一種換熱器閥門自動控制裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型實施例公開了一種換熱器閥門自動控制裝置，包括主管道、主管道調節閥、進口支管道、支管道調節閥、流量監控器、排氣口和控制器。主管道調節閥設置于主管道上，用于調節主管道流量；進口支管道一端與主管道相連，支管道另一端與換熱器進口相連；支管道調節閥設置于進口支管道上，用于調節進口支管道流量；流量監控器設置于主管道調節閥上；排氣口位于主管道空氣進口處，用于將來自分子篩的空氣排出至大氣中。主管道調節閥的設置，可以使進入主換熱器主管道的空氣均勻導入各進口支管道中，確保主管道及進口支管道的流量平穩到達設定的流量，以避免由于支管道調節閥開啟的時間差導致的各換熱器過冷及偏流情況的發生。
【專利說明】
一種換熱器閥門自動控制裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及自動化控制技術領域，特別是涉及一種換熱器閥門自動控制裝置。
【背景技術】
[0002]制氧過程中，空氣經空壓機壓縮，在預冷系統的空冷塔冷卻后，進入分子篩凈除水分、二氧化碳、乙炔等碳氫化合物，而后進入換熱器。經分子篩凈化的空氣在主換熱器中與低溫產品進行對流熱交換而冷卻至接近于對應壓力下的飽和溫度后，再進入下塔參與精餾。主換熱器的熱端是氮氣和空氣，冷端主要是來自空分塔下塔的低溫氮氣和來自后備系統的液氧、液氬產品。
[0003]經分子篩凈化的空氣在滿足對流換熱通氣條件后，進入分子篩后主換熱器主管道進行對流熱交換。主換熱器主管道分出四條碳鋼支管，每條管道上各有一個控制閥門，每個控制閥門控制各換熱器進口空氣流量。空氣經過各支管后，工作人員根據實際各換熱器出口溫度，分別調節四條碳鋼支管上的控制閥門，使各換熱器出口溫度維持在特定溫度。
[0004]當監測站監測到經分子篩凈化的空氣在滿足對流換熱通氣條件后，操作人員需要同時將四條碳鋼支管上的控制閥門緩慢打開，使支管道流量緩慢上升。人工控制四條碳鋼支管上的控制閥門開啟會存在一定的時間差，時間差的存在易造成四條碳鋼支管空氣流量不同，從而導致各換熱器過冷及偏流，影響主換熱器換熱效率。在制氧過程關閉后，操作人員需要同時將四條碳鋼支管上的控制閥門關閉，如果有一路閥門沒有及時關閉，低溫液體會倒流進入碳鋼管道，造成管道爆裂，弓I發安全事故。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型提供了一種換熱器閥門自動控制裝置，以解決現有技術中分子篩后主換熱器四條碳鋼支管空氣流量不同，導致各換熱器過冷及偏流，影響主換熱器換熱效率的問題。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型公開了如下技術方案:
[0007]—種換熱器閥門自動控制裝置，包括主管道、主管道調節閥、進口支管道、支管道調節閥、流量監控器、排氣口和控制器，其中，
[0008]主管道調節閥設置于主管道上，主管道調節閥用于調節主管道流量；
[0009]進口支管道一端與主管道相連，進口支管道另一端與換熱器進口相連；
[0010]支管道調節閥設置于進口支管道上，進口支管道調節閥用于調節進口支管道流量；
[0011]流量監控器設置于主管道調節閥上，流量監控器用于監測主管道流量；
[0012]控制器分別與監測器、排氣口、主管道調節閥、支管道調節閥和流量監控器電連接；
[0013]排氣口位于主管道空氣進口處，用于將來自分子篩的空氣排出至大氣中。
[0014]優選的，換熱器閥門自動控制裝置還包括監測器，監測器位于主管道空氣進口處，用于監測來自分子篩的空氣中特定氣體含量。
[0015]優選的，主管道調節閥與支管道調節閥聯鎖。
[0016]優選的，換熱器閥門自動控制裝置還包括溫度傳感器和出口支管道，其中，出口支管道與換熱器出口相連;溫度傳感器設置于出口支管道上靠近換熱器出口的一端，溫度傳感器用于監測換熱器出口溫度;控制器與溫度傳感器電連接。
[0017]由以上技術方案可見，本實用新型提供的一種換熱器閥門自動控制裝置，包括主管道、主管道調節閥、進□支管道、支管道調節閥、流量監控器、排氣□和控制器。主管道調節閥設置于主管道上，主管道調節閥用于調節主管道流量;進口支管道一端與主管道相連，支管道另一端與換熱器進口相連;支管道調節閥設置于進口支管道上，進口支管道調節閥用于調節進口支管道流量;流量監控器設置于主管道調節閥上，流量監控器用于監測主管道流量;控制器分別與監測器、排氣口、主管道調節閥、支管道調節閥和流量監控器電連接；排氣口位于主管道空氣進口處，用于將來自分子篩的空氣排出至大氣中。主管道調節閥的設置，可以使進入主換熱器主管道的空氣均勻導入各進口支管道中，確保主管道及進口支管道的流量平穩到達設定的流量，以避免由于支管道調節閥開啟的時間差導致的各換熱器過冷及偏流情況的發生。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本實用新型實施例提供的一種換熱器閥門自動控制裝置的閥門布置圖；
[0020]圖2為本實用新型實施例提供的一種換熱器閥門自動控制方法的流程示意圖；
[0021]圖3為本實用新型實施例提供的判斷來自分子篩的空氣是否滿足通氣條件方法的流程示意圖；
[0022]圖4為本實用新型實施例提供的通過PID控制主管道調節閥開度在預設參數下緩慢增大方法的流程示意圖；
[0023]圖示說明:
[0024]FIQ-主管道，P-流量監控器，YV-主管道調節閥。
【具體實施方式】
[0025]為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型中的技術方案，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本實用新型保護的范圍。
[0026]圖1為本實用新型實施例提供的一種換熱器閥門自動控制裝置的閥門布置圖，由圖1可見，換熱器閥門自動控制裝置包括主管道FIQ、主管道調節閥FIQ、進口支管道、支管道調節閥、流量監控器P、排氣口和控制器。主管道調節閥YV設置于主管道FIQ上，主管道調節閥YV用于調節主管道FIQ流量。進口支管道一端與主管道相連。本實施例中，進口支管道有4支。支管道另一端與換熱器進口相連;支管道調節閥設置于進口支管道上，本實施例中，支管道調節閥有4個，分別為V1、V2、V3和V4，分別設置于4支進口支管道上，支管道調節閥用于調節進口支管道流量。流量監控器P設置于主管道調節閥YV上，流量監控器P用于監測主管道FIQ流量;控制器分別與監測器、排氣口、主管道調節閥YV、支管道調節閥和流量監控器P電連接;排氣口位于主管道FIQ空氣進口處，用于將來自分子篩的空氣排出至大氣中。
[0027]制氧機組中控制器為Siemens 400控制系統，主管道調節閥YV包括Samson 3730-3閥門定位器，主管道調節閥YV顯示調節畫面增加至WINCC監控畫面上。
[0028]換熱器閥門自動控制裝置還包括監測器，監測器位于所述主管道FIQ空氣進口處，用于監測來自分子篩的空氣中特定氣體含量。監測器監測來自分子篩的空氣中特定氣體含量，并將檢測到的所述特定氣體含量信號傳輸至控制器;本實施例中，特定氣體為二氧化碳氣體。
[0029]本實用新型提供的另一個實施例中，主管道調節閥FIQ與支管道調節閥聯鎖，以實現來自分子篩的空氣不滿足通氣條件，主管道調節閥YV與支管道閥門及主管道調節閥YV上的電磁閥同時聯鎖關閉。
[0030]換熱器閥門自動控制裝置還包括溫度傳感器。
[0031]本實施例中，溫度傳感器有4個，分別為TI 1、TI2、TI3和TI4，分別設置于4支出口支管道上。出口支管道與換熱器出口相連;溫度傳感器設置于出口支管道上靠近換熱器出口的一端，溫度傳感器用于監測換熱器出口溫度;控制器與溫度傳感器電連接。
[0032]圖2為本實用新型實施例提供的一種換熱器閥門自動控制方法的流程示意圖，由圖2可見，本實用新型提供的一種換熱器閥門自動控制方法包括以下步驟:
[0033]制氧機組開機前，確認空壓系統啟動正常、凈化系統、預冷系統投入正常。
[0034]SlOl:判斷來自分子篩的空氣是否滿足通氣條件；
[0035]制氧機組開啟后，空氣經分子篩凈化，空氣中的二氧化碳、碳氫化合物和水分被吸附。若來自分子篩的空氣中的二氧化碳含量過大，自分子篩的空氣向換熱器導通時會造成一定程度的危險。因此在向換熱器輸送來自分子篩的空氣之前，應判斷來自分子篩的空氣是否滿足通氣條件。
[0036]S102:如果來自分子篩的空氣滿足通氣條件，則開啟設置于進口支管道上的支管道調節閥至開度相同；
[0037]控制器控制支管道閥門V1、V2、V3、V4全開，具體方式為:設定變量QKI為控制器中監測到的Vl、V2、V3、V4信號，將QKl聯接到PID功能塊的使能引腳ΕΝ，控制器通過PID控制支管道閥門Vl、V2、V3、V4開閉。本實施例中，如果來自分子篩的空氣滿足通氣條件，則將支管道調節閥的開度調節至最大。
[0038]支管道調節閥先于主管道調節閥YV開啟，可以保證來自主管道的空氣進入進口支管道時，進口支管道的流量保持一致平穩上升，而避免各支管道調節調節時間差導致的各進口支管道發生偏流。
[0039]S103:通過PID控制設置于主管道FIQ上的主管道調節閥YV開度在預設參數下緩慢增大；
[0040]S104:判斷主管道FIQ流量是否等于主管流量閾值；
[0041]本實施例中，主管道FIQ流量閾值為105 000m3/h，控制器中給定值SP_INT設置為105000，過程輸入變量PV_IN聯接主管道FIQ流量模擬量，主管道FIQ流量從O上升至105OOOm3A的時間約為1分鐘。
[0042]S105:如果主管道FIQ流量等于主管流量閾值，則維持主管道調節閥YV開度不變；
[0043]S106:如果主管道FIQ流量不等于主管流量閾值，則根據主管道FIQ流量和主管流量閾值的差值調節主管道調節閥YV開度，直至主管道FIQ流量等于主管流量閾值。主管道調節閥YV開度由PID控制調節。
[0044]S107:如果來自分子篩的空氣不滿足通氣條件，則將來自分子篩的空氣通過排氣口排出至大氣中。
[0045]圖3為本實用新型實施例提供的判斷來自分子篩的空氣是否滿足通氣條件方法的流程示意圖，由圖3可知，判斷來自分子篩的空氣是否滿足通氣條件的方法為:
[0046]S201:監測器監測來自分子篩的空氣中特定氣體含量，并將檢測到的特定氣體含量信號傳輸至控制器;本實施例中，特定氣體為二氧化碳氣體。應當指出的是，本實用新型中的特定氣體也可以是來自分子篩的空氣中其他氣體成分，如氮氣、水蒸氣等其他氣體的含量，其均應落在本實用新型的保護范圍之內。
[0047]S202:控制器判斷來自分子篩的空氣中特定氣體含量是否超過特定氣體含量閾值;本實施例中，特定氣體含量閾值為二氧化碳氣體含量為3PPm。
[0048]S203:如果特定氣體含量達到特定氣體含量閾值，則來自分子篩的空氣滿足通氣條件，執行步驟S102。
[0049]S204:如果特定氣體含量未達到特定氣體含量閾值，則來自分子篩的空氣不滿足通氣條件，執行步驟S107。
[0050]圖4為通過PID控制主管道調節閥開度在預設參數下緩慢增大方法的流程示意圖。由圖4可知，控制主管道調節閥開度以預設參數下緩慢增方法包括:
[0051]S301:獲取預設參數，預設參數為使PID控制閥門開度緩慢增大的比例參數、積分參數和微分參數；
[0052]控制器獲取預設參數初始輸入量:比例參數K、積分參數1、微分參數D，本實施例中，K = 1.5，I = 15，D = 1.2;
[0053]S302:將比例參數、積分參數和微分參數數據進行PID運算處理，得到PID運算結果;
[0054]S303:將PID運算結果作為控制信號發送至主管道調節閥YV;
[0055]S304:主管道調節閥YV接收控制信號，并根據控制信號調節開度。主管道調節閥YV接收控制信號并進行同步動作，即主管道調節閥YV開度緩慢增加。
[0056]本實用新型提供的另一個實施例中，如果來自分子篩的空氣不滿足通氣條件，主管道調節閥YV與支管道閥門及主管道調節閥YV上的電磁閥同時聯鎖關閉。閥門聯鎖關閉后，主換熱器溫度降至-100°C運行。主管道調節閥YV參與空壓機綜合放空信號ACFK聯鎖，ACFK信號與主管道調節閥YV的PID功能塊的LMN_SEL引腳相接，控制器通過LMN_TRK引腳設置PID輸出值為O。調節聯鎖功能在Siemens 400控制系統中通過PCS7編程軟件利用CFC編程實現。
[0057]換熱器閥門自動控制方法還包括以下步驟:
[0058]主管道FIQ流量達到主管流量閾值105000m3/h后，溫度傳感器T1、T2、T3和T4獲取換熱器出口溫度，并將換熱器出口溫度信號傳輸至控制器。控制器接收換熱器出口溫度信號，判斷換熱器出口溫度是否達到預設溫度范圍:10°C-12°C。如果換熱器出口溫度大于預設溫度范圍，則減小支管道調節閥開度，直至支管道換熱器出口溫度達到預設溫度;如果換熱器出口溫度小于預設溫度范圍，則增大支管道調節閥開度，直至支管道換熱器出口溫度達到預設溫度。
[0059]通過主管道調節閥的設置，可以使進入主換熱器主管道的空氣均勻導入各進口支管道中，確保主管道及進口支管道的流量平穩到達設定的流量，以避免由于支管道調節閥開啟的時間差導致的各換熱器過冷及偏流情況的發生。
[0060]需要說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0061]以上僅是本實用新型的【具體實施方式】，使本領域技術人員能夠理解或實現本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
[0062]以上僅是本實用新型的【具體實施方式】，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種換熱器閥門自動控制裝置，其特征在于，包括主管道(FIQ)、主管道調節閥(YV)、進口支管道、支管道調節閥、流量監控器(P)、排氣口和控制器，其中， 所述主管道調節閥(YV)設置于所述主管道(FIQ)上，所述主管道調節閥(YV)用于調節所述主管道(FIQ)流量； 所述進口支管道一端與所述主管道(FIQ)相連，所述進口支管道另一端與換熱器進口相連； 所述支管道調節閥設置于所述進口支管道上，所述支管道調節閥用于調節所述進口支管道流量； 所述流量監控器(P)設置于所述主管道調節閥(YV)上，所述流量監控器(P)用于監測所述主管道(FIQ)流量； 所述控制器分別與所述排氣口、所述主管道調節閥(YV)、所述支管道調節閥和所述流量監控器(P)電連接； 所述排氣口位于所述主管道(FIQ)空氣進口處，用于將來自分子篩的空氣排出至大氣中。2.根據權利要求1所述的換熱器閥門自動控制裝置，其特征在于，所述換熱器閥門自動控制裝置還包括監測器，所述監測器位于所述主管道(FIQ)空氣進口處，用于監測來自分子篩的空氣中特定氣體含量。3.根據權利要求1所述的換熱器閥門自動控制裝置，其特征在于，所述主管道調節閥(YV)與所述支管道調節閥聯鎖。4.根據權利要求1所述的換熱器閥門自動控制裝置，其特征在于，所述換熱器閥門自動控制裝置還包括溫度傳感器和出口支管道，其中， 所述出口支管道與所述換熱器出口相連； 所述溫度傳感器設置于所述出口支管道上靠近所述換熱器出口的一端，所述溫度傳感器用于監測所述換熱器出口溫度； 所述控制器與所述溫度傳感器電連接。
【文檔編號】F28F27/00GK205618777SQ201620422222
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】楊錦華, 趙云, 楊中國, 李彥芹, 馬春霞, 李志剛, 趙金鳳, 王輝, 邢紋娜, 張紀康, 向兆永, 吳秀芹, 袁蓉, 李紅, 張燕, 張國華, 趙潔, 李學波, 戴軍, 王利昌
【申請人】萊蕪鋼鐵集團電子有限公司