空分纯化系统程序控制

文国荣

（四川空分设备（集体）有限责任公司空分事业部，四川 简阳 641400）

空分纯化系统程序控制

文国荣

（四川空分设备（集体）有限责任公司空分事业部，四川 简阳 641400）

介绍大型空分装置分子筛纯化系统程序控制功能、实施方法、操作方式，从而保障装置稳定运行。

空分纯化系统；程序控制；分子筛纯化系统

纯化系统是空分装置的最重要的组成部分之一，它是时序控制和联锁逻辑及外给定PID控制的结合，同时有再生和高温活化、卸压、加热、冷吹、均压等不同工况的控制，本系统的控制是整个空分装置控制系统中最复杂的控制，也是保证空分装置长期稳定运行的关键设备控制之一，对于四万等级及以上的大型空分装置每套空分的控制要求基本相同。在设计该程序时必须经过充分的考虑，满足工艺和用户提出的各项控制功能，确保整个空分装置运行稳定。

1 程序控制的主要功能

1.1 均压联锁

均压阶段时间到如果差压大于设定值时程序自动延时，差压满足要求时程序自动运行；对均压阀在均压期间阀门开度的折线时序设定在1～2钟分，5段阶梯斜坡开到阀门的设定开度75%（时间和开度值可在线修改）。0～30s开度从0～15%30～50s开度从：15%～25%；50～75s开度从25%～35%；75～100s开度从35%～50%；100s～120s开度从50%～75%。在均压期间保持22分钟，此时如果差压满足小于10KPa要求则关闭该阀，如果差压大于等于10KPa程序自动延时，延时时启动暂停计时器，计数延时的时间。

1.2 卸压联锁

卸压时间设定为12分钟，卸压时间到压力大于设定值10kPa时程序自动延时，压力小于10kPa时程序自动运行，卸压阀的时间分段和阀门的开度控制与均压阀的分段控制类似。

1.3 任意步启动功能

程序可以从设定的步启动（通过选步完成该功能）。

1.4 停车保位功能

停车后下次启动从停车时刻开始运行，停车时程序能记住停车时刻各个阀门的状态、开度、时间。

1.5 手动复位和自动复位功能

若长时间停车，停车后可通过手动复位到初始步，下次启动程序从初始步开始运行；程序自动运行时完成一个周期后自动复位循环运行。

1.6 暂停功能

按下暂停按钮，程序暂停，暂停后程序保持原状态，阀门开关状态不变，暂停时可进行应急处理，在工艺允许的情况下可手动操作阀门的开和关；暂停时启动暂停计时器，显示暂停多长时间。

1.7 启动/停车功能

按下启动按钮程序开始正常运行，按下停车按钮程序停止工作，停车后输出状态为零，除污氮放空阀打开外其余所有阀关闭，操作按钮均需确认才有效。

1.8 加热阶段蒸汽加温阀自动打开和自投PID功能

加热时程序先把蒸汽进蒸汽加热器的阀门从初始的5%开度开到90%的开度（开度可以在线修改），等到加热器出口温度升至195℃（设定温度可以在线修改）时，程序把该阀门投入自动，按设定温度进行PID自动调节。

1.9 污氮加热、冷吹、放空阀自动切换及自调功能

纯化系统的污氮加热阀、冷吹阀、放空阀在切换时是把需要开的阀分段开到预设值，延时20秒投自动，同时把流量设定值由程序赋值一次给PID的SP作为设定值，需要关的这台阀是从当前开度分时间段关到零，开关的斜率和时间同均泄压阀一样在线可调，在实际运行中流量基本保持稳定。

1.10 切换阀行程开关反馈联锁功能

每一步切换时，对于开关阀若30秒内阀位未反馈，发出报警，程序停在该步，由操作员确认阀门是否打开，若阀门开关正常，则说明行程开关故障，通知仪表处理，按“旁路”按钮程序继续正常运行。

2 分子筛纯化系统详细的程序控制和操作以甘肃华亭中煦2×43000Nm3/h空分为例加以说明

2.1 操作画面按钮设置

“启动”、“停止”、“1#分子筛再生”、“2#分子筛再生” 、“暂停”、 “旁路”、“复位”，为了防止误操作每个按钮按下后需要确认操作才能进行，否则操作无效。

2.2 操作画面有如下显示

卸压时间、加热时间、冷吹时间、均压时间、并行时间、暂停时间、FCV221A1（加热调节阀）/ FCV221A2（冷吹调节阀）/ FCV221A3（放空调节阀）投自动时流量设定值的赋值参数、卸压压力设定值的赋值参数（0.01MPa）、均压差压设定值的赋值参数（0.01MPa）、加热温度TICA225A的SP温度设定值、TCV225A（蒸汽进蒸汽加热器阀）加热时阀门开度设定、FCV221A1/ FCV221A2/ FCV221A3/ HV223A（1#均压阀）/HV224A（2#均压阀）/ HV231A（1#泄压阀）/ HV232A（2#泄压阀）切换时的逐渐打开或逐渐关闭时的阀门开度和运行时间显示，时间和开度在线可修改（满足权限），该参数操作工可以根据经验预设值，具体参数根据开车工况需要进行适当调整；HV221A/ HV222A/HV2225A/HV226A/ HV227A /HV228A/ HV229A/ HV2210A两位程控阀行程开关返回时间设定30s（可修改、超过该时间动作的阀位未返回产生报警，程序自动延时）。

工作各阶段显示：卸压、加热、冷吹、均压、并行，流程图如图1。

2.3 操作

（1）分子筛系统的每一个阀在程序没有启动之前均可手动操作，在工艺允许的情况下，启动程序之前可以手动操作每一个阀看其开关状态是否正常。

（2）空分第一次启动时先按“复位”按钮，使程序处于初始状态后可选“1#分子筛再生”或选“2#分子筛再生”。

（3）选好再生分子筛如“2#分子筛再生”按钮，按“启动”按钮，按下后会提示参数是否设定好：（对FCV221A1/ FCV221A2/ FCV221A3/ HV223A/HV224A/ HV231A/ HV232A逐渐打开或逐渐关闭时的阀门开度和开关时间），如设定好就点确认按钮，确认后分子筛程序启动，就会按照时间顺序和逻辑联锁往下进行工作进入2#分子筛卸压阶段，延时30s后泄压阀HV232A按照预先设定好的时间和开度进行开到预设值，之后在卸压阶段保持该开度，卸压时间到时判断PIS222A压力是否满足要求（小于10KPa），若不满足程序自动延时并报警，同时启动暂停计时器开始计时，等待条件满足后进入加热阶段。

（4）在加热时，首先把加热程控阀HV226A/ HV230A打开，打开后FCV221A3放空调节阀与FCV221A2加热调节阀相互切换，FCV221A3从当前开度按照预先设定好的时间、开度值逐渐全关，FCV221A2加热阀从全关按照预先设定好的时间开度值逐渐开到预设值后延时20s程序投自动，同时把预设好的流量SP（42000 Nm3/h）设定值（根据工况要求可在线修改该参数）赋给PID调节器作为设定值，让它按该值进行自动调节，同时权限交给操作员（两个阀在切换时处于程序阶段，人为操作不起作用）；FCV221A3/ FCV221A2切换的同时TCV225A蒸汽进气阀开度从5%（不在加热阶段该阀一直为5%的开度）开到90%（根据工况要求可在线修改），当温度TICA225A大于预设值（如195℃，该值可在线修改）时，该阀自动投入自动调节；加热完成时；FCV221A2加热阀与FCV221A1冷吹阀相互切切换，FCV221A2加热阀从当前开度按照预先设定好的时间开度值逐渐全关，FCV221A1冷吹阀从全关按照预先设定好的时间开度值逐渐开到预设值后延时20s投入自动调节，同时把预设好的SP值赋给PID调节器作为设定值，让它按该值进行自动调节，同时权限交给操作员（两个阀在切换时处于程序阶段，人为操作不起作用）。

图1

（5）冷吹结出前提前2分钟FCV221A1冷吹阀与FCV221A3放空阀相互切换，FCV221A1冷吹阀从从当前开度按照预先设定好的时间开度值逐渐关闭，FCV221A3放空阀从全关按照预先设定好的时间开度值逐渐开到预设值后延时20s投入自动，同时把预设好的SP值赋给PID调节器作为设定值，让它按该值进行自动调节，权限交给操作员（两个阀在切换时处于程序阶段，人为操作不起作用）。

（6）冷吹完成后延时30s均压阀HV224A按照预先设定好的时间和开度进行打开到预设值，之后在均压阶段保持该开度，均压时间到时判断PdIS222A差压是否满足要求（小于10KPa），若不满足程序自动延时并报警，同时启动暂停计时器开始计时，等待条件满足后进入并联阶段。

（7）并联运行：1#和2#分子筛同时并联运行4分钟（时间可在线修改），并联完成后进入“2#分子筛吸附”，“1#分子筛再生”，其再生过程与前面的 “2#分子筛再生”过程阀门的控制相同。

（8）暂停：在程序的每一步：如均压、加热、冷吹、卸压、并联阶段均可以暂停（按“暂停”按钮，并确认），暂停时阀门保持当前状态，暂停计数器开始计时，暂停时每个阀权限交给操作员，每个阀均可操作（注意：阀门能否操作要工艺确认，否则有可能造成误操作），暂停后要继续工作按“旁路”按钮并确认，暂停后继续工作时程序是记住暂停前每个阀的状态的（即使在暂停期间操作了阀门又忘记恢复，程序再次运行时会自动恢复暂停前的所有状态）。

（9）停车：在程序的每一步如均压、加热、冷吹、卸压、并联阶段均可以停车，停车时除FCV221A3放空阀全开外，其余阀全关，程序停在当前时刻，停车后每个阀均可操作，下次启动时程序从停车时刻启动（程序未人为复位，即未按“复位”按钮），启动时程序是记住停车前每个阀的状态的，预冷系统联锁停车与手动停车动作相同。

（10）复位：程序复位是在第一次空分启动或是空分长时间停车，两个吸附器的压力均卸为常压后想程序从初始状态运行时才能使用“复位”按钮，因为该按钮按下确认后程序回到了初始状态，一般不要使用该按钮。

（11）两位式开关阀（HV221A/HV222A/ HV225A/ HV226A/ HV227A/ HV228A/ HV229A/ HV230A）开关位置反馈：程序运行到每一步时，在30秒内该开的阀没有开到位或是该关的阀没有关到位，程序自动暂停并报警，等待条件满足后进入工作，此时操作员可到现场确认阀是否开到位或关到位，若是阀门动作正常而是由于行程开关有问题，可以按“旁路”按钮，确认后程序正常工作，可通知仪表工程师检查行程开关。

（12）程序运行时非运行步阀门的开关人为操作无效。

3 结语

该分子筛纯化系统程序是严格按照工艺要求的每一步的时间、联锁条件以及各步阀门的开关动作及阀位反馈信号情况进行编制，在编制的过程中把均压阀、泄压阀的开度、时间按折线坡度进行设定，使在均泄压过程中工艺参数运行平稳保护了分子筛免受冲击。把修改折线坡度和时间值的权限交给了操作员，操作工人可以根据工况的变化对阀门的开度和设定时间进行适当地修改，方便了操作。在分子筛程序运行的加热、冷吹、放空阶段的三台流量调节阀的控制中，在每两个阀的切换过程中把需要关闭的阀门从当前开度按折线斜率和时间要求慢慢关闭，需要开的阀按折线斜率和时间要求慢慢打开到预设的开度后延时一定时间投自动，使再生流量保持稳定，保证了纯化系统自身用气流量和空分后序工况上塔压力稳定，使整个空分工艺平稳运行。同时时间和开度以及流量设定外给定值的PID的权限交给操作员，在操作工况发生变化时操作工可以对其设定值进行适当的修改，从而更好的满足工况要求。

对加热过程中的蒸汽量和加热温度的控制也进行了程序优化设置处理，从而满足加热温度要求。程序的编制中充分考虑了误操作的情况，每个操作都需要确认才能完成，否则操作无效。程序能记忆每一步各阀门的状态和开度，保证了停车和再次启动及暂停后自动复到原来的工况。该程序除了在本装置运行平稳外，在贵州金赤化工2×43000 Nm3/h和内蒙东华能源2×43000 Nm3/h等大型空分中也得到了进一步的验证，运行可靠。

TP273

A

1671-0711（2017）03（上）-0116-03