儀表PID控制實現(xiàn)微小流量化學藥劑精密注控方法

(洛陽綠潮環(huán)?？萍加邢薰?，河南 洛陽 471003)

隨著石油化工生產(chǎn)流程對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，需要通過投加各種化學藥劑(添加劑)，來滿足只靠改進生產(chǎn)工藝無法達到的質(zhì)量或性能要求，如石油化工裝置中的阻聚劑、航煤儲運中的抗靜電劑及抗磨劑等。而化學藥劑(添加劑)已成為提高石油產(chǎn)品質(zhì)量最為經(jīng)濟有效的辦法，在石油化工生產(chǎn)中起到關鍵決定性的作用。而針對一些需要量很少的微小流量化學藥劑注控，單獨采用計量泵無法實現(xiàn)精密控制，投加量的不精準不但會對產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，還會造成資源浪費[1]。

1 化學藥劑加注現(xiàn)狀

石油化工工藝流程為了提高產(chǎn)品質(zhì)量或控制設備腐蝕等，需要在線投加各種化學藥劑。目前需要藥劑投加設備基本都采用計量泵定量投加，投加量通常由計量泵行程刻度調(diào)節(jié)，且計量泵使用流量低于額定流量的10%以下時無法計量，對于常規(guī)>2 000 mL/h的化學藥劑投加，滿足API675標準的計量泵都能達到±1%投加精度。當<2 000 mL/h時，微小流量加注計量泵則無法達到精度進行線性調(diào)節(jié)，會造成化學藥劑達不到在線的線性比例投加，無法達到精密注控從而影響產(chǎn)品質(zhì)量[2]。

鑒于以上問題，采用在線儀表PID控制方法即可實現(xiàn)微小流量化學藥劑的精密注控。解決了在微小流量范圍內(nèi)(0～2 000 mL/h)靠常規(guī)計量泵無法準確計量、精密加注化學藥劑的問題。使各種化工工藝流程中微小流量化學藥劑的在線精密注控更加可靠，避免了藥劑的浪費，降低了產(chǎn)品成本，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

2 微小流量化學藥劑加注特點

石油化工裝置中的阻聚劑、航煤儲運中的抗靜電劑及抗磨劑等一些藥劑，加入量一般都為百萬分之幾(×10-6)。根據(jù)裝置產(chǎn)能所需化學藥劑的注入量一般會在0～2 000 mL/h內(nèi)，如此少的微小流量采用常規(guī)計量泵根本無法達到在線連續(xù)線性精密加注，會嚴重影響石油化工的產(chǎn)品質(zhì)量[3]。采用儀表PID控制通過高精度在線質(zhì)量流量計和微小流量調(diào)節(jié)閥，經(jīng)PLC可編程控制器實現(xiàn)閉環(huán)智能化精密注控即可達到精密注控的目的，計量泵作為動力工具而非計量工具，其流量選擇范圍可以更寬(一般額定流量可擴大到5 000 mL/h利于選型節(jié)約成本)。其藥劑注控精度可以達到±0.05%，遠遠高于常規(guī)計量泵加注。

3 儀表PID控制實現(xiàn)微小流量注控流程

化學藥劑通過上料泵及附屬管路進入藥劑罐儲存，液位計可隨時觀察罐體液位；液位開關實現(xiàn)高低液位控制及聯(lián)鎖報警；罐頂設有阻火呼吸閥；罐內(nèi)藥劑靠重力自流至計量泵入口及其附屬管路內(nèi)，通過計量泵加壓至自力式調(diào)節(jié)閥入口保證向外注控的設計壓力；安全閥用于保證計量泵出口的管路不超壓；質(zhì)量流量計用于實時監(jiān)測注出管路的藥劑流量；微小流量調(diào)節(jié)閥用于接收PLC控制柜的PID調(diào)節(jié)信號，通過自動調(diào)整閥門開度實現(xiàn)實時精密注控。

1.手動閥 2.止回閥 3.針形閥 4.Y型過濾器 5.微小流量調(diào)節(jié)閥 6.自力式調(diào)節(jié)閥 7.安全閥 8.呼吸閥 9.上料泵 10.隔膜計量泵 11.液位計 12.液位開關 13.質(zhì)量流量計

4 實現(xiàn)微小流量精密注控的方法原理

實現(xiàn)藥劑精密注控的關鍵在于計量泵出口管路分為兩路：一路為控制自力式調(diào)壓閥前壓力保持恒定為主循環(huán)回路，稍大于微小注控流量的計量泵將藥劑循環(huán)打入藥劑罐，而泵出口的壓力恒定；另一路為保證注出口自力式調(diào)壓閥后壓力保持恒定的儀表PID控制管路，通過高精度質(zhì)量流量計及微小流量調(diào)節(jié)閥，接收PLC控制器的控制信號實現(xiàn)微小流量精密注控；微小流量PID控制原理為在PLC控制器內(nèi)事先設定化學藥劑的注入流量，通過與在線質(zhì)量流量計的瞬時流量進行對比，計算偏差進行比例積分調(diào)節(jié)微小流量調(diào)節(jié)閥開度，實現(xiàn)閉環(huán)智能化精密注控。與計量泵投加化學藥劑注控精度對比如表1所示。

5 結論

通過在線儀表PID控制實現(xiàn)化學藥劑精密注控的方法，解決了常規(guī)計量泵加注化學藥劑的微小流量控制盲區(qū)。在控制系統(tǒng)中通過PLC可編程控制器實現(xiàn)閉環(huán)智能化調(diào)節(jié)，使整個系統(tǒng)具有響應速度快、調(diào)節(jié)精度高、運行穩(wěn)定等特點。通過本精密注控方法不僅可以顯著提高石油化工產(chǎn)品質(zhì)量，且可以通過通訊模塊實現(xiàn)藥劑精密注控的數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控，利于建設智慧化工廠。

表1 注控精度對比