Kaskadetrykkontrolskema for ensretningssøjlen i luftseparationsenheder

Ved driften af ​​luftseparationsenheder (ASU) er kolonnetrykket en nøgleparameter, der direkte påvirker damp-væske ligevægt og separationseffektivitet. Ved at vælge passende detektionspunkter og konfigurere automatiserede kontrolsløjfer, kan der opnås præcis regulering af trykket, hvilket sikrer stabil ensretningsydelse. Dette papir foreslår et kaskadekontrolskema baseret på kolonnetrykfølsomhedspunkter. Metoden giver hurtig respons på belastnings- og driftsudsving, reducerer risikoen for procesabnormiteter og sikrer stabil produktion af oxygen-, nitrogen- og argonprodukter. Ordningen tilbyder betydelig teknisk støtte til finkontrol og stabil produktion i ASU'er.

Baggrund for Air Separation Technology

Luftseparationsenheder anvender kryogen destillation for at adskille oxygen, nitrogen og argon fra flydende luft. Hovedrektifikationssøjlen er ansvarlig for adskillelsen af ​​ilt og nitrogen, mens den også leverer føde til argonsystemet. Søjlens driftstryk bestemmer ikke kun damp-væske-ligevægten, men påvirker også risici for nitrogenblokering, produktrenhed og overordnet kuldebalance.

Hvis kolonnetrykket afviger unormalt, kan det forstyrre varmeoverførslen i den øverste kondensator eller den nederste kedel, destabilisere koncentrationsgradienten og forringe nedstrøms argon-ensretning. Således er nøjagtig og rettidig kontrol af kolonnetrykket afgørende for at opretholde stabiliteten af ​​hele ASU'en.

Trykfølsomhedspunkter og kontrolkoncept

Trykfølsomhedspunktet for hovedensretningssøjlen er normalt placeret nær det øverste kondensatorindløb eller i den øvre pakkede sektion. Tryksvingninger i denne region er mest indikative for overordnede procesændringer og har en direkte effekt på nitrogen-iltsammensætningsfordelingen.

Gennem processimulering og -beregning bestemmes designtrykket på dette følsomme punkt og indstilles som den primære proceskontrolsløjfe (PIC) i DCS. Den primære sløjfe måler dette tryk og udfører PID-justeringer og udsender til den sekundære proceskontrolsløjfe, som regulerer kølekapaciteten for flydende nitrogen eller ekspanderflowet. Den sekundære sløjfe virker på sin side på kolonnetrykket og opnår derved lukket-sløjferegulering tilpasset proceskravene.

Foranstaltninger til at forhindre procesforsinkelse

Hvis tryksvingninger ikke kan imødegås hurtigt, kan der forekomme afvigelser i produktkvaliteten. For at undgå overdreven procesforsinkelse anvendes følgende foranstaltninger i denne ordning:

Signalkonvertering– Prøvetrykværdier konverteres til termodynamisk tryk og forstærkes, hvilket forbedrer signalfølsomheden.

Hurtigt-virkende variabler– Expanderflow er valgt som den manipulerede variabel i den sekundære sløjfe, hvilket muliggør hurtig justering af koldbalancen og hurtig korrektion af kolonnetrykket.

Optimeret prøveudtagning– Kortere prøvetagningsintervaller er konfigureret i DCS for at forbedre dynamisk respons.

Foranstaltninger til at forhindre overskridelse

Under høj belastning eller store forstyrrelser kan brede PID-justeringsområder forårsage for store aktuatorhandlinger, hvilket resulterer i alvorlige trykudsving. For at forhindre overskridelse implementeres følgende begrænsninger:

Begrænsning af PIC-udgangssignalet inden for den nominelle kapacitet for afkøling af flydende nitrogen;

Definition af øvre og nedre grænser for den sekundære sløjfe-output baseret på udstyrsdesignkapacitet for at forhindre grænseoverskridelser;

Introduktion af bløde-start- og dæmpningsmekanismer i kontrollogikken for at minimere justeringsstød.

Konklusion

Det foreslåede kaskadetrykstyringssystem forbedrer ASU-stabiliteten betydeligt under belastningsudsving og procesforstyrrelser. Ved at kombinere tryk-følsomt punktovervågning, koordinerede primær-sekundære sløjfer og forbedret signalforstærkning med outputbegrænsende foranstaltninger, reducerer ordningen forekomsten af ​​nitrogenblokering og sikrer ensartet tilførsel af oxygen-, nitrogen- og argonprodukter.

Når vi ser fremad, vil ASU'er med den fortsatte udvikling af DCS-systemer og integrationen af ​​intelligente kontrolalgoritmer opnå højere niveauer af automatisering. Den dybe integration af procesteknik og automatiseringskontrol vil drive den kryogene luftseparationsindustri mod større effektivitet, stabilitet og intelligens.