用DMAX和DMIN函數(shù)為氯氣壓縮機(jī)進(jìn)氣導(dǎo)葉閥開度設(shè)限

張志寬 司濤濤

(1.昊華宇航化工有限責(zé)任公司，河南 焦作 454000；2.河南佰利聯(lián)化學(xué)股份有限公司，河南 焦作 454000)

在氯堿生產(chǎn)過程中，采用氯氣壓縮機(jī)對(duì)氯氣進(jìn)行加壓，進(jìn)氣導(dǎo)葉閥是為氯氣壓縮機(jī)提供原料氣的第一道關(guān)卡，其開度波動(dòng)直接影響壓縮機(jī)的運(yùn)行和與其相連的其他系統(tǒng)的運(yùn)行，尤其在燒堿制備中它是穩(wěn)定電解槽槽頭氣相壓力的關(guān)鍵控制點(diǎn)，電解槽的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行與氯氣壓縮機(jī)進(jìn)氣導(dǎo)葉閥的開度是否在合理區(qū)間關(guān)聯(lián)極大。由于氯氣壓縮機(jī)的加壓對(duì)象特殊，而且在燒堿生產(chǎn)過程中對(duì)其穩(wěn)定性的要求也非常高，因而成為燒堿生產(chǎn)過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。

筆者以昊華宇航化工有限責(zé)任公司年產(chǎn)24萬t燒堿生產(chǎn)裝置為例，闡述采用CS3000的DMAX和DMIN函數(shù)為裝置的氯氣壓縮機(jī)進(jìn)氣導(dǎo)葉閥的開度設(shè)限的方法。

1 氯氣壓縮機(jī)①

燒堿生產(chǎn)是由電解食鹽水溶液制取燒堿、氯氣和氫氣的工業(yè)生產(chǎn)過程，其反應(yīng)式為：

生產(chǎn)過程中Cl2大量產(chǎn)生，而對(duì)于Cl2的妥善處理是實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵。濕Cl2經(jīng)過洗滌和干燥后，由氯氣壓縮機(jī)加壓，為后續(xù)工藝提供帶壓氯氣。昊華宇航化工有限責(zé)任公司的年產(chǎn)24萬t燒堿裝置的帶壓氯氣在后續(xù)工藝中分兩路：一路為合成爐(H2在Cl2中燃燒)提供穩(wěn)定的助燃劑，一路為氯氣液化提供穩(wěn)定原料。可見，氯氣壓縮機(jī)是燒堿生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，它能穩(wěn)定電解槽槽頭的氣相壓力，為持續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)提供保證。

氯氣壓縮機(jī)為葉片旋轉(zhuǎn)式離心壓縮機(jī)(即透平式壓縮機(jī))。由電機(jī)輸出軸連接增速箱，增速箱帶動(dòng)壓縮機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪給予被壓縮氣體離心力，并在擴(kuò)壓通道中給予氣體擴(kuò)壓作用，使氣體壓力升高。

如圖1所示，吸入側(cè)流入壓縮機(jī)的氣體壓力為p1、溫度為T1，排出側(cè)流出壓縮機(jī)的氣體壓力為p2、溫度為T2，流經(jīng)壓縮機(jī)的氣體流速為Q，工作點(diǎn)(圖2)即為在流率范圍內(nèi)的實(shí)際壓力比值(p2/p1)。

圖1 壓縮機(jī)的工作過程

圖2 壓縮機(jī)工作點(diǎn)確定

2 進(jìn)氣導(dǎo)葉閥及其開度設(shè)限

進(jìn)氣導(dǎo)葉閥的結(jié)構(gòu)如圖3所示，可調(diào)進(jìn)氣導(dǎo)葉的剖視圖如圖4所示。

圖3 進(jìn)氣導(dǎo)葉閥結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 可調(diào)進(jìn)氣導(dǎo)葉剖視圖

結(jié)合圖3、4，通過氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(10)帶動(dòng)連桿(80)將力傳到齒輪(60)上，從而撥動(dòng)棘輪(70)帶動(dòng)導(dǎo)葉(30)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)角度通過比例尺(350)反映。

進(jìn)氣導(dǎo)葉閥開度波動(dòng)較大會(huì)引起氯氣壓縮機(jī)發(fā)生喘振，以用電槽系統(tǒng)氯氣壓力波動(dòng)，進(jìn)而影響氯氣和氫氣的壓差(氯氫壓差低低限值僅為-1kPa、高高限值為9kPa，其工作范圍很窄)，如果氯氣和氫氣的壓差達(dá)到低低限值或高高限值，整個(gè)電槽系統(tǒng)就會(huì)停車。可見，控制進(jìn)氣導(dǎo)葉閥的開度對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定非常重要。

通過對(duì)被控變量氯氣壓力設(shè)限，即可控制氯氣壓縮機(jī)進(jìn)氣導(dǎo)葉閥開度在平穩(wěn)范圍。筆者通過軟件設(shè)置進(jìn)氣導(dǎo)葉閥的開度，以避免操作工誤操作。為此，根據(jù)工藝要求補(bǔ)充了進(jìn)氣導(dǎo)葉閥設(shè)限程序。

在CS3000中可以使用計(jì)算塊調(diào)用其函數(shù)，在計(jì)算塊內(nèi)部書寫程序，控制某參數(shù)的輸出值。

筆者決定運(yùn)用DMAX和DMIN函數(shù)解決透平機(jī)進(jìn)氣導(dǎo)葉閥開度設(shè)限。此處，函數(shù)要控制的量是閥門開度，而閥門開度受進(jìn)氣壓力控制。又因?yàn)檫M(jìn)氣壓力變化范圍極小，所以其受控變量使用的數(shù)據(jù)類型為double型，以下是CS3000系統(tǒng)對(duì)DMAX和DMIN函數(shù)的解釋：

a. 最大值——DMAX(arg1,arg2,…)。DMAX是從引數(shù)的目錄中返還最大值的函數(shù)。引數(shù)的個(gè)數(shù)最大是32，引數(shù)的型和結(jié)果的型都是double。

b. 最小值——DMIN(arg1,arg2,…)。DMIN是從引數(shù)的目錄中返還最小值的函數(shù)。引數(shù)的個(gè)數(shù)最大是32，引數(shù)的型和結(jié)果的型是double。

昊華宇航化工有限責(zé)任公司的3#系統(tǒng)中，采用CS3000的Contorl Drawing Buidler編輯Drawing增加CAL-3451B計(jì)算塊，并在塊中編輯如圖5所示語句，通過對(duì)被控變量PIC-3451B設(shè)定值的限制，進(jìn)而對(duì)進(jìn)氣導(dǎo)葉閥(IGV)開度進(jìn)行限制，確保了進(jìn)氣壓力和系統(tǒng)的穩(wěn)定。

圖5 進(jìn)氣導(dǎo)葉閥的上下設(shè)限程序

調(diào)節(jié)閥門開度限值的人機(jī)界面是操作者能否實(shí)現(xiàn)依據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行限值調(diào)整的必要條件。筆者在如圖6所示的流程畫面上制作了CAL-3451B計(jì)算塊的P01和P02輸入窗口即為PIC-3451B的上下限輸入窗口。

圖7為實(shí)現(xiàn)PIC-3451B上限數(shù)據(jù)與CAL-3451B的P01綁定的畫面。同理對(duì)PIC-3451B下限數(shù)據(jù)也做數(shù)據(jù)綁定處理。然后將畫面下裝生效后，即可獲得PIC-3451B上下限的人機(jī)界面。操作工點(diǎn)擊圖7中右上角“???????”框，輸入工藝要求的數(shù)值即可。

圖6 主流程

圖7 數(shù)據(jù)綁定畫面

3 結(jié)束語

昊華宇航化工有限責(zé)任公司的年產(chǎn)24萬t燒堿生產(chǎn)裝置的3#系統(tǒng)自開車以來，出現(xiàn)過操作工誤操作氯氣壓縮機(jī)進(jìn)氣導(dǎo)葉閥開度而導(dǎo)致系統(tǒng)全停的事故。公司組織技術(shù)人員新增程序并投運(yùn)后，再?zèng)]有出現(xiàn)過因此類停車事故，新增程序?qū)崿F(xiàn)了系統(tǒng)自糾錯(cuò)，保障了生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。