振动，容易引发过量介质泄露；脉冲式安全阀包含由主阀和副阀，副阀产生脉冲作用带动主阀动作，实际中较少见到；另一常见泄压阀为爆破片，结构简单、密封性能好，当压力超过限定值后，爆破开始向外排放介质，缺点为不可重复利用，更无法用于需要连续性操作的系统。
4.据几项事故统计，安全阀失效是压力容器发生事故的最主要原因。在很大容器压力下，才能使阀片开度大于压力容器安全泄压需求，往往使容器内压力处于超压状况。目前使用的安全阀，必须经过特种设备检验检测机构检测后方可使用，一经测定使用过程中就不能改变，安全阀操作人员对危机处理流程不了解，检修期才能发现安全阀出现阀片锈蚀、弹簧失效故障。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种比例控制的安全阀泄压装置，从而解决上述技术问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种比例控制的安全阀泄压装置，包括真空减压蒸馏塔，还包括连接在真空减压蒸馏塔上的压力传感单元、控制单元、执行单元以及usb备用源；所述执行单元为三段式执行单元；所述控制单元通过开关连接执行单元，控制单元设置有低通滤波器；所述执行单元连接真空减压蒸馏塔；所述执行单元还连接有传感单元，其用于检测压力值；所述执行单元包括慢速泄压区、中速泄压区、快速泄压区以及阀芯，执行单元为电磁阀组合；所述慢速泄压区、中速泄压区以及快速泄压区设置有阀芯；所述慢速泄压区、中速泄压区、快速泄压区以及阀芯均设置在三段式比例泄压阀外壳内。
7.进一步的，所述压力传感单元的换能器正向设脉冲屏蔽罩，其地面为多孔稳流板，
侧面贯通不少于70％面积。
8.进一步的，所述低通滤波器，具体为算数平均滤波器。
9.进一步的，所述执行单元的每个电磁阀均可单独拆装，在线同规格替换故障阀。
10.进一步的，所述控制单元输出开关信号后，根据启动与截至电流的特征可识别故障，智能发送故障信息给控制端。
11.进一步的，所述阀芯设置在弹性载荷泄压阀外壳内；所述阀芯位于泄压口的位置设置有密封圈；所述阀芯迎流面后方设置有周期振动的涡街。
12.本实用新型的有益效果是：本实用新型设备电磁控制，有智能控制单元和模块化标准化执行器，因此可扩展、可线性控制、可被集成，适于有多变量耦合的控制系统，如真空蒸馏装置系统，可独立工作，也可以协同设备既有的多变量控制器(mpc)，成为系统性控制的一环。
附图说明
13.图1为本实用新型实施例“三段式比例泄压阀”与真空减压蒸馏塔安装示意图；
14.图2为本实用新型的结构施例三段式比例泄压阀的结构示意图；
15.图3为本实用新型闭环比例控制传递信号流程与关键变量示意图；
16.图4为本实用新型普通弹性载荷泄压阀的泄压示意图。
17.图中：1、压力传感单元，2、执行单元，21、慢速泄压区，22、中速泄压区， 23、快速泄压区，24、阀芯，241、弹性载荷泄压阀外壳，242、密封圈，25、三段式比例泄压阀外壳，3、真空减压蒸馏塔。
具体实施方式
18.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限制本实用新型的范围。
19.除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
20.如图1、图2和图3所示，一种比例控制的安全阀泄压装置，包括真空减压蒸馏塔3，还包括连接在真空减压蒸馏塔3上的压力传感单元1、控制单元、执行单元2以及usb备用源；所述执行单元2为三段式执行单元；所述控制单元通过开关连接执行单元2，控制单元设置有低通滤波器；所述执行单元2连接真空减压蒸馏塔3；所述执行单元2还连接有传感单元，其用于检测压力值；所述执行单元2包括慢速泄压区21、中速泄压区22、快速泄压区23以及阀芯24，执行单元2为电磁阀组合；所述慢速泄压区21、中速泄压区22以及快速泄压区23 上设置有阀芯24；所述慢速泄压区21、中速泄压区22、快速泄压区23以及阀芯24均设置在三段式比例泄压阀外壳25内。
21.本实施例优选的，压力传感单元的换能器正向设脉冲屏蔽罩，其地面为多孔稳流板，侧面贯通不少于70％面积。
22.本实施例优选的，低通滤波器，具体为算数平均滤波器。
23.本实施例优选的，执行单元2的每个电磁阀均可单独拆装，在线同规格替换故障阀。
24.本实施例优选的，控制单元输出开关信号后，根据启动与截至电流的特征可识别故障，智能发送故障信息给控制端。
25.本实施例优选的，参照图4，阀芯24设置在弹性载荷泄压阀外壳241内；所述阀芯24位于泄压口的位置设置有密封圈242；所述阀芯242迎流面后方设置有周期振动的涡街。
26.该装置涉及到闭环比例控制器，反馈设备压力为输入变量，输出逻辑变量“开”或“关”。所述装置至少包括：压力传感单元；控制模块单元；执行机构单元(电磁阀组合)；ups备用源。泄压路径如下，上升段pb到pc(pc≤pd) 为，下降段为pc到pa；2)控制单元离散输出，控制相应电磁阀执行“开”或“关”，在任意区间(p
i
，p
j
)的输出间隔δε
pij
和其强度δs
ij
成反比。对应的执行机构单元，1)在任意的等距输出的区间(p
i
，p
j
)触发“开/关”次数反比单一阀通流能力；2)所述泄压路径内，超压δp大小，正比泄压电磁阀的通流能力s。其中，p
a
设备正常压力，p
b
整定压力，p
d
超压极限，p
b
处开启阀门总通流能力s
ab
，是以国标规范以及压力设备安全为依据的设定值。
27.不同于现有pid、mpc等时域控制技术，本实用新型控制模块无关时间t，输出间隔为压力的变化量δε
p
；理论计算参数范围，δε
p1
和δε
p2
分别是精度极限和标准规范允许误差上限，则输出设定最小压力间隔δε
p min
满足关系δε
p1
≤δε
p min
≤δε
p2
，还满足n1＝(δp
ab
)/δε
p min
，n2＝(p
c
‑
p
b
)/δε
p min
，n1与 n2为正整数，n2为泄压上升段“开启”次数上限，n1+n2为下降段“关闭”次数及执行单元的电磁阀数量上限。
28.任意等距输出区间(p
i
，p
j
)，有n
ij
开/关次数(即对应电磁阀数)，则比例系数δ
ij
是设定值，δ
ij
满足n
ij
是正整数；2)所述区间(p
i
，p
j
) 控制强度δs
ij
，“控制强度”代表单次开/关电磁阀的流通能力，控制间距δε
p
＞0 的输出变量“开”，δε
p
＜0输出变量“关”。
29.整个泄压区间(p
a
，p
c
)，比例系数δ
ij
，可唯一，也可有不同系数δ
ij
多个子区间；如有所述多个子区间，超压δp较大大的区间系数δ较小。不同于普通pid控制器，本装置比例系数δ
ij
，意义：增大某区间的δ
ij
，相对提前该区间控制，提前量正相关δδ，直至区间总通流能力提前到同一位置；同理，减小区间的δ
ij
，相对延迟该区间控制，延迟量也正相关δδ。
30.压力传感单元的换能器正向设脉冲屏蔽罩，其底面为多孔稳流板，侧面贯通不少于70％面积；2)周期噪音过滤，控制模块设低通滤波器，具体为算数平均滤波器(多次采样均值)或滑动平均滤波器。
31.执行单元标准化模块设计，每个电磁阀均可单独拆装，在线同规格替换故障阀；控制模块输出开/关信号后，根据启动与截止电流的特征可识别故障，智能发送故障信息给控制端；每个不同系数δ
ij
子区间的备用阀，至少占该区间总数20％且必不小于1，待修期间的故障阀，其功能由控制模块智能替换备用阀；所述电磁阀只有全开模式，工况时阀芯全部移动进入预设凹槽，不发生流
‑
固耦合。
32.附图1示出了本实用新型一种实施例“三段式比例泄压阀”安装于真空减压蒸馏塔示意图，本实用新型旨在发展一种压力控制装置，适用简单系统，还适用高温、低压及多变量耦合系统。其中，控制单元的硬件属既有常规技术实现，不予展开；
33.附图2为本实用新型一种实施例三段式比例泄压阀的执行单元结构示意图。所述执行单元泄压路径为“p
b
→
p
c
→
p
b
→
1.01p
a
→
p
a”，结构包括：1)执行单元慢速泄压区，其在泄压起点p
b
，与中速区阀门同时开启，泄压尾端最后关闭，该区决定本实施例的控制精度和稳定性；2)执行单元中速泄压区，其阀门在泄压起点p
b
开启，提供本泄压需要的主要通流能力；3)执行单元慢速泄压区，其提供本实施例在极限泄压条件下的高适应能力，既加速泄压，也是安全余量；
34.特别的，附图2中的三段式比例泄压阀的执行单元，电磁阀“大小”变化，只反映δ提前/延迟控制的效果，电磁阀“大小”与仍与区间长度有关。不同于普通pid控制器及其执行器，本实用新型所述比例系数δ
ij
意义：增大某区间的δ
ij
，相对提前该区间控制，提前量正相关δδ，直至区间总通流能力提前到同一位置；同理，减小区间的δ
ij
，相对延迟该区间控制，延迟量也正相关δδ。因此，本实用新型单独使用比例控制方法，增益效果有自限性，不会引起超调过冲，更适合高温低压等极端、高要求的系统；
35.进一步地，实际工业装置系统，压力常耦合温度、物料平衡、热量平衡参数等，单一的压力控制只能泄压防爆，对系统恢复平衡意义不大；如果，本实用新型控制器与多变量控制器mpc协同，将其特有压力控制相关参数传给mpc，mpc 根据要求给出解耦合的压力调控目标，本实用新型装置以解耦合的压力为调控目标，并与mpc保持相应调节同度，则形成多变量耦合的复杂系统安全稳压、泄压装置。
36.既有安全阀的适用范围有一定的局限性，基于设备超压保护需要，依据相关国家标准规范，设计一种安全泄压阀，克服上述压力泄放装置的可靠性和适应性缺陷，同时为高端精细化工设施提供安全支持。本实用新型设备电磁控制，有智能控制单元和模块化标准化执行器，因此可扩展、可线性控制、可被集成，适于有多变量耦合的控制系统，如真空蒸馏装置系统，可独立工作，也可以协同设备既有的多变量控制器(mpc)，成为系统性控制的一环。
37.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。