专利名称：液化石油气热值/华白指数及压力调整装置的制作方法
技术领域：
本发明属于测量设备领域，特别涉及一种在液化石油气中加入压缩空气以对液化石油气热值/华白指数及压力进行调整的装置。
背景技术：
液化石油气作为一种气体燃料，其热值/华白指数要大于天然气和煤气，并且，在常温下饱和蒸汽压较低，容易压缩成液态进行长距离输送，以便在广泛地区使用。
气态的纯液化石油气与空气按照一定比率混合后，一方面其饱和蒸汽压可大大降低，更容易压缩成液态，并适用于长距离输送，同时可以与其它燃气互换，作为调峰、备用气源、过渡气源。
目前，已有技术中，液化气混空气存在三大类型一低压引射式、机械比例阀式和随动流量混气式。
低压引射式其工作原理为，燃气以一定的压力从引射器的喷嘴射出，使引射器的收缩管周围产生负压，从而把空气吸入。两种气体在喉管混合，然后进入引射器的扩散管。混合气在扩散管内速度降低，压力增加。它采用的是大气作为混合稀释气体，利用汽化后的液化气通过文丘里，引射一定量的空气。然后送入低压气柜，混合气体经加压设备罗茨风机加压后供给用户。这种低压流程存在着以下问题(1)由于有气柜作为缓冲，增加了占地面积。(2)罗茨风机运行噪音大，故障率高不利于连续运行，出口压力无法提高、容量无法扩容。(3)通常是手动调节混合比例，热值调整精度低。(4)引射器工艺计算较为复杂，效率低，工况不稳定，混气效果不是十分理想。
机械比例阀式其工作原理为，一可变孔口三通阀，一般上下浮动以改变流量，左右转动以改变混合比。即先使用主、从两个调压器，把两种气体的压力调节至相等，使通过三通阀的流量与对应孔口的面积成比例。该装置在工作原理上存在下列问题(1)由于热值检测滞后的存在，单纯采用反馈式控制手段，将引起控制超调而导致系统振荡引起热值波动很难稳定。
(2)当用气负荷发生变化时，受主调压器控制的从调压器要滞后于主调压器动作，使两种气体压力产生相位不一致的波动，破坏了混合比。导致了混合器在负荷变化时热值有较大波动。
(3)混合阀入口调压器的配置增加了系统压力损失，为了提高混合气的出口压力，就要提高汽化压力，导致两个不良效果1汽化器的换热面积增大；2使液化石油气中的不饱和烃更易聚合，使混合阀活动部件更易被粘住而影响混合比率。
(4)混合阀是专用产品，需要很精密和复杂加工，稍有误差就严重影响其性能。在生产和调试过程中需要反复试验，生产数量又少，所以供货周期长、价格昂贵。且混合阀成型后，其混和比例不能随意变更。当工艺条件改变需要改变混和比例时，必须更换混和阀，系统适用性很差。
随动流量混气式其工作中，虽然克服了低压引射式、机械比例阀式的缺点，但却没有消除热值反馈的滞后、纯液化石油气热值的波动、压缩空气压力温度变化带来的流量波动三种扰动因素对热值/华白指数带来的不利影响。
综上已有技术，液化气混空气的几种主要类型都存在着诸多不足，因此需要创新地研制出一种新型设备装置，用以对液化石油气热值/华白指数及压力进行有效调整及控制。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，针对已有技术中，液化气混空气时，比例调整及热值调整精度差，工艺程序复杂、效率低，而且若采用机械比例阀式，不仅混合阀的价格昂贵，而且混合比例不易随便更换，系统适应性差，同时，热值调整控制采用的是连续控制系统，导致了热值的滞后和不稳定，为了克服上述诸多不足，而重新设计一种测量设备装置，以及对热值调整控制选用了采样控制系统，这种控制系统是将测量和控制作用通过采样开关及零阶保持器，每隔一个采样周期进行一次采样和一次调节，用以实现液化石油气混空气的理想状态，及将其热值/华白指数及压力进行有效控制及调整。
在描述具体方案之前，先叙述本方案所依据的基本原理。本发明装置的工作原理是，根据能量平衡原理，在液化气中混入一定量的空气，将其能量稀释，使调后热值/华白指数稳定在一定范围内。
其理论依据为Qlpg×Flpg＝ Qs0×(Flpg+Fa)式中Qlpg---液化气热值，MJ/Nm3Flpg---液化气流量，Nm3/HrQs0---混合气的热值稳定值(目标值)，MJ/Nm3Fa---稀释用必要空气流量，Nm3/HrFa=Qlpg×FlpgQs0-Flpg]]>根据上述原理，采用等压混和加静态混合器方式，自动控制空气、燃气各自的阀门开度，调整其混合比，两种气体混合后，经过管道混合器中特制的锥体导叶改变方向。该锥体导叶是用带角度的刃边刀片组成，使气体产生离心运动，沿筒壁运动，然后在气体出口处经过第二次涡流破碎器，将气体由出口导管输出，气体由原来的层流变为紊流得以均匀混合。
通过对热调原理和系统分析，可清楚的看到液化气的组分、流量、空气流量的变化均能改变混合器的热值，而传统反馈式调节器必须等待混合气热值过程值偏离给定值后才改变输出，而热值检测又存在着滞后，使得它的校正作用起步较晚，并且对应一定幅值的干扰它不能立即提供一个精确的输出，只是在正确的方向上进行试探，以求得热值的测量值与给定值相一致。这种尝试方法就导致了热值的振荡，如果干扰的频率稍高，这种尝试方法由于来回反复试探，必然使系统很难稳定。特别是滞后的存在，使得热值的变化不能及时、如实地送到调节器，使调节器仍按过了时的滞后信号来操作，导致过渡时间加长，超调量增加。
为此，在控制策略上分别作了如下改进来消除影响热值的各种干扰。
1.采用“采样控制”来对策热值检测的纯滞后。
传统的热值调整控制策略是一连续控制系统，其特点是在时间域上调节器连续地接收测量信号，并连续地给出校正信号。而采样控制则是其测量和控制作用通过采样开关和零阶保持器每隔一个采样周期进行一次采样和一次调节。
对于热值检测，假设它的纯滞后时间为t，那么任何校正作用至少要经过时间t以后才能反映出来，常规的比例、积分、微分调节器是根据偏差来进行控制的，如果t很大，则长时间反馈回来的信号无变化，因而调节器对偏差的校正作用因得不到反馈信息而必然过头，积分作用将使过程产生严重的超调和振荡；另外当调节器改变它的输出而看不出效果时，继续改变它的输出就没有任何意义。因此采用“采样控制”从控制策略来理解就是”调一下，等等看”的思想和做法。
2.采用“串级控制”对策空气流量的自发性扰动串级控制系统有两个调节器一个是主调节器，一个是副调节器。主调节器的输出作为副调节器的给定。在热值调整系统中，采用混合气热值与空气流量组成串级控制系统，混合气热值作为主被控变量，空气流量作为副被控变量。
假设混合气热值维持在给定值附近很稳定，当空气流量发生自发性扰动时，如果不改变空气流量控制阀开度，混合气热值肯定会相应地发生变化，由于热值检测的滞后，采用传统的控制策略则不能及时做出校正。但经串级控制的副回路调节后，能够及时地起调节作用，使得干扰对热值的影响减弱；如果干扰很大影响到热值时，主调节器的输出开始发生变化，对副调节器来讲，它将接受给定值与测量值两方面的变化，从而使输入偏差增加，校正作用加强，加速了调节过程。
3.采用“前馈控制”对策液化气组份及流量的变化上述所提到的各类控制策略中，调节器都是按给定值与测量值之差，即按偏差来进行工作的，这就是根据反馈原理工作的控制系统。但当出现液化气流量变化大、组份变化大的干扰时，反馈控制的品质往往不能令人满意。一个解决的方法就是引入前馈控制。用一台热值仪检测出液化气热值Qlpg，用流量计检测出液化气流量Flpg。根据上式可演算出必要空气流量Fa，做为空气流量控制阀的预调值去使空气流量控制阀达一预置开度；当液化气热值和/或液化气流量发生变化时，可反映出必要空气流量的变化，从而可改变空气流量控制阀的开度，对混合气热值起到及时的校正作用。
Fa为前馈量，由于调整热值依靠的是向原燃气中掺入空气的数量，因此系统中被控对象是空气。控制系统由内、外两个闭环调整环节组成。内部调整环节以实测的调整空气流量与前馈空气流量之差为反馈量，由控制器PID2完成对调整空气量的控制；外部环节则以调整后的混合气体的热值与目标燃气热值之差为反馈量，由控制器PID1完成对前馈空气量的在线调整。内、外两个环节配合可以补偿各种调节装置的误差。再加上合理的前馈环节，使系统具有良好的稳态和瞬态控制精度。
具体地说，本发明的目的是依靠以下技术方案来实现的，一种液化石油气热值/华白指数及压力调整装置，包括液化石油气计量及调压装置、压缩空气计量及调压装置，并分别连接到流量控制装置，再合并进入气体混合装置、热值控制调整装置，其特征在于，该液化石油气计量及调整装置设置在一路液化石油气管线上，它包含有液化气手动蝶阀、液化气压力变送阀、液化气流量计；其后跟随有液化气温度热电阻及液化气单向阀所构成的液化气流量控制装置；设置在另一路管线上的是压缩空气流量及调压装置，它包含有空气手动蝶阀、空气压力变送器、空气流量计；其后跟随有空气温度热电阻及空气单向阀所构成的空气流量控制装置；两路管线合并进入压力控制阀及管道混合器，其后连接着混合气热值仪及混合气手动蝶阀；再将其接至采样控制系统进行热值调整控制。
本发明的有益效果是，本装置对于液化气中混入一定量空气的热值/华白指数，得到稳定的控制及调整，并能精确测量出其流量、压力，补偿各调节装置的误差，使系统有良好的稳态和瞬态的控制精度。
图1是本发明装置的构成及各工艺部分连接关系2是采样控制的原理3是本发明装置的热值控制调节系统原理框中液化气手动蝶阀1.1，空气手动蝶阀2.1，液化气压力变送器1.2，空气压力变送器2.2，液化气流量计1.3，空气流量计2.3，液化气温度热电阻3.1，空气温度热电阻4.1液化气单向阀3.2，空气单向阀4.3，压力控制阀5流量控制阀4.2液化气热值仪7混合气热值仪8混合气手动蝶阀9管道混合器6。
具体实施例方式
参照图1，表示本发明装置的构成及各工艺部分连接关系示意图，图中液化器热值仪7、测出汽化后的液化石油气热值，用液化气流量计1.3、液化气压力变送器1.2、液化气温度热电阻3.1测出液化气标准状况下的流量，信号通过液化气单向阀3.2送入过程控制器中按公式进行演算，算出必要空气量信号作为流量控制阀4.2的预调值去控制空气流量控制阀4.2的开度，用空气流量计2.3、空气压力变送器2.2、空气温度热电阻4.1测出空气标准状况下的流量，通过流量控制阀4.2及空气单向阀4.3送入过程控制器压力控制阀5中，使得实际空气流量与必要空气量相符，从而使液化气与空气以一定比率进行混合，通过管道混合器6得到一定热值的混合气。
用混合气热值仪8测出混合气的热值，通过混合气手动蝶阀9输出，当混合气热值与设定目标值出现偏差后，由过程控制器的PID调节，与必要空气量相结合，输出一控制信号来改变流量控制阀4.2的开度，加大或减少空气量，使热值维持在设定目标值。
该装置的负荷(压力)调节，是通过过程控制器控制压力控制阀5来实现的。
权利要求
1.一种液化石油气热值/华白指数及压力调整装置，包括液化石油气计量及调压装置、压缩空气计量及调压装置，并分别连接到流量控制装置，再合并进入气体混合装置、热值控制调整装置，其特征在于，该液化石油气计量及调整装置设置在一路液化石油气管线上，它包含有液化气手动蝶阀、液化气压力变送器、液化气流量计；其后跟随有液化气温度热电阻及液化气单向阀所构成的液化气流量控制装置；设置在另一路管线上的是压缩空气流量及调压装置，它包含有空气手动蝶阀、空气压力变送器、空气流量计；其后跟随有空气温度热电阻及空气单向阀所构成的空气流量控制装置；两路管线合并进入混合气压力控制阀及管道混合器，其后连接着混合气热值仪及混合气手动蝶阀；再将其接至采样控制系统进行热值调整控制。
2.根据权利要求1所述的液化石油气热值/华白指数及压力调整装置，其特征在于，所述的采样控制系统，由采样开关和零价保持器组成，按内、外两个闭环调整环节工作，内部的PID2完成调整空气量的控制，外部的PID2完成对前馈空气量的在线调整，内外环节配合补偿各种调节装置误差。
3.根据权利要求1所述的液化石油气热值/华白指数及压力调整装置，其特征在于，所述混合装置采用管道式静态混合器。
4.根据权利要求1及3所述的液化石油气热值/华白指数及压力调整装置，其特征在于，所述管道式静态混合器中具有带角度的刃边刀片，使气体产生沿管壁离心运动。
全文摘要
液化石油气热值/华白指数及压力调整装置，属于测量设备领域，包括液化石油气计量及调压装置、压缩空气计量及调压装置，并分别连接到流量控制装置，再合并进入气体混合装置、热值控制调整装置，该液化石油气计量及调整装置设置在一路液化石油气管线上，设置在另一路管线上的是压缩空气流量及调压装置，两路管线合并进入压力控制阀及管道混合器，其后连接着混合气热值仪及混合气手动蝶阀；再将其接至采样控制系统进行热值调整控制。本装置对于液化气中混入一定量空气的热值/华白指数，得到稳定的控制及调整，并能精确测量出其流量、压力，补偿各调节装置的误差，使系统有良好的稳态和瞬态的控制精度。
文档编号G05D16/00GK1570802SQ20041003405
公开日2005年1月26日 申请日期2004年4月23日 优先权日2004年4月23日
发明者李朝龙, 刘俊德, 邓玉平 申请人:河南安彩高科股份有限公司