仪表PID控制实现微小流量化学药剂精密注控方法

(洛阳绿潮环保科技有限公司，河南 洛阳 471003)

随着石油化工生产流程对产品质量要求的提高，需要通过投加各种化学药剂(添加剂)，来满足只靠改进生产工艺无法达到的质量或性能要求，如石油化工装置中的阻聚剂、航煤储运中的抗静电剂及抗磨剂等。而化学药剂(添加剂)已成为提高石油产品质量最为经济有效的办法，在石油化工生产中起到关键决定性的作用。而针对一些需要量很少的微小流量化学药剂注控，单独采用计量泵无法实现精密控制，投加量的不精准不但会对产品质量造成影响，还会造成资源浪费[1]。

1 化学药剂加注现状

石油化工工艺流程为了提高产品质量或控制设备腐蚀等，需要在线投加各种化学药剂。目前需要药剂投加设备基本都采用计量泵定量投加，投加量通常由计量泵行程刻度调节，且计量泵使用流量低于额定流量的10%以下时无法计量，对于常规>2 000 mL/h的化学药剂投加，满足API675标准的计量泵都能达到±1%投加精度。当<2 000 mL/h时，微小流量加注计量泵则无法达到精度进行线性调节，会造成化学药剂达不到在线的线性比例投加，无法达到精密注控从而影响产品质量[2]。

鉴于以上问题，采用在线仪表PID控制方法即可实现微小流量化学药剂的精密注控。解决了在微小流量范围内(0～2 000 mL/h)靠常规计量泵无法准确计量、精密加注化学药剂的问题。使各种化工工艺流程中微小流量化学药剂的在线精密注控更加可靠，避免了药剂的浪费，降低了产品成本，显著提高了产品质量。

2 微小流量化学药剂加注特点

石油化工装置中的阻聚剂、航煤储运中的抗静电剂及抗磨剂等一些药剂，加入量一般都为百万分之几(×10-6)。根据装置产能所需化学药剂的注入量一般会在0～2 000 mL/h内，如此少的微小流量采用常规计量泵根本无法达到在线连续线性精密加注，会严重影响石油化工的产品质量[3]。采用仪表PID控制通过高精度在线质量流量计和微小流量调节阀，经PLC可编程控制器实现闭环智能化精密注控即可达到精密注控的目的，计量泵作为动力工具而非计量工具，其流量选择范围可以更宽(一般额定流量可扩大到5 000 mL/h利于选型节约成本)。其药剂注控精度可以达到±0.05%，远远高于常规计量泵加注。

3 仪表PID控制实现微小流量注控流程

化学药剂通过上料泵及附属管路进入药剂罐储存，液位计可随时观察罐体液位；液位开关实现高低液位控制及联锁报警；罐顶设有阻火呼吸阀；罐内药剂靠重力自流至计量泵入口及其附属管路内，通过计量泵加压至自力式调节阀入口保证向外注控的设计压力；安全阀用于保证计量泵出口的管路不超压；质量流量计用于实时监测注出管路的药剂流量；微小流量调节阀用于接收PLC控制柜的PID调节信号，通过自动调整阀门开度实现实时精密注控。

1.手动阀 2.止回阀 3.针形阀 4.Y型过滤器 5.微小流量调节阀 6.自力式调节阀 7.安全阀 8.呼吸阀 9.上料泵 10.隔膜计量泵 11.液位计 12.液位开关 13.质量流量计

4 实现微小流量精密注控的方法原理

实现药剂精密注控的关键在于计量泵出口管路分为两路：一路为控制自力式调压阀前压力保持恒定为主循环回路，稍大于微小注控流量的计量泵将药剂循环打入药剂罐，而泵出口的压力恒定；另一路为保证注出口自力式调压阀后压力保持恒定的仪表PID控制管路，通过高精度质量流量计及微小流量调节阀，接收PLC控制器的控制信号实现微小流量精密注控；微小流量PID控制原理为在PLC控制器内事先设定化学药剂的注入流量，通过与在线质量流量计的瞬时流量进行对比，计算偏差进行比例积分调节微小流量调节阀开度，实现闭环智能化精密注控。与计量泵投加化学药剂注控精度对比如表1所示。

5 结论

通过在线仪表PID控制实现化学药剂精密注控的方法，解决了常规计量泵加注化学药剂的微小流量控制盲区。在控制系统中通过PLC可编程控制器实现闭环智能化调节，使整个系统具有响应速度快、调节精度高、运行稳定等特点。通过本精密注控方法不仅可以显著提高石油化工产品质量，且可以通过通讯模块实现药剂精密注控的数据远程监控，利于建设智慧化工厂。

表1 注控精度对比