专利名称：变压吸附装置吸附时间及产品收率与质量控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制系统，尤其是一种变压吸附装置吸附时间及产品收率与质量的控制系统。
变压吸附(PSA)工艺方法作为一种先进的气体分离技术已成功地广泛应用于石油、化工、电子、冶金、医药等领域，诸如从炼油厂催化干气、石油重整富氢气、合成氨厂驰放气、甲醇驰放气等含氢混合气中提取纯氢；从液化丁烷气中分离出异丁烷和正丁烷；从高炉废气中提取一氧化碳；等等。它对工业生产起到了节能降耗、废气利用、增产增效的显著效果。在已知技术中，变压吸附装置的控制系统，如中国专利CN1032120所提供的变压吸附程序控制操纵装置属石油、化工、冶金行业变压吸附气体分离用控制装置，它主要包括程序控制计算机、程序控制阀开关控制机构、程序控制阀，使变压吸附装置在稳定性和可靠性方面得到改善。但现有变压吸附装置的控制系统，系由操作工根据原料气流量、产品气流量等仪表显示通过人工确定或调节吸附时间输入到程序控制单元的程控计算机来调节和控制产品收率与质量。由于人工调节操作方法，主要依靠操作工的经验，受人为因素影响较大，又因在装置运行中原料气流量、原料气产品含量频繁波动，操作工很难及时准确地进行相应调节，往往造成调节滞后或偏差，也就使得产品收率较低、产品质量较差，且操作工劳动量大。
本发明之目的是提供一种改进的变压吸附装置控制系统，它能根据装置原料气流量、原料气产品含量和产品气流量的变化自动调节控制吸附时间达到提高产品收率和质量，且能降低操作者劳动量。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是采用控制计算机内装设包括变压吸附(PSA)装置(以下简称装置)设定产品收率计算单元、装置产品实际收率计算单元和由前馈控制器、异常处理器、反馈控制器、手动/自动切换控制器所组成的主控制器单元，这三个单元之间的连接由DCS控制器内部模块数据交换，在装置设定产品收率计算单元和装置实际产品收率计算单元的输入端一并连接原料气流量信号线、原料气产品含量数据信号线，并在装置设定产品收率计算单元输入端连接解吸气产品含量设定数据线，在装置实际产品收率计算单元的输入端连接产品气流量数据信号线，主控制器单元的输出为吸附时间信号线连接变压吸附装置的程序控制单元，所组成为变压吸附装置吸附时间及产品收率与质量的智能控制系统。使用时，将本发明的智能控制系统配连于变压吸附装置的程序控制单元，在装置不用停车的情况就可配装。在装置运行中，本发明控制系统中装置设定产品收率计算单元输入设定的解吸气含产品数值，原料气产品含量由在线分析仪表测定的数值、原料气流量由在线流量仪表测量的数值分别输入到装置设定产品收率计算单元和装置实际收率计算单元，装置的产品气流量由在线计量仪表测量的数据输入到装置实际产品收率计算单元，经这两个计算单元将所输入的数据计算并处理后又分别输入给主控制器单元，由主控制器单元DCS控制器内部摸块数据交换，当运行装置的原料气流量、原料气产品含量、产品气流量在设定值范围内波动时，该系统能及时调节控制吸附时间输入给程序控制单元来调节控制变压吸附装置达到高的产品收率和质量；但当装置的原料气流量、产品气流量出现失真值时，本控制系统自动报警并自动切换到手动状态，实现装置产品收率与质量的智能控制。
本发明与现有技术相比，其优点在于，由于在变压吸附装置设计采用了吸附时间及产品收率与质量的智能控制系统，它能根据装置运行中原料气流量、产品气流量、原料气产品含量动态数据，自动调节控制吸附时间，达到装置高的产品收率与质量。经在从炼油厂催化干气中提取氢的多床真空变压吸附装置(处理能力为8000Nm3/h)数次试验结果表明，在原料气流量为3000-7500Nm3/h且每分钟流量波动达1500Nm3/min、原料气中产品含量在28-52％之间也波动较大的情况下，产品氢气的回收率提高了11.37个百分点，产品氢气的纯度提高了1.82个百分点，产品质量合格率提高0.33个百分点达到99.9％以上。因此，本发明自动调节控制吸附时间，充分发挥了装置的潜能，能大大提高产品的收率与质量，又能降低操作者的工作量，与现有的技术相比具有明显优点和显著效果，实用性强，系一种新的变压吸附装置控制系统。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明变压吸附装置吸附时间及产品收率与质量控制系统的组成方框图。
如附图1所示，本发明是采用控制计算机内设包括变压吸附(PSA)装置设定产品收率计算单元、装置实际产品收率计算单元和由前馈控制器、异常处理器、反馈控制器、手动/自动切换控制器所组成的主控制器单元，这三个单元之间的连接由DCS控制器内部模块数据交换，将原料气流量信号线和原料气产品含量数据信号线分别连接装置设定产品收率计算单元和装置实际产品计算单元的输入端，并在装置设定产品收率计算单元输入端连有解吸气产品含量设定数据线，在装置实际产品收率计算单元输入端连接产品气流量信号线，主控制器单元的输出线为吸附时间信号线连接变压吸附装置的程序控制单元。它将输入的原料气流量、原料气产品含量、产品气流量的数据信号和设定的解吸气产品含量数据信号经计算处理变换为吸附时间信号输出给变压吸附装置的程控计算机调节控制装置产品收率及质量。
本发明变压吸附装置吸附时间及产品收率与质量控制系统的控制计算机采用独立的控制计算机或一并配用于变压吸附装置的程序控制计算机。控制计算机可选用包括工业控制计算机、单板机、通用系统机或集散型计算机等。本发明控制系统的具体设置连接为装置设定产品收率计算单元的输出分别连接主控制器单元的前馈控制器和反馈控制器，装置实际产品收率单元的输出连接反馈控制器，主控制器单元中的异常处理器的输出线分别连接前馈控制器、反馈控制器，反馈控制器和前馈控制器的输出连接手动/自动切换控制器，手动/自动切换控制器的输出线即为本控制系统的吸附时间输出信号线。
本发明变压吸附装置吸附时间及产品收率与质量控制系统实施例设计内容1、装置设定产品收率单元SP=[100×(AI5103-XJ)]/[AI5103×(100-XJ)]SP-装置设定产品收率AI5103-原料气产品含量
XJ-解吸气产品含量设定值2、装置实际产品收率计算单元2.1、PV=FQ5102/(FQ5101×AI5103)PV-装置实际产品收率FQ5102-产品气流量在一个分周期的累计值FQ5101-原料气流量在与FQ5102产品气流量同一个分周期的累计值2.2、装置实际产品收率与装置设定产品收率差EN=PV-SP3、主控制器单元3.1、反馈控制器3.1.1、P=EN-ENn-13.1.2、Ti=EN×T/tiT-分周期时间ti-积分系数(根据装置运行特性确定，本实施例装置设计处理量8000Nm3/h,ti为40-80)3.1.3、BT=1/(1+tD/T)tD-微分系数(根据装置运行特性确定，本实施例tD为400-600)3.1.4、TD=tD×BT(PV-2×PVn-1+PVn-2)/T+(1-BT)×TDn-1PVn-1-上周期装置实际产品收率PVn-2-上上周期装置实际产品收率3.1.5、D为吸附时间T5每周期的增加量D=-K(P+Ti+TD)K-比例系数(根据装置运行特性确定，本实施例K为1-2)3.2、异常处理器3.2.1、若产品气纯度AI5101值低于产品质量设定值(本实施例设定为98.5)时则输出吸附时间T5自动减少1/3T5秒，并把减少后的值保存到下一个分周期，若AI5101在下一个周期值继续低于设定值则在下一周期秒钟继续减少1/3T5秒直至T5等于吸附时间的低限值T5LO，且优先考虑这一条件。
3.2.2、报警系统当产品气纯度AI5101值低到设定的报警值时，SPHS声光报警。
3.3、前馈控制器当|FLOW-FLOWn-1|≥H，下周期T5的改变量为[Q×X/FQ5101×(1-AI5103)]-T。
FLOW-本周期原料气平均流量FLOWn-1-上周期原料气平均流量H-设定值(根据装置运行特性确定，本实施例H为50；当H设定为0时，只有前馈控制器和异常处理器起作用)X-容量控制调节系数(根据装置运行特性确定，本实施例X为0-1)Q-装置单塔吸附容量3.4、手动/自动切换控制器内设置控制转换开关HSL，当HSL处于ON位置时，装置产品收率与质量为自动控制状态，且这一开关只对T5有效；但当原料气流量或产品气流量出现失真值时，系统自动切换到手动状态。
本发明变压吸附装置吸附时间及产品收率与质量控制系统所依据输入的原料气中产品含量值是由装置在线分析仪表直接测定的数值或是采用装置运行时段4-8个实验室检测数据输入计算机所得加权平均值。
权利要求
1.一种变压吸附装置吸附时间及产品收率与质量控制系统，它包括控制计算机、原料气流量信号线、原料气产品含量测定数据线、产品气流量信号线，其特征是在控制计算机内设置包括装置设定产品收率计算单元、装置实际产品收率计算单元和由前馈控制器、异常处理器、反馈控制器、手动/自动切换控制器所组成的主控制器单元，这三个单元之间的连接由DCS控制器内部模块数据交换，在装置设定产品收率计算单元和装置实际产品收率计算单元的输入端一并连接原料气流量信号线、原料气产品含量信号线，并在装置设定产品收率计算单元输入端连接解吸气产品含量设定数据线，在装置实际产品收率计算单元输入端连接产品气流量信号线，主控制器单元的输出线为吸附时间信号线连接变压吸附装置的程序控制单元，将输入的原料气流量、原料气产品含量、产品气流量的数据信号和设定的解吸气产品含量数据信号，经计算处理变换为吸附时间输出给变压吸附装置的程序控制单元来调节控制装置产品收率和质量。
2.根据权利要求1所述的变压吸附装置吸附时间及产品收率与质量控制系统，其特征是该控制系统具体连接为装置设定产品收率计算单元的输出线分别连接主控制器单元的前馈控制器和反馈控制器，装置实际产品收率计算单元的输出连接反馈控制器，异常处理器的输出线分别连接前馈控制器、反馈控制器，反馈控制器和前馈控制器的输出线连接手动/自动切换控制器，手动/自动切换控制器的输出线即为本控制系统的吸附时间输出信号线。
3.根据权利要求1或2所述的变压吸附装置吸附时间及产品收率与质量控制系统，其特征是3.1、装置设定产品收率计算单元的设定产品收率SP=[100×(原料气产品含量AI5103-解吸气产品含量设定值XJ)]/[AI5103×(100-XJ)]，3.2、装置实际产品收率计算单元的实际产品收率PV=产品气流量在一个分周期的累计值FQ5102/(原料气流量在与FQ5102产品气流量同一个分周期的累计值FQ5102×AI5103)，装置实际产品收率与设定产品收率差EN=PV-SP，3.3、反馈控制器3.3.1、P=EN-ENn-13.3.2、Ti=EN×分周期时间T/积分系数ti3.3.3、BT=1/(1+微分系数tD/T)3.3.4、TD=tD×BT(PV-2×PVn-1+PVn-2)/T+(1-BT)×TDn-1)3.3.5、D为吸附时间T5每周期的增加量D=-比例系数K(P+Ti+TD)3.4、异常处理器内容3.4.1、产品气纯度AI5101值低于产品质量设定值时输出的吸附时间T5自动减少1/3T5秒，并把减少后的值保存到下一个分周期，若产品气纯度AI5101值在下一个周期值继续低于产品质量设定值应在下一周期秒钟继续减少1/3T5秒，直至T5等于吸附时间的低限值T5LO，3.4.2、报警系统在产品气纯度AI5101值低到设定的报警值，SPHS声光报警，3.5、前馈控制器内容|FLOW-FLOWn-1|≥设定值H，下周期吸附时间T5的改变量为[装置单塔吸附容量Q×容量控制调节系数X/FQ5101×(1-AI5103)]-T，3.6、手动/自动切换控制器内设置控制转换开关HSL。
4.根据权利要求1或3所述的变压吸附装置吸附时间及产品收率与质量控制系统，其特征是原料气产品含量值AI5103为装置在线分析仪表直接测定的数值或是装置运行时段4-8个实验室检测数据输入计算机所得加权平均值。
全文摘要
本发明提供了一种变压吸附装置吸附时间及产品收率与质量控制系统。它是采用控制计算机内设置包括变压吸附装置设定产品收率计算单元、装置产品实际收率计算单元和由前馈控制器、异常处理器、反馈控制器、手动/自动切换控制器组成的主控制器单元,所组成为变压吸附装置的智能控制系统。它根据输入的原料气流量、原料气产品含量、产品气流量和设定的解吸气产品含量经计算处理变换为吸附时间输出给装置程控单元调节控制装置产品收率和质量。
文档编号B01D53/047GK1314200SQ0013654
公开日2001年9月26日 申请日期2000年12月29日 优先权日2000年12月29日
发明者张云生, 许德恒 申请人:中国石油化工股份有限公司沧州分公司