李 楊 武奇鶴

中捷機(jī)床有限公司（沈陽(yáng) 110000）中石油遼河油田分公司沈陽(yáng)采油廠（沈陽(yáng) 110164）

變壓吸附就是利用吸附劑對(duì)氣體中各組份的吸附容量隨壓力變化而呈現(xiàn)差異的特性，在吸附劑選擇吸附條件下，加壓時(shí)吸附原料氣中的二氧化碳組份，難吸附組份氫、氮、一氧化碳、甲烷等作為脫附氣由吸附塔出口排出。其工序采用變壓吸附技術(shù)是以制氫尾氣為原料，采用成熟的回收二氧化碳技術(shù)，首先采用真空變壓吸附裝置，將二氧化碳的濃度由 27.0%提高到 98%以上，然后進(jìn)入壓縮機(jī)增壓到 3.0MPa，冷卻分水后進(jìn)入干燥器干燥，干燥后的物料經(jīng)吸附脫除雜質(zhì)、預(yù)冷后液化、精餾，最后進(jìn)入食品級(jí)產(chǎn)品儲(chǔ)罐，作為食品級(jí)二氧化碳產(chǎn)品使用，生產(chǎn)出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T-6052-93的11000t/a的食品級(jí)二氧化碳。

1 控制方案

該裝置分兩段變壓吸附，一段六個(gè)吸附塔由49個(gè)程控閥、1個(gè)單向閥和3個(gè)調(diào)節(jié)閥通過管線相連接，二段四個(gè)吸附塔由22個(gè)程控閥、1個(gè)單向閥和3個(gè)調(diào)節(jié)閥通過管線相連接。當(dāng)一段中二個(gè)吸附塔同時(shí)進(jìn)行吸附操作時(shí), 其余四個(gè)吸附塔處于再生過程的不同階段。六個(gè)吸附塔循環(huán)操作, 達(dá)到連續(xù)處理原料氣、輸出產(chǎn)品氣，并輸出粗脫氣供二段處理的目的。當(dāng)二段中二個(gè)吸附塔同時(shí)進(jìn)行吸附操作時(shí)，其余二個(gè)吸附塔處于再生過程的不同階段。四個(gè)吸附塔循環(huán)操作，達(dá)到連續(xù)處理粗脫氣和輸出脫附氣供一段升壓吸附處理的目的。

以二段四塔變壓吸附為例，每個(gè)吸附塔在一次循環(huán)中都要經(jīng)歷吸附(A)、壓力均衡降(ED)、順向放壓(PP)、逆向放壓(D)、沖洗(P)、壓力均衡升(ER)、最終升壓(FR)等七個(gè)步驟。二段四塔工藝步序及閥門開關(guān)圖如圖1所示。

1.1 控制方案的硬件設(shè)計(jì)

控制站采用SIEMENS S7-300系列PLC，CPU使用了315-2DP型號(hào)，操作站與控制站通過 PROFIBUS網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊?？刂葡到y(tǒng)的操作站采用臺(tái)灣研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)過程參數(shù)監(jiān)控、手/自動(dòng)控制、報(bào)警及報(bào)表打印功能。其硬件組態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

1.2 控制方案的軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)操作站的監(jiān)控功能，采用了SIEMENS WinCC組態(tài)軟件，該軟件具有良好的人機(jī)操作界面，便于操作人員監(jiān)控和操作，實(shí)現(xiàn)了工藝流程圖顯示、數(shù)據(jù)監(jiān)控、報(bào)警記錄、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線記錄、設(shè)備起停控制、參數(shù)修改等功能。

對(duì)PLC控制站的硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)以及控制程序的編寫，采用了SIEMENS STEP 7軟件。實(shí)現(xiàn)了一段六塔和二段四塔的程控程序、信號(hào)的工程量化、設(shè)備的連鎖控制以及系統(tǒng)重要參數(shù)報(bào)警監(jiān)控等功能。

圖1 二段四塔工藝步序及閥門開關(guān)圖

圖2 系統(tǒng)硬件組態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

2 控制方案的實(shí)施

在控制系統(tǒng)操作鍵盤上有一系列功能開關(guān)，按動(dòng)這些功能開關(guān)運(yùn)行程序操作相應(yīng)的變化。在控制系統(tǒng)編程工具Step7中建立功能塊FC，在其中以梯形圖的形式編輯相應(yīng)的控制程序。以二段四塔程控過程為例，整個(gè)過程分為16步進(jìn)行控制，每一步都要設(shè)定一定的時(shí)間，用一個(gè)計(jì)數(shù)器(Counter)來對(duì)16步進(jìn)行計(jì)數(shù)，用16個(gè)S_PEXT類型定時(shí)器(Timer)來管理每一步的相應(yīng)條件。其系統(tǒng)控制流程如圖3?？刂埔笥幸韵聨追矫妗?/p>

置零：程序回到以A塔吸附（A）步驟的初始狀態(tài)。以“4COMMAND.RESET4”為狀態(tài)位觸發(fā)置零操作

要求：實(shí)際就是把程序中相應(yīng)條件復(fù)位。

暫停：各塔工藝步驟均保持在當(dāng)前狀態(tài)，與之相應(yīng)的各程控閥也保持當(dāng)前的開關(guān)狀態(tài)，程序控制系統(tǒng)暫停計(jì)時(shí)，解除暫停，恢復(fù)計(jì)時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行暫停前的相應(yīng)程序，時(shí)間從暫停時(shí)的累計(jì)值開始連續(xù)累計(jì)。用一個(gè)置位復(fù)位觸發(fā)器SR來判斷暫停的兩個(gè)狀態(tài)-暫停開始“4COM MAND.AUTO_PAUSE_START4”和暫停結(jié)束“4COM MAND.AUTO_PAUSE_STOP4”，在暫停開始時(shí)通過該步的定時(shí)器 T25記錄下暫停時(shí)間并輸出到DB12.DBW56中，在暫停結(jié)束時(shí)通過DB12.DBW48把該時(shí)間值重新賦給定時(shí)器T25。

圖3 二段四塔工藝控制流程圖

步進(jìn)：給一次步進(jìn)信號(hào)，程序自動(dòng)切換到下一步驟。利用“4COMMAND.AUTO_SKIP4”狀態(tài)位來觸發(fā)步進(jìn)控制，就是令該步定時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束從而轉(zhuǎn)入下一步。

自檢：程序控制系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，但程控信號(hào)不輸出，程控閥全部處于關(guān)閉狀態(tài)。利用狀態(tài)位“4COMMAND.PROGRAM_CHECK4”來判斷輸出信號(hào)是否進(jìn)入實(shí)際的輸出通道“KC-102g”，否則信號(hào)輸出到其它中間狀態(tài)位“4wincc.KA102G_Wincc”。

自動(dòng)：程控閥門的開關(guān)動(dòng)作按微機(jī)程序自動(dòng)進(jìn)行。

手動(dòng)：程控閥門的開關(guān)狀態(tài)在微機(jī)操作鍵盤上手動(dòng)給定。

3 結(jié)論

自遼河油田的該二氧化碳生產(chǎn)裝置成功投入使用以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，達(dá)到了工藝要求，二氧化碳的生產(chǎn)率較高，同時(shí)對(duì)尾氣進(jìn)行了合理處理，從而有效的保護(hù)了環(huán)境。此套生產(chǎn)裝置于2007年投入運(yùn)行以來，運(yùn)行結(jié)果表明，該套系統(tǒng)的控制方案合理，控制效果良好，極大的提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，而且操作直觀、簡(jiǎn)便，受到了用戶的好評(píng)。

[1]西門子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).深入淺出西門子 S7-300 PLC(第 2版).北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2006.

[2]西門子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).深入淺出西門子Wincc V6(第2版).北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2006.