Каскадна схема регулювання тиску для ректифікаційної колони в установках повітророзділення

У роботі блоків поділу повітря (ASU) тиск у стовпі є ключовим параметром, який безпосередньо впливає на рівновагу пар-рідина та ефективність розділення. Вибравши відповідні точки виявлення та налаштувавши автоматизовані контури керування, можна досягти точного регулювання тиску, забезпечуючи стабільну продуктивність випрямлення. У цьому документі пропонується схема каскадного керування на основі точок чутливості тиску колони. Спосіб забезпечує швидку реакцію на коливання навантаження та роботи, знижує ризик порушення процесу, забезпечує стабільний вихід продуктів кисню, азоту та аргону. Схема пропонує значну технічну підтримку для точного контролю та стабільного виробництва в ASU.

Передумови технології розділення повітря

Блоки поділу повітря використовують кріогенну дистиляцію для відділення кисню, азоту та аргону від зрідженого повітря. Головна ректифікаційна колона відповідає за розділення кисню та азоту, а також забезпечує живлення системи аргону. Робочий тиск колони не тільки визначає рівновагу пара-рідина, але й впливає на ризик блокування азотом, чистоту продукту та загальний холодний баланс.

Якщо тиск у колоні відхиляється аномально, це може порушити передачу тепла у верхньому конденсаторі або нижньому ребойлері, дестабілізувати градієнт концентрації та погіршити ректифікацію аргону нижче. Таким чином, точний і своєчасний контроль тиску в колонці необхідний для підтримки стабільності всього ASU.

Точки чутливості до тиску та концепція контролю

Точка чутливості до тиску головної ректифікаційної колони зазвичай розташована біля входу верхнього конденсатора або у верхній насадковій секції. Коливання тиску в цій області є найбільш індикативними для загальних змін процесу та мають прямий вплив на розподіл азотно-кисневого складу.

За допомогою моделювання процесу та розрахунків проектний тиск у цій чутливій точці визначається та встановлюється як основний контур керування процесом (PIC) у DCS. Первинний контур вимірює цей тиск і виконує коригування PID, надаючи вихід на вторинний контур керування процесом, який регулює охолоджуючу здатність рідкого азоту або потік детандера. Вторинний контур, у свою чергу, впливає на тиск у колоні, таким чином досягаючи замкнутого-регулювання контуру відповідно до вимог процесу.

Заходи щодо запобігання затримці процесу

Якщо коливання тиску не можна вчасно усунути, можуть виникнути відхилення в якості продукції. Щоб уникнути надмірної затримки процесу, у цій схемі застосовуються такі заходи:

Перетворення сигналу– Значення тиску вибірки перетворюються на термодинамічний тиск і посилюються, покращуючи чутливість сигналу.

Швидко{0}}діючі змінні– Потік розширювача вибирається як керована змінна у вторинному контурі, що дозволяє швидко регулювати холодний баланс і швидку корекцію тиску в колонці.

Оптимізована вибірка– Коротші інтервали вибірки налаштовані в DCS для покращення динамічного відгуку.

Заходи щодо запобігання перевищення

Під високим навантаженням або великими збуреннями широкі діапазони регулювання ПІД-регулятора можуть спричинити надмірні дії приводу, що призведе до серйозних коливань тиску. Щоб запобігти перевищення, реалізовані такі обмеження:

Обмеження вихідного сигналу PIC в межах номінальної потужності охолодження рідким азотом;

Визначення верхньої та нижньої меж для виходу вторинного контуру на основі проектної потужності обладнання для запобігання порушенням меж;

Введення механізмів плавного-запуску та демпфування в логіку керування для мінімізації поштовхів налаштування.

Висновок

Запропонована схема каскадного регулювання тиску суттєво підвищує стійкість АСУ при коливаннях навантаження та порушеннях процесу. Поєднуючи-моніторинг чутливих точок тиску, скоординовані первинно-вторинні контури та покращене посилення сигналу із заходами обмеження виходу, схема зменшує виникнення блокування азотом і забезпечує постійне постачання продуктів кисню, азоту та аргону.

У майбутньому завдяки постійному вдосконаленню систем DCS та інтеграції інтелектуальних алгоритмів керування ASU досягнуть вищого рівня автоматизації. Глибока інтеграція технологічних процесів і автоматизованого керування сприятиме підвищенню ефективності, стабільності та інтелекту в галузі кріогенного поділу повітря.