聯(lián)合制堿過程的自動控制系統(tǒng)研究

李景林

（中鹽吉蘭泰鹽化集團有限公司，內蒙古 阿拉善盟 750333）

1 基于自動控制系統(tǒng)的聯(lián)合制堿過程

聯(lián)合制堿程序是先將合成氨生產中的變換氣送入聯(lián)堿碳化塔，將生產的重堿經濾堿機和煅燒兩道工序取得純堿，經過過濾后的母液再送人氯化銨工段備用。其過程主要有重堿、氯化銨和煅燒三個生產過程。整個生產過程較為繁瑣，需要電機運轉信號、溫度點、壓力點、流量點和液位點進行全面控制與檢測，具非線性、多參數、多回路等特點。

自動控制系統(tǒng)的聯(lián)合制堿流程中脫除二氧化碳（CO2）和生產重堿（NaHCO3）同時進行，然后把過濾后的母液送入氯化銨生產工段，使純堿生產的碳化工序與合成氨生產的脫CO2工序合二為一，這也是新型變換氣聯(lián)合制堿過程的核心工序。

聯(lián)合制堿的核心工藝流程如圖1所示。

2 自動控制系統(tǒng)的工作原理

在聯(lián)合制堿的過程中，我們采用了DCS系統(tǒng)的智能控制策略，DCS（Distributed Control System）即為集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了通訊、計算機、控制等多項技術，其優(yōu)點是集中操作、分級管理與控制，組合方便，配置靈活。

圖1 聯(lián)合制堿核心工藝流程圖

在聯(lián)合制堿過程中，我們引進的DCS系統(tǒng)采用不同的控制方式，根據不同的生產工藝特點采用不同的控制方式，收到了較好的效果。

3 聯(lián)合制堿過程的自動控制系統(tǒng)

3.1 制堿溫度的控制系統(tǒng)

制堿溫度控制系統(tǒng)的控溫原理是基于軟測量技術的控溫。在制堿過程中，為了達到規(guī)定的制堿標準，要保持制堿塔內反應液溫度、液面高度h和塔內壓力PZ數值恒定。由于制堿塔內不同的位置其溫度有所差異，也會出現(xiàn)耦合反應。鑒于這種狀況就必須引進基于軟測量技術的智能控制技術，使它對塔內60多個溫度點實時監(jiān)控。

我們設Q1為反應放出的熱量，m1為反應液的質量，t2－t1為上升后的溫度，C1為反應液的比熱，那么其公式為（1）：Q1＝C1m1（t2－t1）。在反應過程中，循環(huán)水的熱量Q2從原來的溫度t升到t2，C2為水的比熱，其公式則為（2）：Q2＝C2m2（t2－t）。由于C1、m1為已知項，則可推算出t2的值。根據熱平衡原理得知Q1＝Q2，因此如果確保合理的t值，就可以通過改變循環(huán)水流量的方法，移出全部反應熱，來確保塔內的反應溫度t1恒定。由于其智能控制器采用了神經元PID控制器，可以通過上述式子進行計算得出。其智能控溫系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 控溫原理圖

3.2 變換氣恒流的智能控制系統(tǒng)

我們設Qs為變換氣量，Hs為低壓機出口壓力，ns為轉速，也是參變量，那么低壓機輸出流量Q和出口壓力H 就形成了低壓機的H－Q特性曲線，其交點就是低壓機輸送變換氣系統(tǒng)的整體特性解。如果流量發(fā)生變化，那么低壓機出口壓力也會發(fā)生變化，壓力傳感器相應的就會輸出反饋信號，使低壓機轉速恢復到n的原值上來，就會得到所需的流量Qs，進而達到恒流量的控制目的。其控制系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)圖

由于受合成氨工序的影響，使得傳統(tǒng)的PID控制方法不能很好地發(fā)揮控制作用，而神經元具有較好的控制功能，因此我們采用了神經元PID控制器，通過實踐得知，此系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力，實現(xiàn)了智能控制系統(tǒng)的恒壓力。

3.3 恒液位的智能控制系統(tǒng)

圖4 變換氣制堿塔示意圖

在圖4中，P1是氨母液Ⅱ的壓力，Q1是氨母液Ⅱ的流量；Q2是取出液流量；P2是塔內頂部壓力；Q2為取出液流量；h是常數；其反應條件是在P1＞P2的前提下進行的，因此可以通過控制取出液的流量，就能保證液位h的恒定。恒液位控制框圖如圖5所示。

圖5 恒液位控制系統(tǒng)圖

3.4 煅燒爐頭壓力的智能控制系統(tǒng)

爐頭壓力是從重堿制得純堿的關鍵技術參數，它是通過調節(jié)排風機擋風板開度實時控制的，它會受到重堿物料數量、含水量等多種因素影響。重堿及含水量給系統(tǒng)帶來的不確定性、洗滌除塵器的狀態(tài)變化和加熱用蒸氣量變化到擋風板開度控制存在著嚴重的時滯等是爐頭壓力控制的重點。因此鑒于這種狀況，如何對時變、非線性和不確定性系統(tǒng)加以控制是我們研究的重點，故此提出了智能專家控制方法。

智能專家控制系統(tǒng)的工作原理：首先由主控制器給出一加權平均值，對擋風板進行調整，根據檢測的壓力數值，利用模糊控制方法對不同工況產生混合尾氣量的變化進行補償；然后用BP網絡預測出的混合尾氣量數據做為模糊補償器的給定值。如果系統(tǒng)有故障或無輸入信號，系統(tǒng)則會主動切換到專家控制狀態(tài)，實現(xiàn)案例推理控制。該控制系統(tǒng)的設計是根據操作人員長期控制得到的實際數據，通過系統(tǒng)由加權平均計算出平均控制量，然后利用Fuzzy補償器對主控制器的輸出量進行補償，再通過BP預估器根據工況的變化，對系統(tǒng)的工作點進行整定。BP預估器其實是一個三層神經網絡，其構造如圖6所示。

圖6 BP三層神經網絡圖

4 結 語

本聯(lián)合制堿自動控制系統(tǒng)融合了軟測量和智能控制等技術，并借用計算機來計算控制回路給定值，從而使聯(lián)合制堿的質量和效率大大提高，降低了生產成本，具有較強的借鑒意義和推廣價值。

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