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AI-808在催化劑廠完善新型生產(chǎn)工藝改造中的應用

時間:2011-05-16 21:44:06來源:caijuan

導語:?本文主要介紹AI-808和變頻技術在催化劑廠完善新型催化劑生產(chǎn)工藝改造中的應用,并說明系統(tǒng)最優(yōu)控制及最優(yōu)控制參數(shù)的計算。系統(tǒng)運行情況較好,值得推廣使用。

1、引言

      齊魯石化催化劑廠在完善新型催化劑生產(chǎn)工藝改造前的生產(chǎn)工藝過程是:先從輸送管道向攪拌罐投入一定量的高嶺土,再投入一定量的分散劑,經(jīng)過2.2小時反應后,再依次加入其他7種物料,這樣做存在以下問題:(1)由于反應時間較長,嚴重影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。(2)由于計量設備落后,人為影響因素較重,投入分散劑量不能很好控制,投入過多,生產(chǎn)成本大大提高,造成浪費,投入過少,影響產(chǎn)品質(zhì)量,產(chǎn)品不合格率提高,造成大量的廢品。 (3)由于物料的特殊化學性質(zhì),腐蝕性及粉塵污染較嚴重,嚴重影響工人的身體健康。
      近幾年來,工業(yè)過程自動化程度越來越高及人們對環(huán)保意識的增強,變頻調(diào)節(jié)技術以其優(yōu)異的性能,在國內(nèi)外得以廣泛應用,特別是隨著中國加入WTO以后,石化行業(yè)的競爭更加日趨激烈,并對產(chǎn)品的質(zhì)量提出更高的要求。針對原生產(chǎn)工藝過程中存在的問題,經(jīng)有關領導商量決定對催化劑生產(chǎn)工藝進行改造,保留其它7臺儲料罐不變,主要對高嶺土、鋁石及分散劑打漿進行改造,改造方案為:(1)高嶺土打漿與儲備2套;(2)鋁石打漿與儲備1套;(3)分散劑打漿與儲備1套。文中重點介紹變頻調(diào)速的雙閉環(huán)控制及綠色設計的應用。

2、調(diào)速控制單元的組成及工作原理    

      變頻調(diào)速控制單元主要由DCS、PLC、配料皮帶秤、星型給料機、變頻器、AI-808調(diào)節(jié)器、流量計、電氣轉(zhuǎn)換閥等組成。其工藝流程見圖1所示:
2、2調(diào)速控制單元的工作原理
      變頻調(diào)速控制回路構成雙閉環(huán)回路,見圖2:第一路閉環(huán)回路主要由電子皮帶秤、電腦積算器、變頻器、AI-808調(diào)節(jié)器、星型給料機、皮帶輸送機等組成。變頻器選用臺達VFD015A43B,它主要用于控制星型給料機給料,配料皮帶秤檢測流經(jīng)輸送機上的物料,并將信號傳送給電腦積算器,由電腦積算器發(fā)4~20mA的模擬信號給調(diào)節(jié)器,調(diào)節(jié)器發(fā)出兩路4~20mA的模擬信號,一路傳送給DCS系統(tǒng),將其乘以系數(shù)K,作為第二個閉環(huán)回路的目標值;另一路傳送給變頻器,通過調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)變頻器的V/F值,來調(diào)節(jié)星型給料機的轉(zhuǎn)速,從而保證流經(jīng)皮帶輸送機的高嶺土比較均勻,目的是產(chǎn)生較穩(wěn)定和準確的流量;第二路閉環(huán)控制是根據(jù)第一路傳送的量來調(diào)節(jié)分散劑的量,使分散劑的量跟隨高嶺土的量發(fā)生變化,一方面保證調(diào)節(jié)閥正常工作,另一方面又能保證高嶺土和分散劑按一定比例混合,保證配比的準確性,從而保證混合料的質(zhì)量,提高系統(tǒng)的可靠性。
2、3 AI-808調(diào)節(jié)器
      AI-808調(diào)節(jié)器的特點: 國產(chǎn)較先進的儀表,內(nèi)部采用了高性能的ASIC芯片和模塊化硬件設計,在輸入、輸出信號上均采用了數(shù)字校正技術,以消除穩(wěn)定性較差的可調(diào)電阻所帶來的誤差;通過自動調(diào)零技術的應用可長期使用而不會產(chǎn)生零點漂移,測量數(shù)字精確穩(wěn)定;具有多種輸入、輸出規(guī)格和報警方式設置。不僅具備手動/自動無擾動切換操作功能,還具備手動自整定和顯示輸出值等,以及用作伺服放大器直接控制閥門位置的比例輸出,電源可在85-264VAC(50-60HZ)寬范圍內(nèi)波動,在強干擾的環(huán)境下也能保證測量的精度和工作的穩(wěn)定性。
      目前國內(nèi)外生產(chǎn)調(diào)節(jié)器的產(chǎn)家較多,我們通過比較,選用廈門宇電公司的AI-808調(diào)節(jié)器,主要是基于以下幾點原因:(1)產(chǎn)品的性價比高;(2)產(chǎn)品的可靠性高,穩(wěn)定性好;(3)售后服務及時;(4)800免費電話。實踐也已經(jīng)證明了我們當初的選擇是正確的。
2、4最優(yōu)控制及控制系數(shù)的計算與設置
      生產(chǎn)過程是個復雜的動態(tài)過程,生產(chǎn)過程中的某一時刻的某一環(huán)節(jié)似乎是不可控的,因而造成生產(chǎn)被動或增加勞動強度。最優(yōu)控制不僅要實現(xiàn)生產(chǎn)過程相對靜態(tài)時的最優(yōu),而且要求從一個工況轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪还r時也要自動起到最優(yōu),即達到動態(tài)最優(yōu)控制。所謂動態(tài)最優(yōu)控制就是要找出起控制作用的參數(shù)的一個或一組參數(shù),使要控制的目標參數(shù)的函數(shù)在滿足約束條件下最優(yōu)。
      要想達到最優(yōu)控制,關鍵是要確定合適的控制系數(shù),那么怎樣對PID調(diào)節(jié)器的控制系數(shù)進行計算與設置呢?
      在自動控制系統(tǒng)中,首先應把流量大小轉(zhuǎn)化成計量的統(tǒng)一標準信號,建立信號之間的聯(lián)系,該系統(tǒng)中是將流量信號統(tǒng)一轉(zhuǎn)化成標準電流信號,即4~20mA模擬電流,該電流的大小與流量大小成正比,這樣,顯然應先把生產(chǎn)工藝上流量比值K折算成DCS內(nèi)部的比值系數(shù)K',才能進行比值設定,由圖2可知:
I1=Q1/Q1max×I ⑴
I2=Q2/Q2max×I ⑵
式中:I1為高嶺土流量對應的電流; I2為分散劑流量對應的電流
Q1為高嶺土對應的流量; Q2為分散劑對應的流量
Q1max為高嶺土設置的最大流量;Q2max為分散劑設置的最大流量
I為標準電流信號(20mADC)
設:K'= I1'/I1 ⑶
K'為比值器的控制系數(shù),要使系統(tǒng)達到最優(yōu)控制,即系統(tǒng)處于動態(tài)平衡狀態(tài),須使
I1'=I2 ⑷
又設:K=Q2/Q1 ⑸
K為生產(chǎn)工藝要求的比值,由⑴~⑸式可得:
K'=K×Q1max/Q2max ⑹
由⑹式可知:K'與測量儀表的設置量程值有關,而與生產(chǎn)負荷Q1、Q2的大小無關。其次,根據(jù)生產(chǎn)過程中的情況進行計算來確定控制系數(shù),例如該系統(tǒng)中高嶺土的輸送能力為6t/h,分散劑的輸送量為1.2t/h。可得:K'=K×1.2/6=K/5=0.2K。當K=0.2時,K'=0.04;當K=0.5時,K'=0.1;當K=1時, K'=0.2,K'值是根據(jù)生產(chǎn)工藝需要,通過上位機對DCS系統(tǒng)內(nèi)部2#PID進行設置。
2、5控制趨勢曲線
      要達到系統(tǒng)工藝改造的目的,必須要求分散劑能夠很好地跟隨高嶺土的變化而變化,同時要求高嶺土的給料量能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。盡管現(xiàn)場影響因素較多,但通過廣大人員的密切配合,最終將系統(tǒng)調(diào)試成功,系統(tǒng)控制趨勢曲線見圖3示:

3、綠色設計與制造         綠色設計與制造是人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路,它將生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟社會聯(lián)結成一個協(xié)調(diào)發(fā)展的有機整體,要求經(jīng)濟發(fā)展必須考慮自然生態(tài)環(huán)境的長期承載能力,滿足人類長遠生成的需要。
      在系統(tǒng)的工藝改造中,從系統(tǒng)的方案設計到生成產(chǎn)品,包括生產(chǎn)過程中的周轉(zhuǎn)物、回收物及廢棄物等,都充分地利用綠色設計的新思想。例如系統(tǒng)方案設計選擇時,將綠色設計新思想擺在首位,在滿足生產(chǎn)工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,盡可能多地采用綠色設計;當在滿足生產(chǎn)工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量和采用綠色設計產(chǎn)生沖突時,采取資金傾斜政策,以滿足實際需要。在系統(tǒng)設計階段,將影響環(huán)境因素及預防污染的措施納入產(chǎn)品設計中,將環(huán)境性能作為產(chǎn)品設計的目標和出發(fā)點,使生產(chǎn)對環(huán)境的污染減少到最小,從根本上防治了污染,節(jié)約了能源和資源。設計中,采用HONEYWELL公司的DCS集散控制系統(tǒng)和變頻調(diào)速技術,真正體現(xiàn)人性化設計,全面實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化,大大減少勞動強度、提高生產(chǎn)效率、降低噪聲污染、節(jié)約電能及減少對電網(wǎng)的沖擊。在物流過程中,實現(xiàn)將物料進行全密封裝置,從而杜絕了粉狀及粉粒狀物料(如鋁石、高嶺土等)對周圍環(huán)境的污染,保護工人的身體健康。提高企業(yè)市場競爭能力和可持續(xù)發(fā)展能力。

    4、工藝改造中存在問題及解決     4、1DCS采集的數(shù)據(jù)存在問題及解決
      由于DCS主要采集4~20mA模擬電流信號,模擬電流存在自身的缺陷,特別是采集的4~20m流量信號通過調(diào)節(jié)器進行變送后造成的誤差更大,同時由于調(diào)節(jié)器內(nèi)部采用2路4~20mA模塊,相互之間干擾較嚴重,傳送到DCS的信號發(fā)現(xiàn)明顯失蹤。后來對設計進行考慮,通過試驗發(fā)現(xiàn)有兩種方式可以解決:其一:更換PID內(nèi)部4~20mA模塊,采用光電隔離型模塊,并對系統(tǒng)的接地加以處理。其二:直接采集電腦積算器的模擬信號,但是積算器的接口只有一個,后來對積算器的模擬輸出進行改造,使其準確的將一路4~20mA模擬接口同時送給調(diào)節(jié)器和DCS,既保證調(diào)節(jié)器正常調(diào)節(jié),又滿足DCS準確采集流過輸送機的物料。
4、2調(diào)節(jié)閥變化頻率過快
      調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)過程中,系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的超調(diào)現(xiàn)象,系統(tǒng)振蕩較嚴重,星型給料機時停時轉(zhuǎn),調(diào)節(jié)閥頻率變化過快,不能正常工作,容易損壞。其原因主要是:料倉不能均勻下料、現(xiàn)場振動現(xiàn)象較嚴重、積算器和調(diào)節(jié)器內(nèi)部參數(shù)設置不合適。根據(jù)現(xiàn)場情況逐個進行排除,從而保證調(diào)節(jié)閥正常工作。
4、3變頻器控制方案的實現(xiàn)
      由于接就原生產(chǎn)工藝,由兩個料倉對輸送機(內(nèi)裝電子皮帶秤)進行給料,從而需要2臺星型料機進行給料,經(jīng)過多方面論證及生產(chǎn)工藝需要,采用2臺變頻器進行控制,但只提供一路4~20模擬信號,同時采用變頻器轉(zhuǎn)換開關,根據(jù)生產(chǎn)需要選用其中一臺或2臺全部工作。

    5、當前應用效果         通過近4年時間的試運行來看,使用效果較好,具體表現(xiàn)在以下幾方面:
5、1生產(chǎn)效率大大提高
      原生產(chǎn)工藝中高嶺土和分散劑反應時間約為2.2小時,反應后的混合物與其它七種物料反應時間為40分鐘,可見改造后生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)效率比以前提高4倍。
5、2系統(tǒng)可靠性大大提高
      由于系統(tǒng)采用DCS集散控制系統(tǒng),PLC、變頻器、電氣轉(zhuǎn)換閥等均采用進口器件,并經(jīng)過嚴格篩選,系統(tǒng)工作幾個月時間內(nèi)一直運行穩(wěn)定。
5、3綠色設計和人性化設計得到充分體現(xiàn)
      進入二十一世紀后,隨著生活水平的提高,人們對環(huán)保意識明顯增強,綠色設計技術作為一門新興課題正在各行各業(yè)快速應用。正是由于該系統(tǒng)充分利用綠色設計這一先進思想,使得系統(tǒng)投入運行后取得許多事前人們意想不到的效果。
5、4產(chǎn)品質(zhì)量和合格率明顯提高
      應生產(chǎn)工藝需要,通過DCS系統(tǒng)設定好參數(shù)后,生產(chǎn)過程嚴格采用自動控制,避免了人為因素的干擾,從而大大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和合格率。
5、5工藝控制平穩(wěn)、穩(wěn)定
      系統(tǒng)中采用雙閉環(huán)控制,并對系統(tǒng)參數(shù)實行最優(yōu)計算,輸入到DCS系統(tǒng)中的模擬電流信號(即第二路閉環(huán)控制的目標值)基本上是個穩(wěn)定信號,從圖3中清楚地看到,系統(tǒng)控制精度在±1%范圍內(nèi),并能平穩(wěn)地工作。
5、6節(jié)能效果顯著
      系統(tǒng)中用于變頻調(diào)節(jié)高嶺土、鋁石等的電機共有6臺,功率均為1.5kw,全部工作時功率為9kw,實際工作中,功率只達到55~65%之間,節(jié)約大量的能源。

    6、結束語         該系統(tǒng)自2002年7月在齊魯石化已經(jīng)成功運行近4年時間,運行可靠,操作方便,具有很強的抗干擾性,大大提高了企業(yè)生產(chǎn)效率,得到齊魯石化公司領導的好評,也成為我公司的樣板工程,一方面歸功于設計及器件選擇合理,用戶對設備的很好應用,另一方面與AI-808調(diào)節(jié)器的可靠的質(zhì)量是分不開的。

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