Schema de control al presiunii în cascadă pentru coloana de rectificare în unitățile de separare a aerului

În funcționarea unităților de separare a aerului (ASU), presiunea coloanei este un parametru cheie care afectează direct echilibrul vapor-lichid și eficiența separării. Prin selectarea punctelor de detectare adecvate și configurarea buclelor de control automatizate, se poate realiza o reglare precisă a presiunii, asigurând o performanță stabilă de rectificare. Această lucrare propune o schemă de control în cascadă bazată pe punctele de sensibilitate la presiunea coloanei. Metoda oferă un răspuns rapid la fluctuațiile de sarcină și de funcționare, reduce riscul de anomalii ale procesului și asigură o producție stabilă de produse de oxigen, azot și argon. Schema oferă suport tehnic semnificativ pentru control fin și producție stabilă în ASU.

Contextul tehnologiei de separare a aerului

Unitățile de separare a aerului adoptă distilare criogenică pentru a separa oxigenul, azotul și argonul de aerul lichefiat. Coloana principală de rectificare este responsabilă pentru separarea oxigenului și azotului, oferind în același timp alimentarea sistemului cu argon. Presiunea de funcționare a coloanei nu numai că determină echilibrul vapor-lichid, dar influențează și riscurile de blocare a azotului, puritatea produsului și echilibrul general la rece.

Dacă presiunea coloanei deviază anormal, aceasta poate perturba transferul de căldură în condensatorul superior sau în refierbătorul inferior, poate destabiliza gradientul de concentrație și poate afecta rectificarea cu argon în aval. Astfel, controlul precis și în timp util al presiunii coloanei este esențial pentru a menține stabilitatea întregului ASU.

Puncte de sensibilitate la presiune și concept de control

Punctul de sensibilitate la presiune al coloanei principale de rectificare este de obicei situat lângă admisia superioară a condensatorului sau în secțiunea superioară a ambalajului. Fluctuațiile de presiune în această regiune sunt cel mai indicative ale schimbărilor generale ale procesului și au un efect direct asupra distribuției compoziției azot-oxigen.

Prin simularea și calculul procesului, presiunea de proiectare în acest punct sensibil este determinată și setată ca buclă de control primară a procesului (PIC) în DCS. Bucla primară măsoară această presiune și efectuează ajustări PID, ieșind către bucla secundară de control al procesului, care reglează capacitatea de răcire a azotului lichid sau debitul expansorului. Bucla secundară, la rândul său, acționează asupra presiunii coloanei, realizând astfel o reglare în buclă închisă-aliniată cu cerințele procesului.

Măsuri pentru prevenirea întârzierii procesului

Dacă fluctuațiile de presiune nu pot fi abordate prompt, pot apărea abateri ale calității produsului. Pentru a evita întârzierea excesivă a procesului, în această schemă se aplică următoarele măsuri:

Conversia semnalului– Valorile presiunii de eșantionare sunt convertite în presiune termodinamică și amplificate, îmbunătățind sensibilitatea semnalului.

Variabile cu acțiune-rapidă– Debitul expansorului este selectat ca variabilă manipulată în bucla secundară, permițând reglarea rapidă a echilibrului la rece și corectarea rapidă a presiunii coloanei.

Eșantionare optimizată– Intervale mai scurte de eșantionare sunt configurate în DCS pentru a îmbunătăți răspunsul dinamic.

Măsuri pentru prevenirea depășirii

Sub sarcină mare sau perturbări mari, domeniile largi de reglare a PID pot provoca acțiuni excesive ale actuatorului, ducând la fluctuații severe de presiune. Pentru a preveni depășirea, sunt implementate următoarele restricții:

Limitarea semnalului de ieșire PIC în limita capacității nominale de răcire cu azot lichid;

Definirea limitelor superioare și inferioare pentru ieșirea buclei secundare pe baza capacității de proiectare a echipamentului pentru a preveni încălcarea limitelor;

Introducerea mecanismelor de pornire-soft și de amortizare în logica de control pentru a minimiza șocurile de reglare.

Concluzie

Schema propusă de control al presiunii în cascadă îmbunătățește semnificativ stabilitatea ASU în cazul fluctuațiilor de sarcină și perturbărilor procesului. Combinând monitorizarea punctelor-sensibile la presiune, bucle primare-secundar coordonate și amplificarea îmbunătățită a semnalului cu măsuri de limitare a ieșirii, schema reduce apariția blocajului cu azot și asigură furnizarea constantă de oxigen, azot și produse cu argon.

Privind în viitor, odată cu dezvoltarea continuă a sistemelor DCS și integrarea algoritmilor de control inteligent, ASU-urile vor atinge niveluri mai ridicate de automatizare. Integrarea profundă a ingineriei proceselor și a controlului automatizării va conduce industria de separare a aerului criogenic către o mai mare eficiență, stabilitate și inteligență.