旋轉閃蒸干燥控制系統設計
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【摘要】針對旋轉閃蒸干燥系統中，閃蒸塔出口溫度波動大甚至難以控制，導致閃蒸塔經常堵塔或燒毀后續設備中的布袋等問題，本文經分析論證，提出了一套針對旋轉閃蒸塔出口溫度的控制及聯鎖方案。同時介紹了用西門子S7-300PLC及WinCC監控系統對整套工藝流程的監控及控制。
【關鍵詞】閃蒸干燥；溫度；PLC；控制
引言
在旋轉閃蒸干燥系統中，閃蒸塔出口溫度的控制是至關重要的，如果閃蒸塔出口溫度過低，則會經常出現堵塔現象，直接造成系統停車；如果閃蒸塔出口溫度過高，則會出現燒毀后續設備中的布袋等，直接造成系統長時間停車維修，帶來經濟損失。在旋轉閃蒸干燥系統中，閃蒸塔出口溫度波動大甚至難以控制，分析閃蒸塔出口溫度得出，其溫度值與閃蒸塔入口熱風溫度、閃蒸塔入口熱風量、螺旋進料量、螺旋進料濕度以及螺旋進料溫度有關，這其中任何一個參數的變化，都會直接影響閃蒸出口溫度。本文根據旋轉閃蒸工藝流程的特點，經分析論證并提出了一套針對旋轉閃蒸塔出口溫度的控制及聯鎖方案。同時介紹了用西門子S7-300PLC及WinCC監控系統對整套工藝流程的監控及控制。
1工藝流程簡介
天然氣經過熱風爐充分燃燒后，再經過混風，產生熱風，熱風送至旋轉閃蒸塔進風口，進料螺旋均勻地將物料加入到旋轉閃蒸干燥機內，物料在旋轉閃蒸干燥機攪拌器和熱風的共同作用下，被迅速流化，同時汽化物料中的水分，未經充分干燥的物料在攪拌器的作用下被迅速打散及干燥。干燥合格后的粉料隨煙道通過旋轉閃蒸干燥機頂部的淘析環進入脈沖式布袋除塵器進行分離，收集下來的產品通過星型卸料閥進入后續工藝段。
2閃蒸塔后溫度分析
在整個旋轉閃蒸干燥系統中，閃蒸塔出口溫度的控制是至關重要的，其溫度控制的穩定性直接決定了整套生產裝置的穩定性；如該溫度控制不當，則會出現堵塔，燒毀布袋等，直接導致系統經常性的非正常停車。縱觀整套工藝流程，在系統實際生產運行中，影響閃蒸塔后溫度的主要因素有閃蒸塔熱風入口熱風溫度、閃蒸塔熱風入口熱風流量、進料螺旋進料量以及進料螺旋進料濕度和溫度。詳細說明如下：
（1）閃蒸塔熱風入口熱風溫度；
（2）閃蒸塔熱風入口熱風流量；
（3）進料螺旋進料量；
（4）進料螺旋進料濕度和溫度。
閃蒸塔熱風入口熱風是由系統內的熱風爐提供的，熱風溫度的高低直接有熱風爐系統決定的，對于本系統內的燃氣爐而言，熱風溫度值直接是由燃氣流量值、助燃風流量值以及補充的混溫風流量值決定的。可通過燃氣流量變送器和調節閥組來組成燃氣流量的控制裝置，為使整個系統在實際生產中更好的運行，燃氣流量變送器須加配溫壓補償；在助燃風管線上加裝調節閥，主要是用來調節助燃風量，保證流過的天然氣在熱風爐中充分燃燒；因整個系統是一負壓系統，采用自然混溫，混溫風量的大小和系統內的負壓值直接相關，整個系統的負壓值大小是由引風機決定的，采集引風機的反饋頻率作為自然風混風量的一個參數。閃蒸塔熱風入口熱風風量是一個和溫度息息相關的值，其決定元素也同樣為燃氣流量值、助燃空氣流量值以及補充的混溫空氣流量值。往閃蒸塔里面的進料過程是由進料螺旋完成的，進料量的大小直接由進料螺旋的進料速度決定，采集進料螺旋的反饋頻率作為衡量進料螺旋進料量大小的參數。因物料是由上游工藝段生產的，所以在本段工藝系統內進料螺旋進料濕度和溫度是無法控制的，上一工藝段可保證進料濕度在一定范圍內，溫度隨季節的變化，可忽略不計。
3閃蒸塔后溫度控制設計
經以上分析，設計串級溫度控制回路來實現對旋轉閃蒸塔后溫度的控制，由閃蒸塔后的溫度值來控制閃蒸塔熱風入口溫度，再由此計算得到的熱風計算溫度值與實際采集熱風溫度值相比較，調節燃氣流量值，最后再通過燃氣流量調節閥來控制燃氣流量；助燃風量調節閥與燃氣量調節閥成比例調節，操作界面設一比例系數。測量值采集點主要有閃蒸塔后的溫度監測點
一、閃蒸塔后的溫度監測點
二、閃蒸塔熱風入口溫度監測點、熱風爐出口溫度監測點、燃氣量調節閥、燃氣流量變送器、助燃風量調節閥、引風機的反饋頻率、進料螺旋的反饋頻率以及進料濕度和溫度等。詳細說明如下：
（1）閃蒸塔后的溫度監測點一和溫度監測點二；
（2）閃蒸塔熱風入口溫度監測點；
（3）熱風爐出口溫度監測點；
（4）燃氣量調節閥和燃氣流量變送器；
（5）助燃風量調節閥；
（6）引風機的反饋頻率；
（7）進料螺旋的反饋頻率。
對于整個控制系統來講，所有的控制都是圍繞著閃蒸塔后的溫度監測點一而展開的，因閃蒸塔后的溫度監測點一在整個控制系統中的作用至關重要，一旦該溫度監測點出現異常，將會導致整個控制系統的癱瘓或失調，直接造成設備的損壞，帶來不必要的經濟損失，所以在整個控制系統中，加設閃蒸塔后溫度監測點二，其主要作用是，配合閃蒸塔后溫度監測點一來對塔后溫度進行監測。在整個系統中設置閃蒸塔后溫度監測點一和二的溫度高報警和溫度高高聯鎖，當閃蒸塔后溫度監測點一和二溫度過高時，通過聲音報警等形式通知操作員，以便操作員及時采取相應措施；當閃蒸塔后溫度監測點一和二溫度高高報警時，聯鎖整個加熱系統停止加熱并且停止進料。
閃蒸塔熱風入口溫度監測點，若直接根據閃蒸塔后的溫度監測點一來控制加熱系統的加熱負荷，這樣組成的控制系統滯后大、響應慢且容易失調帶來對設備的燒損等；加設閃蒸塔熱風入口溫度監測點，將整個溫度控制系統設置為串級溫度控制回路，通過閃蒸塔后的溫度監測點一的變化預判一個閃蒸塔進風口溫度值，然后與實際的閃蒸塔熱風入口溫度監測值相比較，通過調節加熱系統的加熱負荷來調節閃蒸塔熱風入口溫度趨向于前面預判的閃蒸塔進風口溫度值的方向變化，最后趨于一致，使整個系統穩定運行。為了使整個串級溫度控制系統內的內環熱風爐單元運行的更快、更穩、更準，燃氣流量變送器應加裝溫壓補償，精確測得燃氣流量值。根據計算得到的閃蒸塔熱風入口溫度值來計算所需的燃氣流量值，最后根據燃氣流量變送器的燃氣流量值來調節燃氣調節閥的開度，最后趨于一致，使整個系統穩定運行。
在助燃風管線上加裝調節閥，在設計之初，可以讓助燃風流量調節閥與燃氣流量流量調節閥相匹配，保證流過的燃氣與空氣在熱風爐內充分燃燒。在整個閃蒸塔后串級溫度控制中，可設定助燃風流量調節閥與燃氣流量調節閥之間的比例，加一修正系數，在操作界面上根據工況修改。熱風爐系統采用自然混風，絕大部分的風都是混溫的自然風，系統吸入混溫風的流量與引風機的運行頻率有關，所以引風機的反饋頻率是影響閃蒸塔后溫度的一重要因素；同時進料螺旋進料量的大小也是直接影響閃蒸塔后溫度值的重要因素。
如當前系統處于穩態運行中，為避免因引風機運行頻率或進料螺旋進料量的突然增大或變小而引起的系統失調，所以在增大或減小引風機運行頻率或進料螺旋進料頻率時，宜緩慢增大或減小引風機頻率和進料螺旋頻率，以使系統能夠更加平穩地運行。為確保這點，在增大或減小進料螺旋頻率時，系統采用將原來的階躍上升或階躍下降變為斜線緩慢上升或斜線緩慢下降，其斜率的大小應該根據具體系統進行計算。另外，在系統調節的過程中，也就是系統還未處于平穩運行時，操作員如改變了某一參數，如減小引風機頻率等，這將會對正在調節中的系統造成很大的影響，有礙于整個系統的平穩運行，為防止這種誤操作，構架的控制系統操作系統應能防止這種誤操作。
4硬件及軟件
為了保證旋轉閃蒸干燥系統安全、經濟、連續可靠的運行，本工程控制系統選用可編程邏輯控制系統（PLC），對旋轉閃蒸干燥系統進行監控，操作人員在控制室內即可實現對旋轉閃蒸干燥系統的啟、停及正常運行工況的監視和控制，控制系統同時具備事故工況的報警、聯鎖和保護功能。根據以上要求，選用西門子S7-300PLC系列產品和WinCC組態軟件搭建整個控制系統，能夠監視系統內每一個模擬量和數字量、調整過程設定值、建立趨勢畫面并獲得趨勢信息、顯示操作指導、聲音報警、打印報表等等。
5結束語
根據旋轉閃蒸的工藝流程的特點，設計旋轉閃蒸塔后溫度控制系統，使得閃蒸塔后的溫度能夠控制在有效的溫度范圍內，整個系統得到平穩的運行。在實際生產中杜絕堵料及燒毀布袋等現象，有效地提高了生產能力，節省生產成本，創造更高的經濟效益。
參考文獻
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作者：安丙峰 單位：天華化工機械及自動化研究設計院有限公司
