Contenido
Abstracto
I. Introducción a la tecnología de fondo de la unidad de separación de aire
II. Diseño y selección de bucles de control de procesos principales y auxiliares para variables de la torre de destilación principal en la unidad de separación de aire
Iii. Formas de evitar un gran retraso de control de procesos y selección de variables de salida de control de procesos
IV. Medidas para evitar el ajuste excesivo del control de procesos
V. Conclusión
La unidad de separación de aire adopta puntos de detección de temperatura basado en el principio del equilibrio de gas-líquido de destilación. A través de la función que corresponde al equilibrio de gas-líquido de los componentes del material, refleja indirectamente la tendencia de los cambios de composición del material y puede responder directa y rápidamente al proceso real. Las variables de control de este proceso pueden reflejar directa y efectivamente las condiciones de trabajo de destilación de la torre de destilación, lo que es útil para optimizar los resultados de detección y ejecución del bucle de control del proceso, y es un método de control de automatización de procesos con un valor de aplicación amplio. Este artículo analiza el esquema de control en cascada para la temperatura de la torre de destilación en la unidad de separación de aire.
Palabras clave
Unidad de separación de aire; Principio de equilibrio de gas líquido; Control en cascada
1. Introducción a la tecnología de fondo de la unidad de separación de aire
La unidad de separación de aire utiliza principalmente los diferentes puntos de ebullición de oxígeno, nitrógeno y argón en el aire para licuar el aire, y luego lleva a cabo múltiples evaporaciones parciales y condensaciones parciales para separar el oxígeno, el nitrógeno y el argón en el aire. Este método se llama destilación criogénica. La torre de destilación principal es responsable de separar el oxígeno y el nitrógeno en el aire, y al mismo tiempo produce componentes de materia prima para la extracción de argón. La materia prima se transportará al sistema de destilación de argón para eliminar el oxígeno y el nitrógeno. La extracción de argón también utiliza la destilación criogénica.
El sistema de destilación es la unidad de proceso central de la unidad de separación de aire, y la torre de destilación es el equipo central. Durante el proceso de trabajo, los cambios en la tasa de flujo de aire de procesamiento y la estructura del producto afectarán el proceso de destilación. El estado operativo de la torre de destilación principal es el factor principal que afecta la destilación de argón. Solo asegurarse de que la torre de destilación principal esté en el mejor estado de proceso operativo se puede garantizar la destilación del sistema de extracción de argón y el funcionamiento normal del condensador de argón crudo. If the nitrogen content in the gas component of the raw material fraction of the argon distillation tower exceeds the design value, the heat exchange of the crude argon tower top condenser will be abnormal, resulting in a large process change in the flow rate of the argon fraction extracted from the main distillation tower, which will not only make the argon extraction distillation tower unable to work normally, but also affect the oxygen and nitrogen separation of the main torre de destilación Si las condiciones de trabajo se deterioran e incluso causan el problema de que los productos de oxígeno y nitrógeno del dispositivo no pueden suministrarse normalmente al exterior, lo que tiene un impacto negativo en la producción estable de la unidad de separación de aire. La torre de destilación principal y la torre de destilación de argón influyen y se promueven entre sí. Solo optimizando la torre de destilación principal, la tasa de extracción del producto de la unidad de separación de aire alcanza un estado ideal.
El control automático de la principal temperatura de sensibilidad de la torre de destilación adoptada en este artículo es estabilizar la torre de destilación principal de la separación del aire y mejorarla y desarrollarla en tecnología para lograr un control efectivo de las condiciones de trabajo de destilación de la unidad de separación del aire. Como material fuente del sistema de destilación de argón, la fracción de argón sin procesar causará graves fluctuaciones de procesos, a saber, "tapón de nitrógeno" una vez que el componente de nitrógeno excede el estándar. Solo controlando efectivamente la destilación de la torre de destilación principal se puede prevenir la ocurrencia de condiciones de trabajo anormales de "enchufación de nitrógeno".
El proceso de implementación específico es: Establezca el bucle de control de la cascada de proceso a través del sistema de control automático (DCS), establezca la entrada del bucle de control del proceso principal como el punto de detección de temperatura del punto sensible de la torre de destilación principal de la destilación, tome el flujo de extracción de nitrógeno líquido de la torre de destilación principal como la variable de salida de control y use el flujo de extracción de nitrógeno líquido como el flujo de extracción de nitrógeno como la compensación de corrección dada de la bucle auxiliar de auxiliario. That is, on the basis of the predetermined liquid nitrogen output, the liquid nitrogen extraction flow is output through the main process control loop, and the compensation calculation is performed with the set liquid nitrogen product flow within a certain range, so that the final liquid nitrogen product extraction amount has an effect on the liquid nitrogen reflux amount of the main distillation tower, and the reflux ratio of the main distillation tower is changed, thereby realizing the precise control of the Temperatura de sensibilidad de la torre de destilación principal.
La unidad central de la unidad de separación de aire es el sistema de destilación. El punto sensible de la torre de destilación principal es la posición donde el gradiente de concentración cambia más en todas las capas de empaquetamiento de destilación de la torre de destilación. A lo largo de la altura de la torre de destilación, en cada interfaz de transferencia de masa de gas-líquido de destilación, hay una distribución de las tasas de cambio de gradiente de concentración correspondientes a la altura de la unidad de transferencia de masa de destilación, donde la posición con el mayor cambio de gradiente de concentración es el punto sensible de destilación. Los datos de diseño de este punto se calculan mediante el software de simulación de proceso, correspondiente al punto máximo de la desviación entre la concentración de oxígeno de fase líquida y la concentración de oxígeno de fase gaseosa en el diagrama de fase de equilibrio teórico de gas-líquido. A partir del análisis y el principio teórico, la temperatura del punto sensible es la temperatura de la torre en el diagrama de fase de equilibrio de gas-líquido de destilación correspondiente al punto máximo de cambio de gradiente de concentración.
Los datos de la temperatura del punto confidencial de la torre de destilación principal detectada por DCS se comparan con los datos teóricos diseñados. El PID del bucle de control de proceso principal (diferencial integral proporcional) dentro de los DC se utiliza para tomar este punto como el punto de detección del bucle de control del proceso principal y comparar con la temperatura de diseño del punto sensible y realizar la operación de PID. La temperatura de diseño medida es -187.5 grados. El bucle de control del proceso principal se define como TIC1717, y su salida PID correspondiente es el control de flujo de eliminación del producto de nitrógeno líquido de la torre superior. Sobre la base del valor dado del producto de nitrógeno líquido FIC1630 extraído de la torre superior, combinado con la cantidad de compensación de la salida de control PID de TIC1717, el valor establecido de FIC1630 se cascan y compensa, realizando así el control de la relación de reflujo de la torre de destilación principal. A través de la relación de reflujo, una variable de operación de proceso clave, la relación de reflujo se hace consistente con el diseño, de modo que el equilibrio de gas-líquido de la destilación de la torre superior se acerca al valor de diseño, y la composición de la fracción de materia prima requerida para la destilación de argón extraída de la sección de extracción de torre superior se controla con precisión. Si la temperatura del punto sensible a la torre superior TI1717 es más baja que la temperatura de diseño, la salida continua de control PID se completa a través del bucle de control del proceso principal de TIC1717 para controlar el flujo de salida de productos de nitrógeno líquido FI1630, de modo que la relación de reflujo de la torre de destilación principal se mantiene dentro del rango de diseño, y el control preciso de TI1717 se realiza. Dado que la fracción de materia prima requerida para la destilación de argón proviene de la sección de eliminación de la torre superior, el control efectivo del punto sensible de la torre de destilación principal puede controlar la distribución de concentración de la sección de eliminación de la torre de destilación principal dentro del rango de diseño y darse cuenta de la distribución de concentración normal de los componentes de nitrógeno en la sección de eliminación.
Según los principios de control de proceso anteriores, la selección de variable de control de proceso clave del bucle de control del proceso principal de la torre de destilación principal introducida anteriormente se puede adoptar durante la operación del proceso de separación del aire. La selección de la temperatura del punto sensible de la torre de destilación principal se basa en el cálculo de la simulación de procesos y la teoría de equilibrio de gas líquido. El punto con el mayor cambio de gradiente de concentración son los datos del proceso que pueden reflejar más rápidamente los cambios reales del proceso después de que cambian la carga del proceso y las condiciones de trabajo. El punto sensible al proceso seleccionado para la torre de destilación principal proviene de la sección de fase gaseosa de la sección de empaque de destilación correspondiente a la parte donde el aire líquido evapora el vapor de agua del condensador de argón crudo en la torre de destilación principal. Al resolver los problemas de control del proceso causados por el retraso del proceso puro, la calidad de control puede mejorarse de manera efectiva.
Para mejorar la calidad de control del bucle de control del proceso principal, los datos de temperatura detectados por el extremo de detección del bucle de control TIC1717 deben convertirse en temperatura termodinámica, y el factor de amplificación debe establecerse para mejorar la sensibilidad de los datos de detección, a fin de lograr un control de proceso a tiempo y efectivo.
A partir de la conexión relacionada con el proceso, el impacto de la principal salida de nitrógeno líquido de la torre de destilación en la relación de reflujo de la torre superior es rápido y efectivo, y el cambio de datos de la principal sensibilidad de la torre de destilación TI1717 es la variable de detección más directa y efectiva para el cambio de relación de reflujo. Además, corregir y compensar la salida de productos de nitrógeno líquido dentro de una cierta gama es la medida más controlable y efectiva para la operación de producción y garantizar la producción estable de la unidad principal. La salida de los productos de gas clave de la unidad de separación de aire es un indicador clave para garantizar a los clientes posteriores. No se puede ajustar a voluntad durante la producción. Al ajustar la cantidad de productos de nitrógeno líquido dentro de una cierta gama, no solo puede garantizar las necesidades de los clientes de gas posteriores, sino que también es la forma menos costosa.
4. Medidas para evitar el sobrejustación del control del proceso
El principal programa de control automático de sensibilidad de la torre de destilación se basa en la compensación del flujo de productos de salida de nitrógeno líquido. Es solo un modo de control de compensación automática de la unidad de separación de aire bajo perturbación del proceso. No puede realizar el control de procesos cuando la unidad de separación de aire tiene un amplio rango de cambios de carga. Por lo tanto, cuando el programa de control automático de sensibilidad de la torre de destilación genera el modo de compensación de corrección de la cascada de salida de nitrógeno líquido, es necesario adoptar un cierto rango de límite para la salida del bucle de control de proceso principal TIC1717. Al programar un módulo de límite de rango de salida de control, y definirlo en función del rango de diseño de la salida de nitrógeno líquido del producto de la unidad de separación de aire, se mantiene un cierto límite de salida de control para evitar el sobrejeque.
Según los datos de la capacidad de diseño del producto de nitrógeno líquido, la salida del bucle de control del proceso principal es limitada en una proporción correspondiente, que puede controlar y corregir oportunamente la desviación del proceso cuando ocurre la perturbación del proceso, realice el seguimiento y el control de la torre de destilación clave de la unidad de control de procesos de la torre de destilación principal y garantizar la salida de productos de gas estable de los clientes de gas posterior a la unidad de la unidad de separación de aire. Mediante el uso del método de compensación de corrección automática de salida líquida, la condición de destilación de la unidad de separación de aire se puede controlar automáticamente en el estado de proceso óptimo, y las variables clave de control de proceso calculadas por el diseño se utilizan como el valor de control de destino para lograr la condición de trabajo estable de la destilación automatizada.
En el control de los instrumentos y medidores de automatización industrial, la optimización continua de la ruta de control y la mejora de la precisión de control puede permitir que los instrumentos y medidores ejerceran mejor su potencial y contribuyan más a mejorar el nivel de automatización de la producción industrial. En el campo de la producción industrial, el sistema DCS proporciona una plataforma poderosa para la implementación inteligente de varios procesos de producción. Si los ingenieros de procesos e ingenieros de automatización trabajan en estrecha colaboración en varios esquemas de optimización nuevos, la automatización de destilación de la torre de destilación puede realizarse de manera efectiva. Esta solución de control en cascada se deriva de las ideas de los ingenieros de procesos senior. El personal técnico debe analizar sistemáticamente los requisitos de control de procesos, aprovechar el potencial del equipo y garantizar una operación estable y confiable de equipos en entornos de producción industrial complejos y cambiantes. Al mismo tiempo, a través de la innovación tecnológica, los instrumentos automatizados pueden desempeñar un papel más importante en la producción industrial futura y llevar a las empresas a un futuro más brillante.
