Schéma kaskádového řízení tlaku pro rektifikační kolonu v jednotkách pro separaci vzduchu

Při provozu jednotek pro separaci vzduchu (ASU) je tlak v koloně klíčovým parametrem, který přímo ovlivňuje rovnováhu pára-kapalina a účinnost separace. Výběrem vhodných detekčních bodů a konfigurací automatických regulačních smyček lze dosáhnout přesné regulace tlaku a zajistit stabilní výkon usměrňování. Tento článek navrhuje schéma kaskádového řízení založené na bodech citlivosti na tlak v koloně. Metoda poskytuje rychlou odezvu na kolísání zátěže a provozu, snižuje riziko procesních abnormalit a zajišťuje stabilní výstup produktů kyslíku, dusíku a argonu. Schéma nabízí významnou technickou podporu pro jemné řízení a stabilní výrobu v ASU.

Pozadí technologie vzduchové separace

Jednotky pro separaci vzduchu využívají kryogenní destilaci k oddělení kyslíku, dusíku a argonu ze zkapalněného vzduchu. Hlavní rektifikační kolona je zodpovědná za separaci kyslíku a dusíku a zároveň zajišťuje přívod pro argonový systém. Provozní tlak kolony nejen určuje rovnováhu pára-kapalina, ale také ovlivňuje rizika ucpání dusíkem, čistotu produktu a celkovou chladovou bilanci.

Pokud se tlak v koloně abnormálně odchyluje, může to narušit přenos tepla v horním kondenzátoru nebo spodním vařáku, destabilizovat koncentrační gradient a zhoršit následnou rektifikaci argonu. Přesná a včasná kontrola tlaku v koloně je tedy nezbytná pro udržení stability celé ASU.

Body citlivosti na tlak a koncepce ovládání

Bod tlakové citlivosti hlavní rektifikační kolony je obvykle umístěn v blízkosti horního vstupu kondenzátoru nebo v horní náplně. Kolísání tlaku v této oblasti nejvíce svědčí o celkových změnách procesu a má přímý vliv na distribuci složení dusík-kyslík.

Prostřednictvím simulace a výpočtu procesu je určen návrhový tlak v tomto citlivém bodě a nastaven jako primární regulační smyčka procesu (PIC) v DCS. Primární smyčka měří tento tlak a provádí úpravy PID, přičemž výstupem je sekundární regulační smyčka procesu, která reguluje chladicí kapacitu kapalného dusíku nebo průtok expandéru. Sekundární smyčka zase působí na tlak v koloně, čímž je dosaženo regulace s uzavřenou-smyčkou v souladu s požadavky procesu.

Opatření k zabránění zpoždění procesu

Pokud kolísání tlaku nelze okamžitě řešit, může dojít k odchylkám v kvalitě produktu. Aby se zabránilo nadměrnému zpoždění procesu, uplatňují se v tomto schématu následující opatření:

Konverze signálu– Hodnoty vzorkovacího tlaku jsou převedeny na termodynamický tlak a zesíleny, čímž se zlepšuje citlivost signálu.

Rychle{0}}působící proměnné– Průtok expandéru je zvolen jako ovládaná veličina v sekundární smyčce, což umožňuje rychlé nastavení studené rovnováhy a rychlou korekci tlaku v koloně.

Optimalizované vzorkování– V DCS jsou konfigurovány kratší intervaly vzorkování, aby se zlepšila dynamická odezva.

Opatření k zabránění překmitu

Při vysokém zatížení nebo velkých poruchách mohou široké rozsahy nastavení PID způsobit nadměrné působení pohonu, což má za následek prudké kolísání tlaku. Aby se zabránilo překročení, jsou implementována následující omezení:

Omezení výstupního signálu PIC v rámci jmenovité kapacity chlazení kapalným dusíkem;

Definování horních a dolních limitů pro výstup sekundární smyčky na základě konstrukční kapacity zařízení, aby se zabránilo narušení hranic;

Zavedení měkkého-rozběhu a tlumicích mechanismů do logiky ovládání, aby se minimalizovaly rázy při seřizování.

Závěr

Navrhované schéma kaskádového řízení tlaku výrazně zlepšuje stabilitu ASU při kolísání zátěže a poruchách procesu. Díky kombinaci monitorování bodů citlivých na tlak{1}}, koordinovaných primárních-sekundárních smyček a vylepšeného zesílení signálu s opatřeními pro omezení výstupu schéma snižuje výskyt blokády dusíkem a zajišťuje konzistentní dodávku produktů kyslíku, dusíku a argonu.

Do budoucna s neustálým pokrokem systémů DCS a integrací inteligentních řídicích algoritmů dosáhnou ASU vyšší úrovně automatizace. Hluboká integrace procesního inženýrství a automatizačního řízení požene průmysl kryogenní separace vzduchu k vyšší účinnosti, stabilitě a inteligenci.