宮翠玉

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，武漢 430223)

L=100lg(RaCV計(jì)算/CV額)/lgRa

分程控制的應(yīng)用實(shí)例分析

宮翠玉

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，武漢 430223)

分程控制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中較為常見(jiàn)的一種控制模式，依據(jù)分程控制的基本概念，闡述在工程應(yīng)用中各分程控制的功能。分程控制的難點(diǎn)是分程點(diǎn)的整定，以工程項(xiàng)目實(shí)例解析分程點(diǎn)的確定方法，根據(jù)理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)解析分程控制的關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)工程應(yīng)用有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

分程控制 實(shí)施方案 工程案例 分程點(diǎn)計(jì)算

分程控制系統(tǒng)是由1個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出去帶動(dòng)2臺(tái)或2臺(tái)以上的調(diào)節(jié)閥工作，每臺(tái)調(diào)節(jié)閥僅在調(diào)節(jié)器輸出的某段信號(hào)范圍內(nèi)動(dòng)作[1-3]。有以下特點(diǎn)： 適應(yīng)工藝要求，采用兩種或多種手段對(duì)介質(zhì)進(jìn)行控制；滿(mǎn)足不同負(fù)荷下的工藝生產(chǎn)和開(kāi)、停車(chē)過(guò)程對(duì)自動(dòng)控制的要求；擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比。

1 分程控制方案的實(shí)施

現(xiàn)有的石化裝置多采用DCS控制，通過(guò)DCS自帶的反向功能或智能閥門(mén)定位器的正反作用，無(wú)論閥門(mén)的氣開(kāi)/氣關(guān)形式如何，希望的結(jié)果是DCS的輸出值與閥門(mén)的開(kāi)度一一對(duì)應(yīng)。因此，在組態(tài)文件中，分程曲線(xiàn)與工藝過(guò)程要求是直接對(duì)應(yīng)，不再考慮閥門(mén)的氣開(kāi)/氣關(guān)形式。

1) 同一工藝管線(xiàn)上并聯(lián)的2臺(tái)閥，采用分程控制提高了調(diào)節(jié)精度，增大了可調(diào)比，也能夠滿(mǎn)足不同負(fù)荷和開(kāi)停車(chē)過(guò)程對(duì)控制的要求。

2) 2臺(tái)閥的輸出去不同的管線(xiàn)，正常供工藝生產(chǎn)的A閥全開(kāi)后仍不能滿(mǎn)足工藝控制，此時(shí)將B閥打開(kāi)，將介質(zhì)排放至其他管線(xiàn)，調(diào)節(jié)器的輸出和閥門(mén)的開(kāi)度關(guān)系如圖1a)所示。

3) 2臺(tái)閥安裝于不同的管線(xiàn)，A閥全關(guān)后仍不能滿(mǎn)足工藝控制，B閥隨后關(guān)閉，調(diào)節(jié)器的輸出和閥門(mén)開(kāi)度關(guān)系如圖1b)所示。

圖1 調(diào)節(jié)器的輸出和閥門(mén)開(kāi)度關(guān)系(一)

4) 在物位控制中，2臺(tái)閥在不同的物料管線(xiàn)，A閥進(jìn)料，B閥出料，A閥全關(guān)后仍不能滿(mǎn)足工藝控制要求，此時(shí)將B閥打開(kāi)，排出物料；兩種物料的作用正好相反，如用一個(gè)升溫，用一個(gè)降溫，2臺(tái)閥在不同的物料管線(xiàn)，A閥進(jìn)料，B閥進(jìn)料，上述兩種情況下調(diào)節(jié)器的輸出和閥門(mén)開(kāi)度關(guān)系如圖2a)所示。

5) 在物位控制中，A閥進(jìn)料，B閥出料，A閥全開(kāi)后仍不能滿(mǎn)足工藝控制，此時(shí)將B閥關(guān)閉，減少物料排出；兩種物料的作用正好相反，如用一個(gè)升溫，用一個(gè)降溫，2臺(tái)閥在不同的物料管線(xiàn)，A閥進(jìn)料，B閥進(jìn)料，上述兩種情況下調(diào)節(jié)器的輸出和閥門(mén)開(kāi)度關(guān)系如圖2b)所示。

圖2 調(diào)節(jié)器的輸出和閥門(mén)的開(kāi)度關(guān)系(二)

2 分程點(diǎn)的確定

分程點(diǎn)的確定主要與影響工藝過(guò)程平穩(wěn)運(yùn)行的因素有關(guān)。閥門(mén)對(duì)物料的進(jìn)出量有直接影響，因此分程點(diǎn)的確定與閥門(mén)的口徑及流通能力直接相關(guān)。分下列幾種情況[4-7]：

1) 閥門(mén)的流通能力相當(dāng)或進(jìn)出物料的作用能力相當(dāng)時(shí)，一般選用50%作為分程點(diǎn)。

2) 采用分程控制的目的是閥門(mén)的可調(diào)比不能滿(mǎn)足工藝需求，分程點(diǎn)應(yīng)根據(jù)2臺(tái)閥門(mén)的流量曲線(xiàn)特性確定，分程點(diǎn)的選取應(yīng)使流量特性曲線(xiàn)平穩(wěn)，避免因1臺(tái)閥門(mén)的動(dòng)作影響工藝過(guò)程的穩(wěn)定。

3) 分程控制的2臺(tái)閥門(mén)1臺(tái)為進(jìn)物料，1臺(tái)為出物料時(shí)，結(jié)合過(guò)程反應(yīng)需要及過(guò)程量的控制特點(diǎn)來(lái)決定分程點(diǎn)，工藝管線(xiàn)的設(shè)計(jì)一般分程點(diǎn)也為50%，但為防止在臨界位置2臺(tái)閥門(mén)頻繁動(dòng)作，給過(guò)程控制帶來(lái)波動(dòng)，應(yīng)采用重疊或間隔分程來(lái)實(shí)現(xiàn)。曲線(xiàn)如圖3所示。

圖3 重疊和間隔方程控制曲線(xiàn)

3 工程實(shí)例

某工藝管線(xiàn)上的溫度控制閥在夏季開(kāi)車(chē)工況下，最大蒸汽流量為11.45t/h，正常流量為5.95t/h；正常操作時(shí)最大蒸汽流量為5.85t/h，正常流量為0.37t/h。

通過(guò)計(jì)算，用1臺(tái)調(diào)節(jié)閥不能滿(mǎn)足調(diào)節(jié)需要，需在工藝管線(xiàn)上增加1臺(tái)調(diào)節(jié)閥，用于正常操作和夏季開(kāi)車(chē)。2臺(tái)閥采用分程控制，最終的選型結(jié)果是A閥流量特性為等百分比，可調(diào)比為50∶1，CV=640；B閥流量特性為等百分比，可調(diào)比為50∶1，CV=100。為使分程點(diǎn)的整個(gè)綜合流量特性的平滑過(guò)渡，2臺(tái)閥的綜合CV=640+100=740，此時(shí)，綜合流量特性也應(yīng)該是等百分比的。

等百分比的行程公式為[1，4-6]

L=100lg(RaCV計(jì)算/CV額)/lgRa

式中： Ra——可調(diào)比；CV額=740。

當(dāng)L=0時(shí)，綜合的最小CV值就是小閥的最小流通能力值，即RaCV計(jì)算/CV額=1；Ra=50(最小閥門(mén))；CV額(最小閥門(mén))=100，50CV額/100=1，所以CV計(jì)算min=2。當(dāng)L=100%時(shí)，綜合最大的CV值就是大閥的最大流通能力值，lg(RaCV計(jì)算/CV額)=lgRa，即CV計(jì)算=CV額，CVmax=CV額(兩閥門(mén)的綜合CV)=740，因此可調(diào)比Ra=CV計(jì)算max/CV計(jì)算min=370。

分程點(diǎn)的計(jì)算： 當(dāng)CV計(jì)算=100時(shí)，對(duì)應(yīng)開(kāi)度為66.154%。因此，宜將分程點(diǎn)設(shè)置為66.154%。

閥門(mén)的CV計(jì)算與開(kāi)度關(guān)系圖如圖4所示。

圖4 閥門(mén)CV計(jì)算與閥門(mén)開(kāi)度的關(guān)系

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著工藝裝置的生產(chǎn)規(guī)模及能力越來(lái)越大，大管徑的工藝管道越來(lái)越多，實(shí)現(xiàn)工藝流程精細(xì)化、平穩(wěn)自動(dòng)控制，分程控制方式必不可少。筆者從分程控制的基本概念及工程實(shí)施方案著手，詳細(xì)介紹了分程點(diǎn)的選擇計(jì)算方法，對(duì)工程應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。

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宮翠玉(1983—)，女，2006年畢業(yè)于華中科技大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國(guó)五環(huán)工程有限公司，主要從事儀表及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，任工程師。

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1007-7324(2016)06-0063-02

稿件收到日期： 2016-07-11，修改稿收到日期： 2016-10-20。