顏青卿

摘 要： 本文闡述通過PID控制在MVR蒸發(fā)濃縮實際工藝生產(chǎn)中的應(yīng)用，指出復(fù)雜控制與實際工藝緊密結(jié)合過程，同時在當(dāng)今智能化要求下的自動化形勢下，真正解決企業(yè)人力資源緊張局面。

關(guān)鍵詞： PID、PLC、MVR蒸發(fā)、結(jié)晶、控制

【中圖分類號】TP273 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）07-0213-02

1 概述

MVR蒸發(fā)器是蒸汽機械再壓縮技術(shù)（mechanical vapor recompression ）的簡稱。MVR蒸發(fā)器是上個世紀(jì)九十年代末開發(fā)出來的新型高效蒸發(fā)設(shè)備，是一種重新回收利用它自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量，從而減少對外界能源需求的一項環(huán)保節(jié)能技術(shù)。

一套完整的MVR蒸發(fā)器系統(tǒng)主要是由進(jìn)料泵、預(yù)熱器、蒸發(fā)器、分離器、壓縮機、真空泵、循環(huán)泵、操作平臺、電控、儀表、PLC控制系統(tǒng)及閥門、管路等系統(tǒng)組成。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作維護(hù)方便，MVR蒸發(fā)器已經(jīng)成功廣泛應(yīng)用于化工、造紙、醫(yī)藥、食品、海水淡化及污水處理等領(lǐng)域。

其主要特點是：節(jié)能、環(huán)保、無需原生蒸汽、無需額外配置鍋爐、無需燒煤加熱蒸汽、無需配設(shè)備冷卻水管路，系統(tǒng)設(shè)備相比之前的生產(chǎn)工藝簡單，公用工程配套少、工程總投資少、生產(chǎn)運行成本降低、占地面積小;同時要求相應(yīng)的自動化程水平高，減少了人工操控的工作量，以滿足當(dāng)前工藝生產(chǎn)自動化、生產(chǎn)智能化的要求。

在MVR蒸發(fā)器投入生產(chǎn)使用過程中，只有當(dāng)以下生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)參數(shù)精確控制才能達(dá)到生產(chǎn)所需的目標(biāo)：

1.1 系統(tǒng)壓力保持穩(wěn)定;

1.2 各罐的液位如何保持;

1.3 蒸發(fā)結(jié)晶的溶液密度的保持;

1.3 蒸發(fā)部分溫度保持協(xié)調(diào);

2 MVR控制結(jié)構(gòu)

MVR蒸發(fā)器控制系統(tǒng)，電控部分主要是為壓縮機、泵等提供驅(qū)動和調(diào)速;儀表部分主要是測量生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中的壓力、溫度、流量、液位、密度等生產(chǎn)工藝參數(shù)，PLC系統(tǒng)將這些工藝參數(shù)采集，按照工藝要求來控制整個系統(tǒng)的運行。其中，主要是通過調(diào)節(jié)閥門開度來調(diào)節(jié)這些生產(chǎn)工藝參數(shù)，以滿足整個系統(tǒng)的原液、蒸汽的流動和熱交換等。

儀表檢測工藝參數(shù)，溫度分別檢測蒸發(fā)液在各階段的溫度變化，壓力監(jiān)測系統(tǒng)的殼程壓力，整個系統(tǒng)在負(fù)壓下運行;蒸發(fā)器、分離器需要檢測內(nèi)部的液位以反映運行情況下物料多少。密度是該系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，物料密度由23%濃縮到46%，檢測物料達(dá)到目標(biāo)密度，然后決定是否將產(chǎn)品出到下一級的儲料罐。

按照工藝要求，整個系統(tǒng)按工藝可分為：進(jìn)料、蒸發(fā)、分離等幾個環(huán)節(jié)。

2.1 進(jìn)料：

進(jìn)料是從母液罐用泵打入蒸發(fā)器內(nèi)，為了保證進(jìn)料的流量和提升溫度，這個環(huán)節(jié)增加流量檢測的電磁流量計和流量調(diào)節(jié)閥。

為了提升溫度，進(jìn)料管道設(shè)置板式換熱器，用新鮮蒸汽來加熱進(jìn)料的母液，目標(biāo)溫度是根據(jù)具體工況而定，可在70℃-90℃之間設(shè)定目標(biāo)值。

2.2 蒸發(fā)：

蒸發(fā)后的結(jié)晶階段，結(jié)晶器的液位LISA007時刻發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)料調(diào)節(jié)閥FV003進(jìn)行自動調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)對該生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)液位的平衡操作控制。

2.3 結(jié)晶分離：

蒸發(fā)過后，母液的濃度逐漸增加。

結(jié)晶的濃度隨著蒸發(fā)量的累計逐漸增加，直到滿足結(jié)晶要求的濃度，將出料調(diào)節(jié)閥FV004打開送到下一道的工序儲料罐——結(jié)晶釜。

3 PID控制

為了保證連續(xù)生產(chǎn)，必須確保各工藝段自身的自動調(diào)節(jié)。這種情況下，采用PID調(diào)節(jié)就是最佳選擇。

目前，PID控制及其控制器已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用。PID控制器問世至今已有70多年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。

PLC可編程系統(tǒng)利用PID控制來實現(xiàn)對工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的壓力、溫度、流量、液位、密度的控制功能。

PID調(diào)節(jié)解決了自動控制理論所要解決的最基本問題，既系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，可實現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力，同時，在PID調(diào)節(jié)器中引入積分項，系統(tǒng)增加了一個零積點，使之成為一階或一階以上的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。在工藝生產(chǎn)控制中，采用PID控制器，并加入反饋回路來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)，可以讓系統(tǒng)保持穩(wěn)定運行。

3.1 進(jìn)料流量的控制：

該系統(tǒng)設(shè)計入料量最大為40噸/小時，但是入料量是根據(jù)蒸發(fā)量和出液量不斷調(diào)整的。

進(jìn)料調(diào)節(jié)閥FV001根據(jù)降膜蒸發(fā)器的液位LICAS001來自動調(diào)節(jié)流量補充，在該生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的自動控制應(yīng)用中，采用PI調(diào)節(jié)器，來穩(wěn)定液位，從而實現(xiàn)對進(jìn)料流量的自動控制（如圖2中所示）。

3.2 進(jìn)料溫度的調(diào)節(jié)控制：

進(jìn)料溫度調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)換熱器入口調(diào)節(jié)閥FV005的開度，改變蒸汽的流量，來實現(xiàn)換熱器進(jìn)料出口溫度的調(diào)節(jié)。

在生產(chǎn)該工藝環(huán)節(jié)的自動控制應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，自動根據(jù)進(jìn)料的換熱器出口溫度來調(diào)節(jié)FV005調(diào)節(jié)閥的開度，從而實現(xiàn)對進(jìn)料溫度的自動調(diào)節(jié)控制。如下圖6中所示。

3.3 蒸發(fā)結(jié)晶的液位調(diào)節(jié)控制：

蒸發(fā)結(jié)晶的液位調(diào)節(jié)是通過轉(zhuǎn)料調(diào)節(jié)閥FV003的開度，來調(diào)節(jié)結(jié)晶蒸發(fā)器的液位LICAS007。

在該生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的自動控制應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，自動根據(jù)進(jìn)結(jié)晶蒸發(fā)器的液位LICAS007來調(diào)節(jié)FV003調(diào)節(jié)閥的開度，從而實現(xiàn)蒸發(fā)結(jié)晶的液位自動調(diào)節(jié)。（如圖3中所示）

3.4 溶液的密度調(diào)節(jié)：

蒸發(fā)結(jié)晶的溶液密度達(dá)到預(yù)定的設(shè)定值，F(xiàn)V004調(diào)節(jié)閥根據(jù)密度計ρIC001檢測到的密度大小來調(diào)節(jié)開度。密度不能太高，過高則容易在管道里面結(jié)晶造成堵塞;密度太低則在結(jié)晶釜內(nèi)等待時間過久。

在該生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的自動控制應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，控制系統(tǒng)自動根據(jù)結(jié)晶蒸發(fā)器的密度計ρIC001檢測的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)FV004調(diào)節(jié)閥的開度，從而實現(xiàn)蒸發(fā)結(jié)晶溶液密度的自動控制。（如圖4中所示）

4 總結(jié)

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)是目前最新型的蒸發(fā)結(jié)晶方式，相關(guān)部分采用PID控制方式才能實現(xiàn)自動化控制。

使用過程中，降膜蒸發(fā)器、結(jié)晶蒸發(fā)器的液位控制有著十分重要的意義。在產(chǎn)品出料時，根據(jù)濃縮液的密度確定出料量的控制也十分關(guān)鍵。

MCR蒸發(fā)系統(tǒng)作為新型蒸發(fā)濃縮方式，用于工業(yè)生產(chǎn)的廢液處理等場合，可以節(jié)約蒸汽的使用量，從而降低能耗，減少生產(chǎn)運行成本，降低了生產(chǎn)帶來的大氣碳排放量，從而實現(xiàn)了環(huán)保、節(jié)能、減排的目標(biāo)。

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