自動控制系統在PSA技術上的應用

薛麗萍，楊清艷，吳颯（河南神馬氯堿發展有限責任公司，河南平頂山467000）

自動控制系統在PSA技術上的應用

薛麗萍，楊清艷，吳颯
（河南神馬氯堿發展有限責任公司，河南平頂山467000）

簡述了自動控制系統在變壓吸附技術中的應用及發展。采用自動控制系統后，變壓吸附裝置運行穩定，放空氣體達標排放降低了原料消耗。

自動控制；變壓吸附技術；氯乙烯；乙炔

上世紀80年代初，變壓吸附制氫成功實現工業化，由于變壓吸附技術（PSA）具有裝置自動化程度高、能耗低、流程簡單、產品氣純度高、操作簡單等優點，在國內得到了迅速的推廣和應用。變壓吸附技術是靠周期性地切換程控閥門來實現的，為了使整個工藝過程能連續穩定的進行，要求自動控制系統具有較高的水平。

早期簡單的控制系統只能實現簡單的時間控制和少量的儀表在線顯示，自動控制系統已從第一代的氣動控制系統（PCS），經過模擬式控制系統（ACS）、中央控制計算機系統（CCS），逐漸發展為功能強大的大型中PLC系統及分布式控制系統（DCS）、現場總線控制系統（FCS）。

1 變壓吸附回收氣體工藝流程

變壓吸附回收氯乙烯和乙炔工藝流程見圖1。

圖1 PSA回收氯乙烯和乙炔工藝流程簡圖

變壓吸附裝置由PSA-1和PSA-2兩段工序組成。氯乙烯精餾尾氣首先經原料氣流量計進入5臺吸附塔。大部分氯乙烯和乙炔氣體被吸附下來，半凈化氣則送到PSA-2工序。吸附結束后，吸附塔逆放排出的氣體和抽真空得到的氣體，經由緩沖罐充分混合穩壓后，做為產品氣直接送入到轉化工序回收利用。一段的半凈化經過加熱器進入5臺吸附塔，進一步被吸附，得到的凈化氣穩壓后輸出到界區外排空。逆放氣進入解吸氣緩沖罐穩壓后，輸出到后續工序進行回收利用，抽空氣經冷卻，充分混合后，由鼓風機送往后工序回收利用。

2 自動切換系統

如某一臺吸附塔上的程控閥不能正常開關時，可實現手動或自動實現5-1-3PP/VP工藝切換為4-1-2PP/VP（連續抽空），5-1-3PP/VP即在任意時刻總有1臺吸附塔進行吸附，其余4塔處于再生過程的不同階段，5臺吸附塔循環操作，達到連續通入原料氣、輸出凈化氣和產品的目的；4-1-2PP/VP即切掉故障所在的吸附塔，其余4塔處于吸附的不同階段，正常工作。此舉對處理原料氣負荷、氯乙烯和乙炔氣體回收率等影響不大。故障處理完畢后，再手動由4-1-2 PP/VP切回5-1-3PP/VP工藝，裝置恢復正常運行。4塔工藝運行方式見表1。

表1 4塔工藝運行方式一覽表

運行方式切換的幾點說明如下：

（1）當裝置出現故障時，該切換系統在保證裝置平穩運行、產品質量要求的前提下，將余下的吸附塔重新組合，連續不間斷地向后續工段送出合格的產品氣；

（2）自動切換是指計算機根據閥檢信號自動判斷故障，并自動找出最近的部位切出，可由操作人員進行選擇5-1-3PP/VP或4-1-2PP/VP切換方式；

（3）在程序切換過程中，由計算機自動選擇合適的時間和步驟完成切換操作，同時，計算機報警，提醒操作人員處理故障，處理后再恢復主流程運行；

（4）當程序在各種運行方式間切換時，各步位的時間設定值會相應更換；

（5）程序切換后，切除的吸附塔所有閥門首先處于關閉狀態，程控閥可以進行手動開關，并作出相應提示。當切換指令確認后，程序會自動將切入塔所有程控閥關閉，等待程序在適當部位切入。

3 裝置的參數檢測

計算機可依據事先設定的某工況下的最佳操作條件，根據原料氣組成、流量、壓力的變化，自動調整吸附時間，而吸附時間變化后又會自動改變終充（最終升壓）調節閥的給定值，使終充調節閥在新時間條件下自動調整，使吸附塔壓力在終充步驟結束時剛好到位。終充調節控制分別設置了3個鍵供選擇，即手動控制、斜率控制、時間控制。無論選擇哪種控制，均需根據提示將各個參數設定好，并且必須在計算機給定的范圍內。該系統的運用可保證裝置在原料工況變化時仍能優化、穩定運行、達到最佳運行效果。

部分壓力參數（如壓力溫度）在現場檢測，分析點在現場手動取樣分析，重要的參數如吸附塔壓力、原料氣壓力、凈化氣壓力、產品氣壓力、原料氣和凈化氣流量、原料氣機凈化氣的溫度、各調節閥閥門的開啟度等在計算機屏幕上均有指示或者記錄。

4 裝置自調整控制系統

本裝置設置了7套壓力系統、4套手動調節系統、3套流量計系統、1套微機程序控制系統。抽空及逆放壓力連鎖功能保障了系統的動力設備、吸附劑等安全穩定地運行，系統壓力連鎖能有效地避免吸附系統壓力超壓，從而減小對其他系統的影響等。整套控制系統可與工廠管控網實現通訊，實現全廠管控一體化。

根據PSA技術的特點配置了2套程序切換自控系統來控制82臺程序控制閥門的動作。該系統由1套PLA控制系統、82個電磁閥、82個氣動程控閥等組成。控制系統見圖2。

圖2 控制系統示意圖

5 運行效果

該公司變壓吸附裝置設計能力為1 750 m3/h，自2008年5月運行以來，自動控制系統操作穩定，運行狀況良好。經采用氣相色譜氫火焰法（FID）分析，產品氣中氯乙烯含量達34%、乙炔含量6%，凈化氣中未檢出氯乙烯和乙炔的含量。該裝置的運行回收了氯乙烯和乙炔，放空氣體達到國家排放標準，降低了原材料的消耗，實現了零排放、高回收，達到“節能減排”的目的。

6 結語

該裝置控制系統采用德國西門子的PLC控制系統，其他儀表選用電Ⅲ型儀表。所用程控閥門密封性能好，安全性高，可靠性高，正常工況下密封件的使用壽命可達100萬次以上。其人工智能控制軟件適用于多種自動控制系統，為廠家的控制系統的統一選型和維護管理提供了方便。配套的安全連鎖軟件、多塔自動切換軟件、自調整控制軟件，在多套工業裝置上穩定運行，并不斷改進和完善，有效地保護動力設備和吸附劑，保障系統安全運行。到現在為止，該技術已經十分成熟，并且在行業內具有十分先進性優勢。

Application of automatic control system in PSA technology

XUE Li-ping,YANG Qing-yan,WU Sa
(Henan Shenma Chlor-alkali Chemical Co.,Ltd.,Pingdingshan 467000,China)

The application and development of the automatic control system in PSA technology was introduced.The automatic control system could help stabilize the PSA device.The consumption of raw materials was reduced.

automatic control;PSA technology;vinyl chloride;acetylene

TQ325.3

B

1009－1785(2011)02-0043-02

2010-08-05