Kaskadipaineen ohjausjärjestelmä ilmanerotusyksiköiden tasauskolonnissa

Ilmaerotusyksiköiden (ASU) toiminnassa kolonnin paine on keskeinen parametri, joka vaikuttaa suoraan höyry-neste-tasapainoon ja erotuksen tehokkuuteen. Valitsemalla sopivat tunnistuspisteet ja konfiguroimalla automaattiset ohjaussilmukat voidaan saavuttaa tarkka paineen säätö, mikä varmistaa vakaan oikaisukyvyn. Tässä artikkelissa ehdotetaan kaskadiohjausjärjestelmää, joka perustuu kolonnin paineherkkyyspisteisiin. Menetelmä reagoi nopeasti kuormituksen ja toiminnan vaihteluihin, vähentää prosessihäiriöiden riskiä ja varmistaa vakaan happi-, typen- ja argontuotteiden tuotannon. Järjestelmä tarjoaa merkittävää teknistä tukea hienosäätöön ja vakaaseen tuotantoon ASU:issa.

Ilmanerotustekniikan tausta

Ilmanerotusyksiköt käyttävät kryogeenistä tislausta hapen, typen ja argonin erottamiseksi nesteytetystä ilmasta. Päärektifiointikolonni on vastuussa hapen ja typen erotuksesta ja tarjoaa samalla syöttöä argonjärjestelmään. Kolonnin käyttöpaine ei ainoastaan ​​määritä höyry-neste-tasapainoa, vaan se vaikuttaa myös typen tukkeutumisriskiin, tuotteen puhtauteen ja kokonaiskylmätasapainoon.

Jos kolonnin paine poikkeaa epänormaalisti, se voi häiritä lämmönsiirtoa ylälauhduttimessa tai alemmassa kiehuttimessa, horjuttaa konsentraatiogradienttia ja heikentää argonin rektifiointia. Siksi kolonnin paineen tarkka ja oikea-aikainen hallinta on välttämätöntä koko ASU:n vakauden ylläpitämiseksi.

Paineherkkyyspisteet ja ohjauskonsepti

Päärektifiointikolonnin paineherkkyyspiste sijaitsee yleensä lähellä lauhduttimen ylätuloa tai ylemmässä tiivistetyssä osassa. Painevaihtelut tällä alueella osoittavat eniten prosessin yleisiä muutoksia ja niillä on suora vaikutus typpi-happikoostumuksen jakautumiseen.

Prosessisimuloinnilla ja laskennalla mitoituspaine tässä herkässä kohdassa määritetään ja asetetaan ensisijaiseksi prosessin ohjaussilmukaksi (PIC) DCS:ssä. Ensisijainen silmukka mittaa tämän paineen ja suorittaa PID-säädöt, jotka ohjaavat toissijaisen prosessin ohjaussilmukkaan, joka säätelee nestemäisen typen jäähdytyskapasiteettia tai paisuntavirtausta. Toissijainen silmukka puolestaan ​​vaikuttaa kolonnin paineeseen, jolloin saavutetaan suljetun -silmukan säätö prosessivaatimusten mukaisesti.

Toimenpiteet prosessin viivästymisen estämiseksi

Jos paineenvaihteluita ei voida korjata nopeasti, tuotteen laadussa voi esiintyä poikkeamia. Liiallisen prosessiviiveen välttämiseksi tässä järjestelmässä sovelletaan seuraavia toimenpiteitä:

Signaalin muuntaminen– Näytteenottopainearvot muunnetaan termodynaamiseksi paineeksi ja vahvistetaan, mikä parantaa signaalin herkkyyttä.

Nopeasti{0}}toimivat muuttujat– Paisuntavirtaus on valittu ohjattavaksi muuttujaksi toisiopiirissä, mikä mahdollistaa kylmätasapainon nopean säädön ja kolonnin paineen nopean korjauksen.

Optimoitu näytteenotto– DCS:ssä on määritetty lyhyemmät näytteenottovälit dynaamisen vasteen parantamiseksi.

Toimenpiteet ylityksen estämiseksi

Suurella kuormituksella tai suurilla häiriöillä laajat PID-säätöalueet voivat aiheuttaa toimilaitteen liiallisia toimia, mikä johtaa vakaviin paineenvaihteluihin. Ylityksen estämiseksi otetaan käyttöön seuraavat rajoitukset:

PIC-lähtösignaalin rajoittaminen nestemäisen typen jäähdytyksen nimelliskapasiteetin sisällä;

Ylä- ja alarajojen määrittäminen toisiosilmukan ulostulolle laitteiston suunnittelukapasiteetin perusteella rajarikkomusten estämiseksi;

Pehmeän{0}}käynnistys- ja vaimennusmekanismien käyttöönotto ohjauslogiikassa säätöiskujen minimoimiseksi.

Johtopäätös

Ehdotettu kaskadipaineen ohjausjärjestelmä parantaa merkittävästi ASU:n vakautta kuormituksen vaihteluissa ja prosessihäiriöissä. Yhdistämällä paine-herkän pisteen valvonnan, koordinoidut primääri-toissijaiset silmukat ja tehostettu signaalin vahvistus tehonrajoitustoimenpiteisiin, järjestelmä vähentää typpitukoksia ja varmistaa hapen, typen ja argonin tuotteiden tasaisen syötön.

Tulevaisuudessa DCS-järjestelmien jatkuvan kehityksen ja älykkäiden ohjausalgoritmien integroinnin myötä ASU:t saavuttavat korkeamman automaation. Prosessisuunnittelun ja automaation ohjauksen syvä integrointi ajaa kryogeenisen ilmanerotusteollisuuden parempaa tehokkuutta, vakautta ja älykkyyttä.