基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统的制作方法
【专利摘要】一种基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统，第一控制阀和第二控制阀均包括有一端连接分子筛塔另一端连接天然气进气管或再生气出气干管的开关阀门和用于控制开关阀门开关的气动膜头，气动膜头的膜片通过阀杆连接开关阀门的阀芯，阀杆上设置阀位传感器，阀位传感器输出端电连接阀位控制模块的阀位信号输入端，阀位控制模块的压力信号输入端电连接压力变送器，气动膜头的上、下气室的气口分别通过开关／开度转换机构与开关控制电磁阀连接，阀杆上端贯穿气动膜头与开度控制机构相连接，开关／开度转换机构和开度控制机构的控制信号输入端分别电连接阀位控制模块的控制信号输出端。本发明取消6条升降压支路和其上的开关阀及孔板，节省大量资金。
【专利说明】基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对分子筛进行气体干噪处理中再生过程的降压及升压控制系统。特别是涉及一种基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统。
【背景技术】
[0002]分子筛干燥是很多气体加工中不可缺少的工艺过程。干燥的分子筛(吸附剂)很容易吸收周围介质(吸附质)的水分，这个过程的结果是降低了吸附剂自身原先所拥有的“表面自由能”，而该过程能自发进行。吸收了水份的饱和分子筛必须经过加热再生过程才能释放出吸收的水份回复其”表面的自由能”，只有经过再生过程恢复了表面自由能的分子筛才能再次吸附含水介质内的水分。再生过程主要是首先对干燥塔匀速降压降到确定的压力后再通入高温再生气流直到把分子筛里的水分析出，经过高温干燥处理后的分子筛还要经过冷吹降温后再进行匀速升压才能恢复了吸附剂的表面自由能，才能再次进入干燥程序。当采用低压干气再生时，分子筛干燥器需要降压再生及冷吹升压的过程。
[0003]当降压升压速度过快时，一方面设备、管道可能发生局部变形并导致危险事故；另一方面压力的快速变化可能破坏分子筛内部结构，造成吸附能力下降甚至对吸附剂造成永久性损害对生产造成较大损失。太慢会打乱程序的正常运行，降低干燥的质量、延长再生时间并影响后续工艺过程的连续性。在2002年出版的《天然气利用手册》中明确指出“因再生压力低于吸附压力，干燥器在切换时应控制降压与升压速度，一般宜小于0.3MPa/min”。降压升压的速度要严格控制，所以控制好降压和升压的速度及时间是分子筛干燥过程中较为关键的步骤。
[0004]为了实现分子筛塔降压或升压的控制，传统方案如图1所示，是利用并联在原料气进口开关阀40及再生气出口开关阀43旁的专用升降压支路来完成的。升降压支路上安装作为流速限定装置的限流孔板42、44及开关阀41、45。当旁路开关阀41、45打开时，气体在限流孔板42、44的限制下以不高于0.3MPa/min的初始速度通过开关阀，经一定时间后完成分子筛干燥器的降压或升压。该方法中限流孔板42、44的孔径不可变，即随着升降压过程的进行孔板两端压差也逐渐降低而造成速度亦随之降低。
[0005]并联在原料气进口开关阀40及再生气出口开关阀43旁的专用升降压支路48、47是完全相同的结构，具体如图1所示。
[0006]图中为保证设备及分子筛的安全性，必须控制升降压过程的最高(初始)流速不高于0.3MPa/min,因此必然导致随着升降压的进行流速在不断减慢，设备升降压的时间被延长，生产效率下降等问题。而且目前的这种控制方法其降压升压过程必须通过降压升压专用支路来完成。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是，提供一种通过改变现有技术中进气源主路及再生气进/出主路上开关阀的开度来进行控制，实现升压降压速度调节的基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统。
[0008]本发明所采用的技术方案是:一种基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统，包括一端连接分子筛塔另一端连接天然气进气管的第一控制阀和一端连接分子筛塔另一端连接再生气出气干管的第二控制阀，所述的第一控制阀和第二控制阀结构完全相同，均包括有一端连接分子筛塔另一端连接天然气进气管或再生气出气干管的开关阀门和用于控制开关阀门开关的气动膜头，其中，将气动膜头分割为上气室和下气室的膜片通过阀杆连接开关阀门的阀芯，所述的阀杆上在位于气动膜头和开关阀门之间设置有阀位传感器，所述的阀位传感器的输出端电连接阀位控制模块的阀位信号输入端，所述阀位控制模块的压力信号输入端电连接设置在分子筛塔的取压点上的压力变送器，所述气动膜头的上气室的气口和下气室的气口分别通过开关/开度转换机构与开关控制电磁阀连接，所述的阀杆在与膜片相连的这一端贯穿气动膜头与位于气动膜头上方的进行升压和降压控制的开度控制机构相连接，所述的开关/开度转换机构和开度控制机构的控制信号输入端分别电连接所述的阀位控制模块的控制信号输出端。
[0009]所述的开度控制机构包括有底端连接在气动膜头上，顶端与手轮离合机构相连的阀座，所述的阀杆上端丝杠贯穿阀座通过手轮离合机构与手轮和固定在手轮下部的从同步齿轮连接，其中，所述的从同步齿轮通过同步齿形带连接主同步齿轮，所述的主同步齿轮连接伺服电机的输出轴，所述的伺服电机是通过固定在阀座上的伺服电机支撑板而固定设置在阀座的一侧，所述伺服电机的驱动控制端通过导线连接电机驱动控制模块，所述的电机驱动控制模块的信号输入端连接阀位控制模块的控制信号输出端。
[0010]还设置有用于控制手轮离合机构驱动手轮与阀杆之间进行脱离与啮合的气缸，以及控制气缸动作的作为开关/开度状态转换的两位四通电磁阀，其中，所述的两位四通电磁阀的气源进气口通过管路与仪表气源端相连，排气口与外部大气相通，所述的两位四通电磁阀的一个端口通过管路连接所述气缸上气室，所述的两位四通电磁阀的另一端口通过管路连接所述气缸下气室，所述的气缸的活塞杆铰接到手轮离合机构的手动/自动转换拨钮上，所述两位四通电磁阀的控制信号输入端电连接所述阀位控制模块的第三控制信号输出端。
[0011]所述的气缸固定在所述的阀座上。
[0012]所述的开关/开度转换机构包括有与所述的开关控制电磁阀相连用于阻断或接通开关控制电磁阀与气动膜头连通的第一两位三通电磁阀和第二两位三通电磁阀，其中，所述的开关控制电磁阀的气源进气口通过管路与仪表气源端相连，排气口与外部大气相通，所述的开关控制电磁阀的一个端口通过管路连接所述第一两位三通电磁阀第一端口，所述的第一两位三通电磁阀的第二端口通过管路连接所述的气动膜头的上气室的气口，所述的开关控制电磁阀的另一端口通过管路与所述的第二两位三通电磁阀的第一端口连接，所述的第二两位三通电磁阀的第二端口通过管路连接所述的气动膜头的下气室的气口，所述第一两位三通电磁阀的第三端口和第二两位三通电磁阀的第三端口均与大气相连。
[0013]所述的开关控制电磁阀的控制信号输入端电连接阀位控制模块的第一控制信号输出端，用于阻断或接通开关控制电磁阀与气动膜头连通的第一两位三通电磁阀和第二两位三通电磁阀的控制信号输入端电连接阀位控制模块的第二控制信号输出端。
[0014]本发明的基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统，对于三塔干燥流程可取消6条升降压支路及上使用的开关阀及孔板，可节省大量资金投入。分子筛干燥系统使用的开关阀均工作在高温高压工况下而且要求泄漏量极低，目前国产阀门较难胜任即使能短时使用寿命也得不到保证，国外也只有少数厂家才能生产出符合要求的阀而且造价不菲。如果能去掉专用生降压支路就能省掉6只开关阀可节省了大量的资金投入。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是传统工艺(带有专用升降压支路)局部流程图；
[0016]图2是图1中开关阀的展开图；
[0017]图3是本发明的基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统构成简图；
[0018]图4是本发明的基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统结构示意图。
[0019]图中
[0020]1:分子筛塔2:天然气进气管
[0021]3:开关阀门4:阀杆
[0022]5:气动膜头6:阀位传感器
[0023]7:阀位控制模块8:开关控制电磁阀
[0024]9:第一两位三通电磁阀10:第二两位三通电磁阀
[0025]11:阀座12:从同步齿轮
[0026]13:手轮14:同步齿形带
[0027]15:主同步齿轮16:伺服电机
[0028]17:伺服电机支撑板18:导线
[0029]19:电机驱动控制模块20:手轮离合机构
[0030]21:再生气出气干管22:气缸
[0031]23:两位四通电磁阀
【具体实施方式】
[0032]下面结合实施例和附图对本发明的基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统做出详细说明。
[0033]本发明通过对再生气出口开关阀B及分子筛塔原料气进口开关阀A分别在降压及升压阶段由原关闭状态改变为①干燥塔进行降压时由控制模块发出信号控制再生气出口开关阀B的阀门开度大小实现稳定降压过程，②干燥塔进行升压时由控制模块发出信号控制原料气进口开关阀A阀门开度大小来实现稳定升压过程。这样就可以去掉现有技术中由开关阀门41和孔板42构成的专用升压支路46及由开关阀门45和孔板44构成的专用降压支路。
[0034] 为了使阀的开度满足升降速要求将开关阀门阀位信号和分子筛塔的压力信号输入到阀位控制模块，经过阀位控制模块把塔压力变化对时间进行微分运算变为塔升降压速度信号与预先设计最佳给定升降压速度信号进行实时偏差运算后由阀位控制模块发出调节控制信号并通过伺服电机的转动带动手轮及阀杆改变阀的开度来消除降压或升压速度的偏差。通过不断的对压力速度进行采样及运算并不断的发出新的输出信号通过伺服电机的转动使阀门不断的达到新的符合速度要求的开度状态。
[0035]如图3所示，本发明的基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统，包括一端连接分子筛塔1，另一端连接天然气进气管2的第一控制阀A，以及一端连接分子筛塔1，另一端连接再生气出气干管21的第二控制阀B。
[0036]所述的第一控制阀A和第二控制阀B结构完全相同，如图4所示，均包括有一端连接分子筛塔I另一端连接天然气进气管2或再生气出气干管21的开关阀门3和用于控制开关阀门3开关的气动膜头5，其中，将气动膜头5分割为上气室51和下气室52的膜片55通过阀杆4连接开关阀门3的阀芯，所述的阀杆4上在位于气动膜头5和开关阀门3之间设置有阀位传感器6，所述的阀位传感器6的输出端电连接阀位控制模块7的阀位信号输入端，所述阀位控制模块7的压力信号输入端电连接设置在分子筛塔I的取压点上的压力变送器PT，所述气动膜头5的上气室51的气口 53和下气室52的气口 54分别通过开关/开度转换机构中的两位三通电磁阀910与开关控制电磁阀8管路连接，所述的阀杆4在与膜片55相连的这一端贯穿气动膜头5通过开关/开度转换机构与位于气动膜头5上方的进行升压和降压控制的开度控制机构相连接，所述的开关/开度转换机构和开度控制机构的控制信号输入端分别电连接所述的阀位控制模块7的控制信号输出端。
[0037]所述的开度控制机构包括有底端连接在气动膜头5上，顶端与手轮离合机构20相连的阀座11，所述的阀杆4上端丝杠贯穿阀座11通过手轮离合机构20与手轮13和固定在手轮13下部的从同步齿轮12连接，其中，所述的从同步齿轮12通过同步齿形带14连接主同步齿轮15，所述的主同步齿轮15连接伺服电机16的输出轴，所述的伺服电机16是通过固定在阀座11上的支撑板17而固定设置在阀座11的一侧，所述伺服电机16的驱动控制端通过导线18连接电机驱动控制模块19，所述的电机驱动控制模块19的信号输入端连接阀位控制模块7的控制信号输出端。
[0038]开关/开度转换机构相关的还设置有用于控制手轮离合机构20驱动手轮13与阀杆4之间进行脱离与啮合的气缸22，以及控制气缸22动作的两位四通电磁阀23，其中，所述的两位四通电磁阀23的气源进气口通过管路与仪表气源端相连，排气口与外部大气相通，所述的两位四通电磁阀23的一个端口 231通过管路连接所述气缸22上气室，所述的两位四通电磁阀23的另一端口 232通过管路连接所述气缸22下气室，所述的气缸22的活塞杆铰接到手轮离合机构20的手动/自动转换拨钮上，所述两位四通电磁阀23的控制信号输入端电连接所述阀位控制模块7的第三控制信号输出端73。所述的气缸22固定在所述的阀座11上。
[0039]所述的开关/开度转换机构包括有与所述的开关控制电磁阀8相连用于阻断或接通开关控制电磁阀8与气动膜头5连通的第一两位三通电磁阀9和第二两位三通电磁阀10，其中，所述的开关控制电磁阀8的气源进气口通过管路与仪表气源端相连，排气口与外部大气相通，所述的开关控制电磁阀8的一个端口 81通过管路连接所述第一两位三通电磁阀9第一端口 91，所述的第一两位三通电磁阀9的第二端口 92通过管路连接所述的气动膜头5的上气室51的气口 53，所述的开关控制电磁阀8的另一端口 82通过管路与所述的第二两位三通电磁阀10的第一端口 101连接，所述的第二两位三通电磁阀10的第二端口102通过管路连接所述的气动膜头5的下气室52的气口 54，所述第一两位三通电磁阀9的第三端口 93和第二两位三通电磁阀10的第三端口 103均与大气相连。
[0040]所述的开关控制电磁阀8的控制信号输入端电连接阀位控制模块7的第一控制信号输出端71，用于阻断或接通开关控制电磁阀8与气动膜头5连通的第一两位三通电磁阀9和第二两位三通电磁阀10的控制信号输入端电连接阀位控制模块7的第二控制信号输出端72。当开关阀8的输出被阻断时，第一两位三通电磁阀9和第二两位三通电磁阀10使得膜头5的上气室51和下气室52与大气连通。
[0041]在本发明的实施例中，所述的阀位控制模块7可采用PLC、或单片机或嵌入在DCS的程序模块来完成；所述电机驱动控制模块19是与伺服电机成套供应。
[0042]本发明的开关控制仍利用原有的气动机构，开度控制由增设的开关/开度转换机构做出相应的转换后由伺服电机通过从同步齿轮和主同步齿轮带动原有手轮转动来完成。
[0043]气动开关控制及电动开度控制需要在不同的环境状态下来完成。两种不同的环境状态转换就依靠第一两位三通电磁阀9、第二两位三通电磁阀10和两位四通电磁阀23的状态来完成。
[0044]当在开度控制时:
[0045]阀位控制模块7发出控制信号73通过两位四通电磁阀23和气缸22驱动离合机构使手轮与阀杆脱开使伺服电机转动无效。同时阀位控制模块7发出控制信号72通过第一两位三通电磁阀9和第二两位三通电磁阀10使得开关控制电磁阀8与气动膜头5的上下气室连通即接通开关控制的气路此时由开关控制电磁阀8的状态决定了开关阀门的开关状态。
[0046]当在开度控制时:
[0047]阀位控制模块7发出相反控制信号73通过两位四通电磁阀23和气缸22驱动离合机构使手轮与阀杆啮合连接，使伺服电机转动通过手轮带动阀杆及开关阀门3的阀芯进行开度控制。同时阀位控制模块7发出相反控制信号72通过第一两位三通电磁阀9和第二两位三通电磁阀10，使得开关控制电磁阀8输出气路被阻断并使气动膜头5的上下气室与大气连通从而减轻伺服电机的负荷。从而使得阀杆及开关阀门3的阀芯只接受伺服电机带动手轮转动来改变阀门开度调节。
[0048]本发明的基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统的工作原理是，
[0049]1、当阀作为开关控制时，阀位控制模块7发出控制信号73由两位四通电磁阀23控制气缸22驱动手轮离合机构切换到分离状态，同时阀位控制模块7发出信号72开通第一两位三通电磁阀9和第二两位三通电磁阀10，从而开通开关控制电磁阀8控制气路与膜头上下气室相通，并由阀位控制模块7按工艺要求发出相应的开关控制信号71控制开关控制电磁阀8使该开关阀门完成相应的开关动作。
[0050]2、当阀作为开度控制时，阀位控制模块7发出信号73通过两位四通电磁阀23驱动气缸22通过手轮离合机构20使手轮13与阀杆4处于相啮合的状态，同时阀位控制模块7发出控制信号72关闭第一两位三通电磁阀9和第二两位三通电磁阀10，阻断开关控制电磁阀8的输出气路，同时把气动膜头上下气室的气泄放到大气。阀位控制模块7根据塔中安装的压力变送器送来的塔压信号转成升降压速度信号与预先给定的最佳值，进行运算并发出相应改变信号给电机驱动控制模块19驱动伺服电机16作相应转动并通过与伺服电机连接的主同步齿轮15，同步齿形带14，带动从同步齿轮12转动，通过从同步齿轮12与手轮13的刚性连接带动阀杆上下移动来改变气动阀门3的开度大小，调节分子筛塔升压降压的速度从而实现了按照预先设计的升降压速度曲线进行升降压的过程。
[0051]为了完成伺服电机16对气动阀门3的开度控制需要给手轮13增加一层与手轮刚性连接的从同步齿轮12及对齿形带传动系统加装相应的皮带松紧调节及防护装置。
[0052]分子筛的程序控制阀(开关阀)大都工作在较高温度和较高压差的工况下，该工况对控制阀的密封等级和耐高温要求高，这种类型的开关阀造价高，目前国产阀门很少有能达到要求的即使短时间内能满足要求但可靠性及使用年限也难以满足，进口阀更是造价不菲。如果是三塔干燥流程，采用本发明可取消6只开关阀可节省不少资金投入。
【权利要求】
1.一种基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统，包括一端连接分子筛塔(I)另一端连接天然气进气管(2)的第一控制阀(A)和一端连接分子筛塔(I)另一端连接再生气出气干管(21)的第二控制阀(B)，所述的第一控制阀(A)和第二控制阀(B)结构完全相同，均包括有一端连接分子筛塔(I)另一端连接天然气进气管(2 )或再生气出气干管(21)的开关阀门(3)和用于控制开关阀门(3)开关的气动膜头(5)，其中，将气动膜头(5)分割为上气室(51)和下气室(52)的膜片(55)通过阀杆(4)连接开关阀门(3)的阀芯，其特征在于，所述的阀杆(4)上在位于气动膜头(5)和开关阀门(3)之间设置有阀位传感器(6)，所述的阀位传感器(6)的输出端电连接阀位控制模块(7)的阀位信号输入端，所述阀位控制模块(7)的压力信号输入端电连接设置在分子筛塔(I)的取压点上的压力变送器(PT)，所述气动膜头(5)的上气室(51)的气口(53)和下气室(52)的气口(54)分别通过开关/开度转换机构与开关控制电磁阀(8)连接，所述的阀杆(4)在与膜片(55)相连的这一端贯穿气动膜头(5)与位于气动膜头(5)上方的进行升压和降压控制的开度控制机构相连接，所述的开关/开度转换机构和开度控制机构的控制信号输入端分别电连接所述的阀位控制模块(7)的控制信号输出端。
2.根据权利要求1所述的基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统，其特征在于，所述的开度控制机构包括有底端连接在气动膜头(5)上，顶端与手轮离合机构(20)相连的阀座(11)，所述的阀杆(4)上端丝杠贯穿阀座(11)通过手轮离合机构(20)与手轮(13)和固定在手轮(13)下部的从同步齿轮(12)连接，其中，所述的从同步齿轮(12)通过同步齿形带(14)连接主同步齿轮(15)，所述的主同步齿轮(15)连接伺服电机(16)的输出轴，所述的伺服电机(16)是通过固定在阀座(11)上的伺服电机支撑板(17)而固定设置在阀座(11)的一侧，所述伺服电机(16)的驱动控制端通过导线(18)连接电机驱动控制模块(19)，所述的电机驱动控制模块(19)的信号输入端连接阀位控制模块(7)的控制信号输出端。
3.根据权利要求2所述的基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统，其特征在于，还设置有用 于控制手轮离合机构(20)驱动手轮(13)与阀杆(4)之间进行脱离与啮合的气缸(22)，以及控制气缸(22)动作的作为开关/开度状态转换的两位四通电磁阀(23)，其中，所述的两位四通电磁阀(23)的气源进气口通过管路与仪表气源端相连，排气口与外部大气相通，所述的两位四通电磁阀(23)的一个端口(231)通过管路连接所述气缸(22)上气室，所述的两位四通电磁阀(23)的另一端口(232)通过管路连接所述气缸(22)下气室，所述的气缸(22)的活塞杆铰接到手轮离合机构(20)的手动/自动转换拨钮上，所述两位四通电磁阀(23)的控制信号输入端电连接所述阀位控制模块(7)的第三控制信号输出端(73)。
4.根据权利要求3所述的基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统，其特征在于，所述的气缸(22 )固定在所述的阀座(11)上。
5.根据权利要求1所述的基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统， 其特征在于，所述的开关/开度转换机构包括有与所述的开关控制电磁阀(8)相连用于阻断或接通开关控制电磁阀(8)与气动膜头(5)连通的第一两位三通电磁阀(9)和第二两位三通电磁阀(10)，其中，所述的开关控制电磁阀(8)的气源进气口通过管路与仪表气源端相连，排气口与外部大气相通，所述的开关控制电磁阀(8)的一个端口(81)通过管路连接所述第一两位三通电磁阀(9)第一端口(91)，所述的第一两位三通电磁阀(9)的第二端口通过管路连接所述的气动膜头(5)的上气室(51)的气口(53)，所述的开关控制电磁阀(8)的另一端口(82)通过管路与所述的第二两位三通电磁阀(10)的第一端口(101)连接，所述的第二两位三通电磁阀(10)的第二端口( 102)通过管路连接所述的气动膜头(5)的下气室(52 )的气口( 54)，所述第一两位三通电磁阀(9 )的第三端口( 93 )和第二两位三通电磁阀(10)的第三端口(103)均与大气相连。
6.根据权利要求5所述的基于对分子筛干燥中对开关阀进行开度控制的升降压系统，其特征在于，所述的开关控制电磁阀(8)的控制信号输入端电连接阀位控制模块(7)的第一控制信号输出端(71)，用于阻断或接通开关控制电磁阀(8)与气动膜头(5)连通的第一两位三通电磁阀(9)和第二两位三通电磁阀(10)的控制信号输入端电连接阀位控制模块(7)的第二控制信号输出端(72)。
【文档编号】B01D53/02GK103736364SQ201410033993
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】李平, 何乾, 苏春园 申请人:天津市振津工程设计咨询有限公司