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

自動控制系統(tǒng)在PSA技術(shù)上的應(yīng)用

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

簡述了自動控制系統(tǒng)在變壓吸附技術(shù)中的應(yīng)用及發(fā)展。采用自動控制系統(tǒng)后，變壓吸附裝置運(yùn)行穩(wěn)定，放空氣體達(dá)標(biāo)排放降低了原料消耗。

自動控制；變壓吸附技術(shù)；氯乙烯；乙炔

上世紀(jì)80年代初，變壓吸附制氫成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，由于變壓吸附技術(shù)（PSA）具有裝置自動化程度高、能耗低、流程簡單、產(chǎn)品氣純度高、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)得到了迅速的推廣和應(yīng)用。變壓吸附技術(shù)是靠周期性地切換程控閥門來實(shí)現(xiàn)的，為了使整個工藝過程能連續(xù)穩(wěn)定的進(jìn)行，要求自動控制系統(tǒng)具有較高的水平。

早期簡單的控制系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)簡單的時(shí)間控制和少量的儀表在線顯示，自動控制系統(tǒng)已從第一代的氣動控制系統(tǒng)（PCS），經(jīng)過模擬式控制系統(tǒng)（ACS）、中央控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（CCS），逐漸發(fā)展為功能強(qiáng)大的大型中PLC系統(tǒng)及分布式控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（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(jīng)原料氣流量計(jì)進(jìn)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(jié)束后，吸附塔逆放排出的氣體和抽真空得到的氣體，經(jīng)由緩沖罐充分混合穩(wěn)壓后，做為產(chǎn)品氣直接送入到轉(zhuǎn)化工序回收利用。一段的半凈化經(jīng)過加熱器進(jìn)入5臺吸附塔，進(jìn)一步被吸附，得到的凈化氣穩(wěn)壓后輸出到界區(qū)外排空。逆放氣進(jìn)入解吸氣緩沖罐穩(wěn)壓后，輸出到后續(xù)工序進(jìn)行回收利用，抽空氣經(jīng)冷卻，充分混合后，由鼓風(fēng)機(jī)送往后工序回收利用。

2 自動切換系統(tǒng)

如某一臺吸附塔上的程控閥不能正常開關(guān)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)手動或自動實(shí)現(xiàn)5-1-3PP/VP工藝切換為4-1-2PP/VP（連續(xù)抽空），5-1-3PP/VP即在任意時(shí)刻總有1臺吸附塔進(jìn)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(huán)操作，達(dá)到連續(xù)通入原料氣、輸出凈化氣和產(chǎn)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(fù)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(fù)正常運(yùn)行。4塔工藝運(yùn)行方式見表1。

表1 4塔工藝運(yùn)行方式一覽表

運(yùn)行方式切換的幾點(diǎn)說明如下：

（1）當(dāng)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，該切換系統(tǒng)在保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下，將余下的吸附塔重新組合，連續(xù)不間斷地向后續(xù)工段送出合格的產(chǎn)品氣；

（2）自動切換是指計(jì)算機(jī)根據(jù)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(jìn)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(jì)算機(jī)自動選擇合適的時(shí)間和步驟完成切換操作，同時(shí)，計(jì)算機(jī)報(bào)警，提醒操作人員處理故障，處理后再恢復(fù)主流程運(yùn)行；

（4）當(dāng)程序在各種運(yùn)行方式間切換時(shí)，各步位的時(shí)間設(shè)定值會相應(yīng)更換；

（5）程序切換后，切除的吸附塔所有閥門首先處于關(guān)閉狀態(tài)，程控閥可以進(jìn)行手動開關(guān)，并作出相應(yīng)提示。當(dāng)切換指令確認(rèn)后，程序會自動將切入塔所有程控閥關(guān)閉，等待程序在適當(dāng)部位切入。

3 裝置的參數(shù)檢測

計(jì)算機(jī)可依據(jù)事先設(shè)定的某工況下的最佳操作條件，根據(jù)原料氣組成、流量、壓力的變化，自動調(diào)整吸附時(shí)間，而吸附時(shí)間變化后又會自動改變終充（最終升壓）調(diào)節(jié)閥的給定值，使終充調(diào)節(jié)閥在新時(shí)間條件下自動調(diào)整，使吸附塔壓力在終充步驟結(jié)束時(shí)剛好到位。終充調(diào)節(jié)控制分別設(shè)置了3個鍵供選擇，即手動控制、斜率控制、時(shí)間控制。無論選擇哪種控制，均需根據(jù)提示將各個參數(shù)設(shè)定好，并且必須在計(jì)算機(jī)給定的范圍內(nèi)。該系統(tǒng)的運(yùn)用可保證裝置在原料工況變化時(shí)仍能優(yōu)化、穩(wěn)定運(yùn)行、達(dá)到最佳運(yùn)行效果。

部分壓力參數(shù)（如壓力溫度）在現(xiàn)場檢測，分析點(diǎn)在現(xiàn)場手動取樣分析，重要的參數(shù)如吸附塔壓力、原料氣壓力、凈化氣壓力、產(chǎn)品氣壓力、原料氣和凈化氣流量、原料氣機(jī)凈化氣的溫度、各調(diào)節(jié)閥閥門的開啟度等在計(jì)算機(jī)屏幕上均有指示或者記錄。

4 裝置自調(diào)整控制系統(tǒng)

本裝置設(shè)置了7套壓力系統(tǒng)、4套手動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、3套流量計(jì)系統(tǒng)、1套微機(jī)程序控制系統(tǒng)。抽空及逆放壓力連鎖功能保障了系統(tǒng)的動力設(shè)備、吸附劑等安全穩(wěn)定地運(yùn)行，系統(tǒng)壓力連鎖能有效地避免吸附系統(tǒng)壓力超壓，從而減小對其他系統(tǒng)的影響等。整套控制系統(tǒng)可與工廠管控網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通訊，實(shí)現(xiàn)全廠管控一體化。

根據(jù)PSA技術(shù)的特點(diǎn)配置了2套程序切換自控系統(tǒng)來控制82臺程序控制閥門的動作。該系統(tǒng)由1套PLA控制系統(tǒng)、82個電磁閥、82個氣動程控閥等組成?？刂葡到y(tǒng)見圖2。

圖2 控制系統(tǒng)示意圖

5 運(yùn)行效果

該公司變壓吸附裝置設(shè)計(jì)能力為1 750 m3/h，自2008年5月運(yùn)行以來，自動控制系統(tǒng)操作穩(wěn)定，運(yùn)行狀況良好。經(jīng)采用氣相色譜氫火焰法（FID）分析，產(chǎn)品氣中氯乙烯含量達(dá)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(yùn)行回收了氯乙烯和乙炔，放空氣體達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，降低了原材料的消耗，實(shí)現(xiàn)了零排放、高回收，達(dá)到“節(jié)能減排”的目的。

6 結(jié)語

該裝置控制系統(tǒng)采用德國西門子的PLC控制系統(tǒng)，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(dá)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(tǒng)，為廠家的控制系統(tǒng)的統(tǒng)一選型和維護(hù)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(diào)整控制軟件，在多套工業(yè)裝置上穩(wěn)定運(yùn)行，并不斷改進(jìn)和完善，有效地保護(hù)動力設(shè)備和吸附劑，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。到現(xiàn)在為止，該技術(shù)已經(jīng)十分成熟，并且在行業(yè)內(nèi)具有十分先進(jìn)性優(yōu)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