带分程控制的压力容器充氮包装系统的制作方法

本发明涉及一种pid控制领域，尤其是一种带分程控制的压力容器充氮包装系统。

背景技术：

近年来，随着石化压力容器和核电压力容器设备技术要求越来越严苛，导致能胜任加工制造的制造厂屈指可数，因而常常发生压力容器生产制造地点和使用地点相隔非常遥远的情况，运输途中常常花费几天甚至几十天的时间。为了防止运输途中设备内部腐蚀和氧化，一般都采用充氮包装，将压力容器密封，然后内部填充一定压力的氮气，可以有效的防止外部空气和水蒸气的进入，杜绝腐蚀和氧化，在海上运输时采用充氮保护的氮封方法尤其重要。

现有的充氮包装方法，是在压力容器内部填充约0.02～0.07kpa的氮气，将其密封后直接运输。由于考虑经济成本,压力容器设备运输时，接管法兰都不采用原配密封垫，或者由于某些接管后续将连接管道故没有法兰结构，这些管口都采用临时密封结构，两种密封方式都不能承受较高的内压。另一方面，如果保持较低的氮压，则不能保证设备内部处于氮封状态。

由于运输路途较远，跨越纬度较大导致温度差异明显，且白天与夜晚的温差很大，根据气体平衡方程，容器内部的氮气压力会有很大的波动，经常会有超出0.02～0.07kpa范围的情况发生；现有的技术方法是随车备用几个氮气瓶，当容器内氮气压力过低时，用瓶内氮气对其进行补充，而压力过高时无法处理，极有可能在管口处泄露。此方法的局限性非常大，首先对于动辄几十甚至上百立方米的压力容器容积来说，几个气瓶的储备量所起的作用杯水车薪；其次，即使有足够的备用氮气，当容器内部压力过低后再补充回规定值，需要一个很漫长的时间，这个时间区间内，容器内部处于非保护状态；此外，现有技术方法无法解决白天和夜晚温差反复变化导致内压循环波动的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种保持内压稳定、实时调节、克服温度影响，时刻保持氮封状态的带pid分程控制的充氮包装系统，而且是一个控制精确的闭环控制系统。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：

一种带分程控制的压力容器充氮包装系统，包括抽气变频泵、补气变频泵、压力传感器、压力变送器、压力分程控制器、t型三通阀和高压蓄能罐；高压蓄能罐与t型三通阀的a口连接，t型三通阀的b口通过充气变频泵连接预保护压力容器，该条管道用于将高压蓄能罐中的氮气补充给处于低压的预保护压力容器；t型三通阀的c口通过抽气变频泵连接预保护压力容器，该条管道用于将预保护压力容器内部多余的氮气排出到高压蓄能罐中；压力传感器置于预保护压力容器内用于实时检测容器内的压力情况，并将测量数据传递给压力变送器，压力变送器将测量数据转换为压力分程控制器能够识别的标准信号，然后将该标准信号传给压力分程控制器的线路板前端所设的输入回路，该输入回路用作信号比较、转换和线性化，将测量的压力信号与设定压力值比较的偏差作为压力分程控制器的输入值，并根据给定的控制规律，计算出压力分程控制器的输出值用以控制充气变频泵或者抽气变频泵；当测量的压力值小于设定压力值时，压力分程控制器根据比例积分控制(pi)方法，快速调节压力偏差，并且调节完成后无余差，压力分程控制器的输出将实时根据输入的变化来调节充气变频泵的运行功率，充气变频泵根据压力分程控制器指定的运行功率将高压蓄能罐内的氮气抽出并打入预保护压力容器内；此时压力传感器监测预保护压力容器内的压力变化，系统根据压力变化实时调节充气量和充气速度，构成一个完整的闭环控制系统，循环运行，直至预保护压力容器的内部压力再次达到氮封所需的规定值；在此期间压力分程控制器的输出为零；在此调节周期内，抽气变频泵的运行功率为零，即处于完全关闭状态；当控制过程中出现超调时，系统才会临时启动抽气变频泵，即补气过多，预保护压力容器内压高于设定压力值时，或当外部环境温度升高时，预保护压力容器内部压力升高，测量的压力值大于设定压力值时，压力分程控制器根据偏差值启动抽气变频泵将预保护压力容器内的多余氮气抽入高压蓄能罐中，直至再次平衡。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明采用分程控制系统，当预保护压力容器内部压力过低时，使用高压储能罐内预装的大量高压氮气进行补充，当预保护压力容器内部压力过高时，将多余的氮气抽入至高压储能罐内备用。通过压力分程控制器可以很精确的控制变频泵的输出功率，并且，压力分程控制器采用pid控制规律中的比例积分(pi)控制方法，既可以消除余差，又可以保证被控参数的快速稳定再平衡，因而可以实现对预保护压力容器内部压力的实时、准确控制，克服了温度变化的影响，保证预保护压力容器内部压力的稳定，实现全程氮封，并且不需要储备额外的备用氮气瓶，因此具有很大的推广前景和社会需求。

附图说明

图1是带分程控制的压力容器充氮包装系统的结构示意图。

图2是带分程控制的压力容器充氮包装系统的控制方框图。

图例说明：1.预保护压力容器；2.充气变频泵；3.抽气变频泵；4.压力分程控制器；5.压力变送器；6.t型三通阀；7.高压蓄能罐；8.压力传感器；此外，图中带方向管线，实线为实际的工艺管道回路，虚线是控制回路部分。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种带分程控制的压力容器充氮包装系统，包括充气变频泵2、抽气变频泵3、压力分程控制器4、压力变送器5、t型三通阀6、高压蓄能罐7和压力传感器8；图中带方向箭头的管线，实线部分为实际的工艺管道，虚线部分为控制回路。

工艺管线主要分为预保护压力容器补气回路和抽气回路两条，且其流通方向固定；其中抽气回路中，高压蓄能罐7与t型三通阀6的a口连接，t型三通阀6的c口通过抽气变频泵3连接预保护压力容器1，该条管道用于将预保护压力容器1内部多余的氮气排出到高压蓄能罐7中；氮气由预保护压力容器1内部由抽气变频泵3抽出，然后经过t型三通阀6后被打入高压蓄能罐7中；补气管道回路中，t型三通阀6的b口通过充气变频泵2连接预保护压力容器1，该条管道用于将高压蓄能罐7中的氮气补充给处于低压的预保护压力容器1；氮气由高压蓄能罐7经过t型三通阀6后，依靠补气变频泵2打入预保护压力容器1内部。

控制回路部分，如图2所示，采用压力传感器8测量预保护压力容器1内部压力，然后将测量信号传递给压力变送器5，压力变送器5将压力信号转换为4-20ma的标准信号，可以被压力分程控制器4所识别，然后将该标准信号传给压力分程控制器4的线路板前端所设的输入回路，该输入回路用作信号比较、转换和线性化，将测量的压力信号与设定压力值比较的偏差作为压力分程控制器4的输入值，然后压力分程控制器4根据给定的控制规律，计算出输出值，用以控制充气变频泵2或者抽气变频泵3，即可实现抽气回路和补气回路中哪个回路运行，以及运行功率多大，实现预保护压力容器1内部的精确、实时的充氮或减压，保证预保护压力容器1内部氮气压力的稳定，实现全程氮封。

实施例1

将所述系统按图1所示连接，初始状态下，预保护压力容器1内部填充规定压力值的氮气，高压蓄能罐7内充满压力远高于氮封压力的高压氮气，初始时，预保护压力容器1内部的压力值精确等于设定压力值，此时抽气回路和补气回路都处于关闭状态，即充气变频泵2和抽气变频泵3的运行功率都为零。

压力传感器8实时监测、实时传递预保护压力容器1内部压力变化，当外部环境温度降低时，根据气体平衡方程，预保护压力容器1内部压力降低，压力传感器8将测得的压力信号传递给压力变送器5，压力变送器5将上游传递过来的压力信号转变为压力分程控制器4可以识别的4-20ma标准电信号，然后将该标准信号传给压力分程控制器4的线路板前端所设的输入回路，该输入回路用作信号比较、转换和线性化，将测量的压力信号与设定压力值进行比较，将其差值称为偏差，作为压力分程控制器4的输入，由于温度降低，测量所得预保护压力容器1内部压力值小于设定压力值，压力分程控制器4根据比例积分控制pi方法，可以快速的调节压力偏差，并且调节完成后无余差，压力分程控制器4的输出将实时根据输入的变化来调节充气变频泵2的运行功率，充气变频泵2根据压力分程控制器4指定的运行功率将高压蓄能罐7内的氮气抽出并打入预保护压力容器1内；此时压力传感器8监测预保护压力容器1内的压力变化，系统根据压力变化实时调节充气量和充气速度，构成一个完整的闭环控制系统，循环运行，直至预保护压力容器1的内部压力再次达到氮封所需的规定值；在此期间压力分程控制器4的输出为零。在此调节周期内，正常情况下抽气变频泵3的运行功率为零，即处于完全关闭状态，只有当控制过程中出现超调时，系统才会临时启动抽气变频泵3，即补气过多，压力容器内压高于设定值时，会跳转至实施例2所述系统运行工况，直至再次平衡。

实施例2

当外部环境温度升高时，压力传感器8测得的预保护压力容器1内部压力升高，大于设定压力值，此时压力分程控制器4根据偏差值启动抽气变频泵3将预保护压力容器1内的多余氮气抽入高压蓄能罐7中，直至偏差为零，即压力再次稳定在规定值范围内，一个调节周期结束。如果出现超调，即抽气过多，压力容器内压低于设定值时，会跳转至实施例1所述系统运行工况，直至再次平衡。

本发明的上述实例，仅仅是本发明的优选实施方法，而并非本发明使用方式的限定。