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基于DCS控制的低功耗反吹系统研究

DCS | 发布时间:2017-10-14 | 人气: | #评论# |本文关键字:DCS
摘要:一、引言 过滤袋的反吹是保持滤袋通透性和维持长周期生产的一项重要措施,滤袋的反吹效果直接影响过滤器的功能。在石油化工生产中,聚丙烯工艺的反吹是一个非常典型的代表。在

一、引言

过滤袋的反吹是保持滤袋通透性和维持长周期生产的一项重要措施,滤袋的反吹效果直接影响过滤器的功能。在石油化工生产中,聚丙烯工艺的反吹是一个非常典型的代表。在聚丙烯粉料大罐D802中聚集大量的粉末状聚丙烯,这些粉末状的聚丙烯需要氮气来输送。氮气和聚丙烯粉末在D802中,聚丙烯粉末在重力作用下下沉,而氮气需要从滤袋中排出循环输送聚丙烯粉料。在氮气经过滤袋的过程中,聚丙烯粉料会粘结在滤袋中,堵塞滤袋,阻碍氮气的顺利排出,此时大功率的反吹起着举足轻重的作用,靠脉冲反吹的冲抖动把聚丙烯粉料抖落,保持滤袋的通透性。

中石化聚丙烯装置挤压造粒单元是聚丙烯工艺的核心单元,造粒单元D802反吹系统是造粒单元平稳运行的重要保障。反吹的质量直接影响生产的连续性。如果反吹出现故障,滤袋堵塞会造成D802内压力过高使PSV804起跳,大量氮气夹带聚丙烯粉末外泄,造成环境污染事故,同时还有发生爆炸的危险,会使C802风机入口压力发生低报现象。如果D802反吹出现问题,轻则造成生产中断,重则诱发一些安全和环保事件,在当前安全和环保要求极其严格的新常态下,确保D802反吹的可靠运行对装置的平稳生产有重要的意义。

二、反吹装置的机械结构设计

该系统是一种新型过滤器反吹系统。容器中粉料或者带有粉尘的气体通过过滤器过滤,清洁的气体外拍,粉尘颗粒下落堆积。过滤器经过一定时间的过滤后,需要气体反吹,把吸附在过滤器上的粉尘吹落,否则过滤器的滤网会堵塞,气体无法通过过滤器外排。目前主流的过滤器反吹为脉冲电磁阀,程序设定一定的时间,通过得失电反吹。该系统采用集气箱,通过电磁阀和气控阀的配合,瞬间使得集气箱中的气体快速流入过滤器的滤网中,实行反向脉冲抖动反吹。如图1所示的反吹结构,巧妙的利用低功耗电磁阀和气控阀的配合,以微小的能耗实现大功率的反吹,取得了非常显著的效果。

图1反吹控制系统结构体

如图2所示,在正常情况下,电磁阀不带电,控制气控阀的气路通过气控阀进入集气箱,帮助集气箱快速充气。密封盖比导向套筒直径稍小,集气箱中的气体通过导向筒进入密封盖上部,使得密封盖上下压力相等。密封盖在重力的作用下向下运动,落到过滤器的密封口上。密封住过滤器的进气口。气箱压力越高,密封越严密。气路中有气源压力设定器,当集气箱中气体压力到达设定值时,气源和气控阀停止给集气箱供气,集气箱中保持高压状态。当DCS设定反吹时间间隔到,需要用集气箱中的气体反吹时,电磁阀得电,电磁阀控制气控阀切换。密封盖上部的气体瞬间通过气控阀外排,导致密封盖上部压力低于下部压力,密封盖被下部压力推动上移,离开过滤器密封口。集气箱中的高压气体瞬间进入过滤器对过滤网实施反吹。密封盖上部有弹簧,起缓冲作用,防止密封盖上移时对导向筒上部造成撞击破坏。当集气箱中的气体全部进入过滤网后,密封盖上下差压又相等,密封盖在重力的作用下下移,盖住密封口,气体对集气箱冲压。如此循环,巧妙的设计,能以微小的能耗,实行大功率的反吹。

图2反吹结构详图

三、系统节能分析

气控阀和电磁阀是本系统的控制核心元件,也是节能的主要部件。如图3所示,气压控制换向阀,是利用气体压力来使主阀芯运动而使气体改变流向的。

图3气控阀内部结构体

当电磁阀不带电时,供气端P口和A口通,氮气可以通过A口给集气箱供气,当电磁阀带电时,气控阀活塞向右移动,压缩弹簧,集气箱的快排口A和气控阀的排气口T口通,导向筒中的气体迅速排出。

在这套控制系统中,气控阀的作用是非常关键的,在电磁阀的控制作用下,快速排放适量的气体,使得导向筒上部差压低于下部差压,在密封盖上下压差的作用下,密封盖克服重力作用迅速上移,集气箱中的气体快速进入滤袋反吹。

图4控制系统的气路图

如图4整套控制系统的气路图所示,快排阀的瞬间排气量和排气时间是整套系统的核心,如果排气过多,既浪费氮气,又使得密封盖上移过快,加速度过大,造成密封盖撞击集气箱上部。根据反吹钢片的重量、反吹气压、气室气压,测量在气室压力和钢片自身重力的双重作用下,电磁阀或者气控阀瞬间排出多少气体才能使密封钢片瞬间起跳,起跳的速度既满足反吹的要求,又不至于加速度过大对上盖造成撞击。经过精确的计算,电磁阀或者气控阀在响应时间为500ms,流量的KV值为20L/M时完全能满足反吹系统的要求。

传统方式的除尘电磁阀都是大功率电磁阀,最小功率需要17瓦,供电电压24VDC,每年耗电能596.7度。在这套系统中,低功耗电磁阀1.7瓦,并且采用正常失电,带电动作的方式,气控阀不需要耗能。采用每个周期中只有一个电磁阀带电1秒的控制模式,每年耗电不到3度。

四、控制系统介绍

DCS是分布式控制系统的英文缩写(DistributedControlSystem),在国内自控领域又称为集散控制系统。

DCS以应用微处理器为基础,结合计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络和人机接口技术,实现过程控制和工厂管理的控制系统。其实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。系统继承了常规模拟仪表控制系统和计算机集中控制系统的优点,克服了单微机控制系统危险性高度集中以及常规仪表控制功能单一,人机联系差的缺点,可以方便的用于工业装置的生产控制和经营管理,在化工、电力、冶金等流程自动化领域的应用已经十分普及。

传统的反吹一般在过滤器例外设置差压变送器,设定差压值,当到达一定差压时,说明过滤器有堵塞,需要反吹除尘。但是对于聚丙烯化工行业来说,D802中本身需要补充氮气来维持足够的压力来输送聚丙烯粉料,所以通常反吹是按时间来设置的,采用定时反吹。一方面可以定期清洁滤袋,一方面能补充输送氮气。在DCS中编写程序,对四个电磁阀循环带电,每个电磁阀带电一秒后失电,等待三秒下一个电磁阀带电,如此循环。三秒的等待时间是氮气充满集气箱的时间,当氮气压力0.6MPa,输送管线为1/2”时,三秒的时间可以让0.5M3的集气箱压力到达0.2MPa,集全箱之力反吹滤袋,强大的气流抖动力,足以让滤袋始终保持清洁。

五、结束语

该套反吹系统由中石化济南分公司仪表技术攻关小组研制,攻破了国外技术封锁和聚丙烯反吹设备对外国进口备件的依赖。2013年使用至今,使用效果非常好。取得了不菲的经济效益,给装置的安全增加了一道防护网。对同行业装置有很大的借鉴意义。


责任编辑:电气自动化网

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