分子篩純化系統的控制及在CS3000中的實現

廖寧 劉賽軍

摘 要：介紹了分子篩純化系統工藝流程、控制任務，結合橫河CS3000控制系統，采用順控表，最終實現分子篩純化系統的自動控制。

關鍵詞：分子篩純化系統;順控表;橫河CS3000 控制系統

空氣作為一種極其常見的資源，如果能夠得到有效利用，生產出可供人們使用的其它資源，不僅會有良好的經濟效益，而且會極大的提高資源利用率，空分裝置就由此應運而生。在空分裝置中分子篩起著舉足輕重的作用，對分子篩純化系統的準確控制有利于除去空氣中的水分、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷、重烴、氧化亞氮等大分子物質，使原料空氣得到凈化，以生產出較高純度的氧氣、氮氣、液氧、液氮等產品。

1 工藝原理

吸附作用是兩相交界面上物質分子濃度自動發生變化的自然現象。研究表明，吸附現象不僅發生在固-氣交界面上，在液-氣界面、固-液界面上同樣也會發生。

吸附系統由吸附劑和吸附質組成，我們將具有一定吸附能力的材料稱為吸附劑，將被吸附的物質稱為吸附質。按照熱力學定律，在自然界中凡是能降低自身能量的作用都是可以自發進行的。例如水從高處流向低處，熱從高溫端傳向低溫端，都是自動進行的，因為其結果都使自身原先所具有的能量得到降低。吸附劑表面吸附其他介質的分子，這個過程的結果是降低了吸附劑自身原先所擁有的“表面自由能”，所以吸附作用能自發進行。

所有的吸附過程都是放熱反應，釋放出“吸附熱”。而“脫附”過程則是吸熱過程。吸附作用力小，被吸附的氣體分子比較容易重返氣相-即比較容易“脫附”，即“解吸”。分子篩純化器利用常溫、高壓吸附，高溫、低壓解析來達到連續凈化空氣的目的。

2 工藝流程及說明

初始狀態下，V1201、V1202、V1203、V1204、V1217打開。

當分子篩MS1202工作時，V1202、V1204打開。此時，分子篩MS1201再生，打開V1205閥卸壓，當壓力達到0.01Mpa，而且卸壓時間結束可進入加熱期，此時依次關V1205、開V1213，再關V1217、開V1211和V1218，進行加熱。加熱結束前開V1217，然后關V1218進行冷吹。冷吹后關V1211和V1213，在確保V1211和V1213關到位后，打開V1207均壓閥，給MS1201充壓。當MS1201和MS1202之間的壓差在0.006 Mpa之內且充壓時間結束，兩塔可進入切換。MS1201進入工作，MS1202進入再生，如此反復。

3 控制方案與實現

CENTUM是日本橫河公司推出的一款先進的DCS系統。本方案的主體是利用CENTUM系統提供的順控表進行組態的，順控表是一個很好的組態工具，能夠用簡單的方法把復雜的時序邏輯表現出來，當然，順序表也非常考驗程序員對工藝和程序邏輯的熟悉程度。

（1）均壓閥V1207的13段程序設定控制。均壓閥采用13段程序設定控制，目的是減小系統空氣壓力波動，降低切換沖擊力。

V1207的13段程序設定控制：時間X01=0，閥門開度Y01=0;時間X02=30，閥門開度Y02=20;時間X03=200，閥門開度Y03=25;時間X04=500，閥門開度Y04=35;時間X05=600，閥門開度Y05=41;時間X06=800，閥門開度Y06=45;時間X07=1200，閥門開度Y07=50;時間X08=1320，閥門開度Y08=65;

（2）加熱器溫度控制關系式：TIAS1211.PV、TIAS1211.PV、TIAS1211.PV分別為165;TM1204.PV為1300;PIS1201.PV、PIS1203.PV分別為8，PDS1201.PV為4。

（3）加熱器溫度控制。

該順空表的執行采用TE方式，按掃描周期執行，每個控制周期都輸出。也就是說，此時的順控表等同于LC64。FIAS1202為污氮進加熱器流量，當污氮進加熱器流量達到低報警時，所有加熱器輸出為自動模式并關閉加熱器。當加熱器運行、污氮進加熱器流量沒有達到低報警且加熱器1201溫度低于165℃時，輸出加熱器1201模式為自動，并開加熱器1201;當加熱器停止或者加熱器1201溫度高于190℃時，輸出加熱器1201模式為自動，并關加熱器1201。加熱器1202和加熱器1203控制邏輯與加熱器1201一致。

（4）分子篩程序控制。

①首先對分子篩閥門進行模式選擇，自動模式時，把V1201、V1202、V1203、V1204、V1205、V1206、V1211、V1212、V1213、V1214、V1217、V1218都設置為自動模式，否則為手動模式。

②定時器，包括TM1200步進計時器、TM1201卸壓計時器、TM1202加熱計時器、TM1203冷吹計時器、TM1204升壓計時器、TM1205并聯計時器。

③程序監控，該順空表的執行采用TC方式。把分子篩再生選擇MS1200復位，下一步，如果MSREADY分子篩準備信號到來，則把ESC1200（分子篩初始化程序）置自動，且從A0開始執行，并發出提示：分子篩狀態開始初始化。下一步，如果MSINIT分子篩初始化信號到來，發出提示：初始化完畢，請選擇。下一步，如果MS1201再生信號到來，則ESC1201分子篩切換程序從A0開始執行;如果MS1202再生信號到來，則ESC1201分子篩切換程序從B0開始執行，同時發出提示：選擇完畢請開始。下一步，如果MSSTART分子篩啟動信號到，則ESC1201置自動，且把分子篩閥門模式置自動，MS1200分子篩再生選擇置自動。

在程序監控過程中，只要來了MSSTOP分子篩停止信號，則把定時器停止，ESC1201分子篩切換程序置手動，閥門控制置手動。

在程序監控過程中，只要來了MSPAUSE分子篩暫停信號，ESC1201分子篩切換程序置手動，則把定時器置等待。

在程序監控過程中，只要來了MSRESUME分子篩繼續信號，則把定時器繼續計時，ESC1201分子篩切換程序置自動。

順序表默認模式為手動。

④ESC1200（分子篩初始化程序）把閥門置為初始化，初始狀態下，V1201、V1202、V1203、V1204、V1217打開。

⑤ESC1201分子篩切換程序，根據工藝流程和要求順序控制閥門。

4 結語

漣鋼16000制氧系統自2018年接收以來，系統運轉基本正常，分子篩生產穩順。

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