制氧分子筛的作用及原理 点击：4874 | 回复：14
发表于：2007-12-21 13:50:00
楼主
1 分子筛吸附器再生过程
吸附器的再生一般分降压、加热、吹冷、升压四步进行。
降压：吸附器在工作周期即将结束时，须将容器内的带压空气排放出去。降压是KV1206阀（或KV1205阀）打开而实现的。为了避免上部分子筛层受到压力波动的冲击，降压速度不能太快，此步完成时间不应短于11min。降压是按压力联锁实现的，当PIS至10kPa时，打开再生氮气进、出口阀KV1209、KV1207、（或KV1208、KV1210）。
加热：打开KV1240阀，相应地关闭FCV1241阀，再生污氮气进入电加热器E08，E09被加热到160℃，干燥的热污氮气在吸附器入口处温度达60℃以上，自上而下通过吸附器，时间为60min。
吹冷：打开KV1241阀，相应地关闭KV1201A阀，使吹冷用污氮气不经过加热器而旁通，吹冷用污氮气的温度为30℃。吹冷期内，污氮气出吸附器的温度起初继续上升，待上升至100℃以上就逐渐下降，吹冷末，氮气出吸附器温度可下降至比工作温度低5～10℃。
升压：打开HV1201阀（或HV1202阀），关闭相应的加温吹冷阀，使吸附器压力慢慢升高，当吸附器前后压差小于10kPa时，升压结束。同时为避免气流冲击分子筛床层，使床层发生移动或摩擦，故升压要缓慢，此步完成时间不应短于22min。
再生四步骤结束后，该吸附器就投入工作。整个再生过程必须严格按照规定的控制程序和时间、压力、压差等条件，以及前一步动作完成之后，有关阀门的开关状态来进行。
2 系统硬件组成
首钢迁钢23000m3/h空分工程选用的是Yokogawa公司的CENTUM CS3000集散控制系统，用于监控制氧机的各个工艺流程，完成数据采集、过程控制、逻辑控制和快速联锁控制等功能，其系统构成可分为三部分：
（1）HIS操作站，采用基于Windows NT的通用PC机。运行操作人员通过操作员站实现对过程参数、设备状态和控制系统的在线监视和操作。
（2）WS工程师站，采用基于Windows NT通用PC机，进行系统组态、生成、软件调试、系统仿真等工作。
（3）FCS控制站，用于过程I/O信号处理，完成模拟量调节、顺序控制等实时控制运算功能。为保证系统的可靠性及操作、观察方便，监控装置配置三个监控站（或称操作站）。现场控制站采用双重化配置，DCS系统的控制单元、网络总线、电源和通讯模板等均进行双重化配置。操作站部分采用DELL计算机，液晶显示器。其系统配置如图3所示。
吸附器的再生一般分降压、加热、吹冷、升压四步进行。
降压：吸附器在工作周期即将结束时，须将容器内的带压空气排放出去。降压是KV1206阀（或KV1205阀）打开而实现的。为了避免上部分子筛层受到压力波动的冲击，降压速度不能太快，此步完成时间不应短于11min。降压是按压力联锁实现的，当PIS至10kPa时，打开再生氮气进、出口阀KV1209、KV1207、（或KV1208、KV1210）。
加热：打开KV1240阀，相应地关闭FCV1241阀，再生污氮气进入电加热器E08，E09被加热到160℃，干燥的热污氮气在吸附器入口处温度达60℃以上，自上而下通过吸附器，时间为60min。
吹冷：打开KV1241阀，相应地关闭KV1201A阀，使吹冷用污氮气不经过加热器而旁通，吹冷用污氮气的温度为30℃。吹冷期内，污氮气出吸附器的温度起初继续上升，待上升至100℃以上就逐渐下降，吹冷末，氮气出吸附器温度可下降至比工作温度低5～10℃。
升压：打开HV1201阀（或HV1202阀），关闭相应的加温吹冷阀，使吸附器压力慢慢升高，当吸附器前后压差小于10kPa时，升压结束。同时为避免气流冲击分子筛床层，使床层发生移动或摩擦，故升压要缓慢，此步完成时间不应短于22min。
再生四步骤结束后，该吸附器就投入工作。整个再生过程必须严格按照规定的控制程序和时间、压力、压差等条件，以及前一步动作完成之后，有关阀门的开关状态来进行。
2 系统硬件组成
首钢迁钢23000m3/h空分工程选用的是Yokogawa公司的CENTUM CS3000集散控制系统，用于监控制氧机的各个工艺流程，完成数据采集、过程控制、逻辑控制和快速联锁控制等功能，其系统构成可分为三部分：
（1）HIS操作站，采用基于Windows NT的通用PC机。运行操作人员通过操作员站实现对过程参数、设备状态和控制系统的在线监视和操作。
（2）WS工程师站，采用基于Windows NT通用PC机，进行系统组态、生成、软件调试、系统仿真等工作。
（3）FCS控制站，用于过程I/O信号处理，完成模拟量调节、顺序控制等实时控制运算功能。为保证系统的可靠性及操作、观察方便，监控装置配置三个监控站（或称操作站）。现场控制站采用双重化配置，DCS系统的控制单元、网络总线、电源和通讯模板等均进行双重化配置。操作站部分采用DELL计算机，液晶显示器。其系统配置如图3所示。
3 控制功能特点及技术改造
在分子筛纯化系统中，最主要的是分子筛切换阀的自动控制，均压阀及卸压阀的调节控制，热吹阀、冷吹阀及污氮放空阀三阀匹配控制、再生污氮流量的控制等，它们的调节质量直接影响整个空分装置的稳定运行。
3.1 分子筛均压阀（卸压阀）的调节
结合分子筛床层对压力的实际要求及升压阀的阀门特性，在升压的不同时段，对阀门开度变化速率分别进行设定，升压共计25min，按5种不同的阀门变化速率逐渐打开，较好地满足了工艺要求，分子筛均压阀控制功能如图4所示。分子筛卸压阀门的控制与升压阀相同。
图4 均压控制阀图
3.2 热吹、冷吹及污氮放散阀的匹配
为了稳定上塔压力和塔内组分，必须保持再生污氮气流量的稳定，而在分子筛切换过程中，由于调节阀KV1240、KV1241和PV1626同时动作，保持氮气流量KV1240稳定就有一定的难度。要解决调节阀KV1240、KV1241和PV1626的匹配问题，可从以下两个方面考虑：
（1）在分子筛切换的不同阶段，三个调节阀的开关状态是不同的，当一个调节阀开启时，同时另一个调节阀要关闭。在这个过程中，为了保持再生污氮气流量的恒定，调节阀在开启、关闭时段，阀门的开关速率分段设置，这样在现场调试时，我们在不断摸索，使阀位达到最佳匹配状态，从而保持流量稳定。
（2）调节阀在开启过程中，是按时间进行控制的，在开到一定的阀位时自动转换为PID调节，在这个过程中，可让PID调节的阀位值跟踪分段缓开时的阀位值，这样在转换为自动调节时，就实现了无扰动切换。由调节阀关闭程序，将阀位输出置0，按设定的关闭程序执行即可。
在CS3000中编制程序如下：利用DFB块PG-L13实现阀门的缓开过程。该功能块可设13个折线段，在每个折线段内时间和阀门的开度可任意设置，为了保持流量的稳定，该阀门在开启过程中，应和另一阀门的缓关过程密切配合。由于三个阀门的特性和流通能力不同，经过反复的调试摸索，最后确定该过程KV1240、KV1241和PV1626三个调节阀的开度曲线如图5所示。 3.3 再生污氮流量控制
利用DFB功能块PID实现再生污氮气流量的自动调节。由缓开阶段转换到自调时，在缓开阶段要置PID调节回路的预设值PMV为缓开阶段的最后一段的阀位值，这样在转换到自调时，实现无扰动切换，投入自动调节。利用DFB块RAMP实现阀门的缓关过程。当分子筛切换程序要求该阀门关闭时，可置阀位值为0，利用RAMP斜坡控制器根据实际情况进行输出限幅，达到缓慢关闭的目的。利用手操器MLD-SW块实现手自动转换，当分子筛切换程序和设备正常时，可置MLD-SW功能块为AUT方式，当出现异常问题或根据工艺要求，需要手动输出时，可置该功能块为MAN方式，可随意设定输出值。
3．4 残余二氧化碳及水蒸汽排放改造
分子筛再生后在罐体顶部会出现残余二氧化碳及水蒸气，降低了分子筛吸附能力，所以这部分气体应尽量排出，因此建议生产厂做自动化改造，在两个分子筛的罐顶分别加可控放空阀，控制的时间在完成加热后进入冷吹这个阶段，利用分子筛塔内压力将残余二氧化碳及水蒸气排除，开阀10min后关闭阀门，防止外界大气中的水和二氧化碳进入分子筛。
在分子筛纯化系统中，最主要的是分子筛切换阀的自动控制，均压阀及卸压阀的调节控制，热吹阀、冷吹阀及污氮放空阀三阀匹配控制、再生污氮流量的控制等，它们的调节质量直接影响整个空分装置的稳定运行。
3.1 分子筛均压阀（卸压阀）的调节
结合分子筛床层对压力的实际要求及升压阀的阀门特性，在升压的不同时段，对阀门开度变化速率分别进行设定，升压共计25min，按5种不同的阀门变化速率逐渐打开，较好地满足了工艺要求，分子筛均压阀控制功能如图4所示。分子筛卸压阀门的控制与升压阀相同。
图4 均压控制阀图
3.2 热吹、冷吹及污氮放散阀的匹配
为了稳定上塔压力和塔内组分，必须保持再生污氮气流量的稳定，而在分子筛切换过程中，由于调节阀KV1240、KV1241和PV1626同时动作，保持氮气流量KV1240稳定就有一定的难度。要解决调节阀KV1240、KV1241和PV1626的匹配问题，可从以下两个方面考虑：
（1）在分子筛切换的不同阶段，三个调节阀的开关状态是不同的，当一个调节阀开启时，同时另一个调节阀要关闭。在这个过程中，为了保持再生污氮气流量的恒定，调节阀在开启、关闭时段，阀门的开关速率分段设置，这样在现场调试时，我们在不断摸索，使阀位达到最佳匹配状态，从而保持流量稳定。
（2）调节阀在开启过程中，是按时间进行控制的，在开到一定的阀位时自动转换为PID调节，在这个过程中，可让PID调节的阀位值跟踪分段缓开时的阀位值，这样在转换为自动调节时，就实现了无扰动切换。由调节阀关闭程序，将阀位输出置0，按设定的关闭程序执行即可。
在CS3000中编制程序如下：利用DFB块PG-L13实现阀门的缓开过程。该功能块可设13个折线段，在每个折线段内时间和阀门的开度可任意设置，为了保持流量的稳定，该阀门在开启过程中，应和另一阀门的缓关过程密切配合。由于三个阀门的特性和流通能力不同，经过反复的调试摸索，最后确定该过程KV1240、KV1241和PV1626三个调节阀的开度曲线如图5所示。 3.3 再生污氮流量控制
利用DFB功能块PID实现再生污氮气流量的自动调节。由缓开阶段转换到自调时，在缓开阶段要置PID调节回路的预设值PMV为缓开阶段的最后一段的阀位值，这样在转换到自调时，实现无扰动切换，投入自动调节。利用DFB块RAMP实现阀门的缓关过程。当分子筛切换程序要求该阀门关闭时，可置阀位值为0，利用RAMP斜坡控制器根据实际情况进行输出限幅，达到缓慢关闭的目的。利用手操器MLD-SW块实现手自动转换，当分子筛切换程序和设备正常时，可置MLD-SW功能块为AUT方式，当出现异常问题或根据工艺要求，需要手动输出时，可置该功能块为MAN方式，可随意设定输出值。
3．4 残余二氧化碳及水蒸汽排放改造
分子筛再生后在罐体顶部会出现残余二氧化碳及水蒸气，降低了分子筛吸附能力，所以这部分气体应尽量排出，因此建议生产厂做自动化改造，在两个分子筛的罐顶分别加可控放空阀，控制的时间在完成加热后进入冷吹这个阶段，利用分子筛塔内压力将残余二氧化碳及水蒸气排除，开阀10min后关闭阀门，防止外界大气中的水和二氧化碳进入分子筛。
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