分子筛纯化系统的控制及在CS3000中的实现
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摘 要：介绍了分子筛纯化系统工艺流程、控制任务，结合横河CS3000控制系统，采用顺控表，最终实现分子筛纯化系统的自动控制。
关键词：分子筛纯化系统;顺控表;横河CS3000 控制系统
空气作为一种极其常见的资源，如果能够得到有效利用，生产出可供人们使用的其它资源，不仅会有良好的经济效益，而且会极大的提高资源利用率，空分装置就由此应运而生。在空分装置中分子筛起着举足轻重的作用，对分子筛纯化系统的准确控制有利于除去空气中的水分、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷、重烃、氧化亚氮等大分子物质，使原料空气得到净化，以生产出较高纯度的氧气、氮气、液氧、液氮等产品。
1 工艺原理
吸附作用是两相交界面上物质分子浓度自动发生变化的自然现象。研究表明，吸附现象不仅发生在固-气交界面上，在液-气界面、固-液界面上同样也会发生。
吸附系统由吸附剂和吸附质组成，我们将具有一定吸附能力的材料称为吸附剂，将被吸附的物质称为吸附质。按照热力学定律，在自然界中凡是能降低自身能量的作用都是可以自发进行的。例如水从高处流向低处，热从高温端传向低温端，都是自动进行的，因为其结果都使自身原先所具有的能量得到降低。吸附剂表面吸附其他介质的分子，这个过程的结果是降低了吸附剂自身原先所拥有的“表面自由能”，所以吸附作用能自发进行。
所有的吸附过程都是放热反应，释放出“吸附热”。而“脱附”过程则是吸热过程。吸附作用力小，被吸附的气体分子比较容易重返气相-即比较容易“脱附”，即“解吸”。分子筛纯化器利用常温、高压吸附，高温、低压解析来达到连续净化空气的目的。
2 工艺流程及说明
初始状态下，V1201、V1202、V1203、V1204、V1217打开。
当分子筛MS1202工作时，V1202、V1204打开。此时，分子筛MS1201再生，打开V1205阀卸压，当压力达到0.01Mpa，而且卸压时间结束可进入加热期，此时依次关V1205、开V1213，再关V1217、开V1211和V1218，进行加热。加热结束前开V1217，然后关V1218进行冷吹。冷吹后关V1211和V1213，在确保V1211和V1213关到位后，打开V1207均压阀，给MS1201充压。当MS1201和MS1202之间的压差在0.006 Mpa之内且充压时间结束，两塔可进入切换。MS1201进入工作，MS1202进入再生，如此反复。
3 控制方案与实现
CENTUM是日本横河公司推出的一款先进的DCS系统。本方案的主体是利用CENTUM系统提供的顺控表进行组态的，顺控表是一个很好的组态工具，能够用简单的方法把复杂的时序逻辑表现出来，当然，顺序表也非常考验程序员对工艺和程序逻辑的熟悉程度。
（1）均压阀V1207的13段程序设定控制。均压阀采用13段程序设定控制，目的是减小系统空气压力波动，降低切换冲击力。
V1207的13段程序设定控制：时间X01=0，阀门开度Y01=0;时间X02=30，阀门开度Y02=20;时间X03=200，阀门开度Y03=25;时间X04=500，阀门开度Y04=35;时间X05=600，阀门开度Y05=41;时间X06=800，阀门开度Y06=45;时间X07=1200，阀门开度Y07=50;时间X08=1320，阀门开度Y08=65;
（2）加热器温度控制关系式：TIAS1211.PV、TIAS1211.PV、TIAS1211.PV分别为165;TM1204.PV为1300;PIS1201.PV、PIS1203.PV分别为8，PDS1201.PV为4。
（3）加热器温度控制。
该顺空表的执行采用TE方式，按扫描周期执行，每个控制周期都输出。也就是说，此时的顺控表等同于LC64。FIAS1202为污氮进加热器流量，当污氮进加热器流量达到低报警时，所有加热器输出为自动模式并关闭加热器。当加热器运行、污氮进加热器流量没有达到低报警且加热器1201温度低于165℃时，输出加热器1201模式为自动，并开加热器1201;当加热器停止或者加熱器1201温度高于190℃时，输出加热器1201模式为自动，并关加热器1201。加热器1202和加热器1203控制逻辑与加热器1201一致。
（4）分子筛程序控制。
①首先对分子筛阀门进行模式选择，自动模式时，把V1201、V1202、V1203、V1204、V1205、V1206、V1211、V1212、V1213、V1214、V1217、V1218都设置为自动模式，否则为手动模式。
②定时器，包括TM1200步进计时器、TM1201卸压计时器、TM1202加热计时器、TM1203冷吹计时器、TM1204升压计时器、TM1205并联计时器。
③程序监控，该顺空表的执行采用TC方式。把分子筛再生选择MS1200复位，下一步，如果MSREADY分子筛准备信号到来，则把ESC1200（分子筛初始化程序）置自动，且从A0开始执行，并发出提示：分子筛状态开始初始化。下一步，如果MSINIT分子筛初始化信号到来，发出提示：初始化完毕，请选择。下一步，如果MS1201再生信号到来，则ESC1201分子筛切换程序从A0开始执行;如果MS1202再生信号到来，则ESC1201分子筛切换程序从B0开始执行，同时发出提示：选择完毕请开始。下一步，如果MSSTART分子筛启动信号到，则ESC1201置自动，且把分子筛阀门模式置自动，MS1200分子筛再生选择置自动。
在程序监控过程中，只要来了MSSTOP分子筛停止信号，则把定时器停止，ESC1201分子筛切换程序置手动，阀门控制置手动。
在程序监控过程中，只要来了MSPAUSE分子筛暂停信号，ESC1201分子筛切换程序置手动，则把定时器置等待。
在程序监控过程中，只要来了MSRESUME分子筛继续信号，则把定时器继续计时，ESC1201分子筛切换程序置自动。
顺序表默认模式为手动。
④ESC1200（分子筛初始化程序）把阀门置为初始化，初始状态下，V1201、V1202、V1203、V1204、V1217打开。
⑤ESC1201分子筛切换程序，根据工艺流程和要求顺序控制阀门。
4 结语
涟钢16000制氧系统自2018年接收以来，系统运转基本正常，分子筛生产稳顺。
参考文献：
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