CN103752146B - 基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统，有结构完全相同的第一控制阀和第二控制阀，其均有一端连接分子筛塔另一端连接天然气进气管或再生气出气干管的开关阀门和用于控制开关阀门开关动作的气动膜头，气动膜头的膜片通过阀杆连接开关阀门的阀芯，阀杆上设置有阀位传感器，阀位传感器的输出信号端电连接阀位控制模块的阀位信号输入端，阀位控制模块的压力信号输入端电连接压力变送器的输出信号，气动膜头的上、下气口分别连接到进行干燥控制的开关控制机构和进行升压和降压控制的开度控制机构，开关控制机构和开度控制机构的控制信号输入端分别电连接阀位控制模块的控制信号输出端。本发明去掉6只开关阀节省了大量的资金投入。
Description
技术领域
本发明涉及一种对分子筛进行气体干噪处理过程中再生环节的降压及升压系统控制。特别是涉及一种基于对原开关阀的只有开关两种状态改变为可开度调节的基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统。
背景技术
分子筛干燥是很多气体加工中不可缺少的工艺过程。干燥的分子筛（吸附剂）很容易吸收周围湿气介质中（吸附质）的水分，这个过程的结果是降低了吸附剂自身原先所拥有的“表面自由能”，而该过程能自发进行。吸收了水份的饱和分子筛必须经过加热再生过程才能释放出吸收的水份回复其”表面的自由能”，只有经过再生过程恢复了表面自由能的分子筛才能再次吸附湿气介质内的水分。再生过程主要是首先对干燥塔匀速降压降到确定的压力后再通入高温再生气流直到把分子筛里的水分析出，经过高温干燥处理后的分子筛还要经过冷吹降温后再进行匀速升压才能恢复了吸附剂的表面自由能,才能再次进入干燥程序。当分子筛塔采用低压再生时，分子筛干燥器需要降压、再生及冷吹、升压的四个阶段过程。
当降压升压速度进行过快时，一方面设备、管道可能发生局部变形并导致危险事故；另一方面压力的快速变化可能破坏分子筛内部结构，造成吸附能力下降甚至对吸附剂造成永久性损害对生产造成较大损失。太慢会打乱程序的正常运行，降低干燥的质量、延长再生时间并影响后续工艺过程的连续性。在2002年出版的《天然气利用手册》中明确指出“因再生压力低于吸附压力，干燥器在切换时应控制降压与升压速度，一般宜小于0.3MPa/min”。降压升压的速度要严格控制，所以控制好降压和升压的速度及时间是分子筛干燥过程中较为关键的步骤。
为了实现分子筛塔降压或升压的控制，传统方案如图1所示，升压过程是利用并联在原料气进口开关阀40旁的限流孔板42及开关阀41组成的专用升压支路完成。降压过程是利用再生气出口开关阀43旁并联的限流孔板44及开关阀45组成的专用降压支路来完成的。当旁路开关阀41、或45打开时，气体在限流孔板42或44的限制下以不高于0.3MPa/min的初始速度通过开关阀，经一定时间后完成分子筛干燥器的降压或升压。该方法中限流孔板42、44的孔径不可变，即随着升降压过程的进行孔板两端压差也逐渐降低而造成速度亦随之降低。
原料气进口开关阀40及再生气出口开关阀43改造前是完全相同的结构，具体如图2所示，图2中，51、52相当于图1中的阀门执行机构，图中的电磁阀8是控制开关阀做开关动作的电磁阀，图4中开关阀门3+4+51、52相当于图1中的开关阀40/43。
图1中为保证设备及分子筛的安全性，必须通过限流孔板控制升降压过程的最高（初始）流速不高于0.3MPa/min，因此必然导致随着升降压的进行流速在不断减慢，设备升降压的时间被延长，生产效率下降等问题。而且目前的这种控制方法其降压升压过程还必须通过降压升压专用支路来完成。改造后由调节40、43的开度来保持升压速度恒定减少了不必要的速度变得越来越慢升降压时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统。通过改变现有技术中进气源主路及再生气进/出主路上开关阀的开度来进行控制实现升压降压速度调节，代替现有技术专用带有限流孔板及开关阀的升降压支路的对该支路开关阀门的开关状态控制来完成分子筛干燥升降压的系统。
本发明所采用的技术方案是：一种基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统，包括一端连接分子筛塔另一端连接天然气进气管的第一控制阀和一端连接分子筛塔另一端连接再生气出气干管的第二控制阀，所述的第一控制阀和第二控制阀结构完全相同均包括有一端连接分子筛塔另一端连接天然气进气管或再生气出气干管的开关阀门和用于控制开关阀门开关动作的气动膜头，其中将气动膜头分割为上气室和下气室的膜片通过阀杆连接开关阀门的阀芯，所述的阀杆上在位于气动膜头和开关阀门之间还设置有阀位传感器，所述的阀位传感器的输出信号端电连接阀位控制模块的阀位信号输入端，所述阀位控制模块的压力信号输入端电连接设置在分子筛塔上的取压点上的压力变送器的输出信号，所述气动膜头的上气室的气口和下气室的气口分别连接到进行干燥控制的开关控制机构和进行升压和降压控制的开度控制机构，所述的开关控制机构和开度控制机构的控制信号输入端分别电连接所述的阀位控制模块的控制信号输出端。
所述的开关控制机构包括有开关控制电磁阀、与所述的开关控制电磁阀相连用于阻断或接通开关控制电磁阀与气动膜头连通的第一开关、开度状态切换电磁阀和第二开关、开度状态切换电磁阀，其中，所述的开关控制电磁阀的气源进气口通过管路与仪表气源端相连，排气口与外部大气相通，所述的开关控制电磁阀的一个端口气体进/出口通过管路连接所述第一开关、开度状态切换电磁阀的进/出气口，所述的第一开关、开度状态切换电磁阀的出/进气口通过管路连接所述的气动膜头的上气室的气口，所述的开关控制电磁阀的另一端口气体出/进口通过管路与所述的第二开关、开度状态切换电磁阀的出/进气口连接，所述的第二开关、开度状态切换电磁阀的进/出气口通过管路连接所述的气动膜头的下气室的气口。
所述的开关控制电磁阀的控制信号输入端电连接阀位控制模块的第一控制信号输出端，用于阻断或接通与气动膜头连通的第一开关、开度状态切换电磁阀和第二开关、开度状态切换电磁阀的控制信号输入端电连接阀位控制模块的第二控制信号输出端。
所述的开度控制机构包括有上进气通断控制电磁阀、下进气通断控制电磁阀、上排气通断控制电磁阀和下排气通断控制电磁阀，其中，所述的上进气通断控制电磁阀的进气口通过管路连接仪表气源端，上进气通断控制电磁阀的出气口通过第一管路连接所述的气动膜头的上气室的气口；所述的下进气通断控制电磁阀的进气口通过管路连接仪表气源端，下进气通断控制电磁阀的出气口通过第二管路连接所述的气动膜头的下气室的气口；所述的上排通断控制气电磁阀的进气口通过第一管路连接所述的气动膜头的上气室的气口，上排气通断控制电磁阀的出气口连通大气，所述下排气开停控制电磁阀的进气口通过第二管路连接所述的气动膜头的下气室的气口，下排气通断控制电磁阀的出气口连通大气。
所述的上进气通断控制电磁阀的控制信号输入端电连接阀位控制模块的第三控制信号输出端，所述的下进气通断控制电磁阀的控制信号输入端电连接阀位控制模块的第四控制信号输出端，所述的上排气通断控制电磁阀的控制信号输入端电连接阀位控制模块的第五控制信号输出端，所述的下排气通断控制电磁阀的控制信号输入端电连接阀位控制模块的第六控制信号输出端。
所述的第一管路上位于所述的上气室的气口的一段上串接有两组结构相同方向相反的单向限流调节阀组，所述的第二管路上位于所述的下气室的气口的一段上也串接有两组结构相同方向相反的单向限流调节阀组。
所述的第一管路上的两组限流调节阀组和第二管路上的两组限流调节阀组结构相同，均是由一个单向阀和一个针阀并联构成。
本发明的基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统，对于三塔干燥流程可取消6条升降压支路及上使用的开关阀及孔板，可节省大量资金投入。分子筛干燥系统使用的开关阀均工作在高温高压工况下而且要求泄漏量极低，目前国产阀门较难胜任即使能短时使用寿命也得不到保证，国外也只有少数厂家才能生产出符合要求的阀而且造价不菲。如果能去掉专用生降压支路就能省掉6只开关阀可节省了大量的资金投入。
附图说明
图1是传统工艺(带有专用升降压支路)局部流程图；
图2是图1中开关阀门40、43局部展开图；
图3是本发明的基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统构成简图；
图4是本发明的基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压速度的开度可控开关阀门结构及控制系统示意图。
图中
1：分子筛塔 2：天然气进气管
3：开关阀门 4：阀杆
5：气动膜头 6：阀位传感器
7：阀位控制模块 8：开关控制电磁阀
9：第一开关、开度状态切换电磁阀 10：第二开关、开度状态切换电磁阀
11：上进气通断控制电磁阀 12：下进气通断控制电磁阀
13：上排气通断控制电磁阀 14：下排气通断控制电磁阀
15：第一管路 16：第二管路
17、18、19、20：单向限流调节阀组 21：再生气出气干管
51：上气室 52：下气室
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统做出详细说明。
本发明通过对再生气出口开关阀B及分子筛塔原料气进口开关阀A分别在降压及升压阶段由原关闭状态改变为①干燥塔进行降压时由控制模块根据塔压力信号变化和阀位信号及当时应达到的降速要求进行运算发出相应上进气通断控制电磁阀11、下进气通断控制电磁阀12、上排气通断控制电磁阀13、下排气通断控制电磁阀14开关信号控制再生气出口开关阀B的阀门开度大小实现稳定降压过程，②干燥塔进行升压时由控制模块根据塔压力信号变化和阀位信号及当时应达到的升速要求进行运算发出相应上进气通断控制电磁阀11、下进气通断控制电磁阀12、上排气通断控制电磁阀13、下排气通断控制电磁阀14信号控制原料气进口开关阀A阀门开度大小来实现稳定升压过程。这样就可以去掉现有技术中由两个开关阀门+限流孔板构成的专用升降压支路。
为了使阀的开度满足升降速要求将开关阀门阀位传感器6信号和分子筛塔的压力信号输入到阀位控制模块7，经过阀位控制模块7把塔压力变化对时间进行微分运算变为塔升降压速度信号与预先设计最佳给定升降压速度信号在控制模块内进行实时偏差运算后由阀位控制模块7发出调节控制信号73-76并通过11-14电磁阀的不同开关状态的组合来改变开关阀的上下气室平衡位置来改变阀的开度，。通过连续不断的测量、运算、调整输出信号改变电磁阀开关组合状态来改变开关阀门的开度进而达到不断消除降压或升压过程产生的速度偏差。
如图3所示，本发明的基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统，是基于对原开关阀的开度能进行调节来控制分子筛干燥过程升降压速度的系统。包括一端连接分子筛塔1，另一端连接天然气进气管2的第一控制阀A，以及一端连接分子筛塔1，另一端连接再生气出气干管21的第二控制阀B。
所述的第一控制阀A和第二控制阀B结构完全相同，见图3，具体结构如图4所示，均包括有一端连接分子筛塔1，另一端连接天然气进气管2或再生气出气干管21的开关阀门3，和用于控制开关阀门3开关动作的气动膜头5，其中将气动膜头5分割为上气室51和下气室52的膜片通过阀杆4连接到开关阀门3的阀芯，所述的阀杆4上还设置有阀位传感器6，所述的阀位传感器6的输出信号端电连接阀位控制模块7的阀位信号输入端，所述阀位控制模块7的分子筛塔压力信号输入端通过电连接设置在分子筛塔1的取压点上的压力变送器的输出信号，所述气动膜头5的上气室51的气口53和下气室52的气口54分别通过气管连接到进行干燥控制的开关控制机构和进行升压和降压控制的开度控制机构。所述的开关控制机构和开度控制机构的电磁阀控制信号输入端分别电连接所述的阀位控制模块7的控制信号输出端。所述的阀位控制模块7可以选择类型可为PLC、单片机组成智能控制器或嵌入在一有DCS的控制系统中等多种方法实现。
所述的开关控制机构包括有开关控制电磁阀8、与所述的开关控制电磁阀8相连用于阻断或接通开关控制电磁阀8与气动膜头5连通的第一开关、开度状态切换电磁阀9和第二开关、开度状态切换电磁阀10，其中，所述的开关控制电磁阀8的气源进气口通过管路与仪表气源端相连，排气口与外部大气相通。所述的开关控制电磁阀8的一个气体进/出口81通过管路连接所述第一开关、开度状态切换电磁阀9的进/出气口，所述的第一开关、开度状态切换电磁阀9的出/进气口通过管路连接所述的气动膜头5的上气室51的气口53，所述的开关控制电磁阀8的另一个气体出/进口82通过管路与所述的第二开关、开度状态切换电磁阀10的出/进气口连接，所述的第二开关、开度状态切换电磁阀10的进/出气口通过管路连接所述的气动膜头5的下气室52的气口54。其中，所述的开关控制电磁阀8的控制信号输入端电连接阀位控制模块7的第一控制信号输出端71，第一开关、开度状态切换电磁阀9和第二开关、开度状态切换电磁阀10的控制信号输入端电连接阀位控制模块7的第二控制信号输出端72。
图4中第一开关、开度状态切换电磁阀9和第二开关、开度状态切换电磁阀10在开关控制状态时导通为双向流通阀，在开度控制时第一开关、开度状态切换电磁阀9和第二开关、开度状态切换电磁阀10处于关闭状态。
在对上气室51充气时第一开关、开度状态切换电磁阀9左口为进气，右口为出气；
在对上气室51排气时第一开关、开度状态切换电磁阀9左口为出气，右口为进气；
在对下气室52充气时第二开关、开度状态切换电磁阀10左口为进气，右口为出气；
在对下气室52排气时第二开关、开度状态切换电磁阀10左口为出气，右口为进气；
开关控制电磁阀8的气体进/出口81、气体出/进口82口也为双向口：
开关阀门3在开状态时气体出/进口82为气体出口，下气室52处充压状态，气体进/出口81为气体出口，上气室51气室处泄压状态
开关阀门阀3在关状态时气体进/出口81为气体出口，上气室51处充压状态，气体进出口82为气体出口，下气室52处泄压状态。
所述的开度控制机构包括有上进气通断控制电磁阀11、下进气通断控制电磁阀12、上排气通断控制电磁阀13和下排气通断控制电磁阀14，其中，所述的上进气通断控制电磁阀11的进气口通过管路连接仪表气源端，上进气通断控制电磁阀11的出气口通过第一管路15连接所述的气动膜头5的上气室51的气口53；所述的下进气通断控制电磁阀12的进气口通过管路连接仪表气源端，下进气通断控制电磁阀12的出气口通过第二管路16连接所述的气动膜头5的下气室52的气口54；所述的上排气通断控制电磁阀13的进气口通过第一管路15连接所述的气动膜头5的上气室51的气口53，上排气通断控制电磁阀13的出气口连通大气，所述下排通断控制气电磁阀14的进气口通过第二管路16连接所述的气动膜头5的下气室52的气口54，下排气通断控制电磁阀14的出气口连通大气。所述的第一管路15上位于所述的上气室51的气口53的一段上串接有两组结构相同方向相反的单向限流调节阀组17、18，所述的第二管路16上位于所述的下气室52的气口54的一段上也串接有两组结构相同方向相反的手动限流调节阀组19、20。所述的第一管路15上的两组单向限流调节阀组17、18和第二管路16上的两组单向限流调节阀组19、20结构相同，均是由一个单向阀和一个手动调节针阀并联构成。其中，所述的上进气通断控制电磁阀11的控制信号输入端电连接阀位控制模块7的第三控制信号输出端73，所述的下进气通断控制电磁阀12的控制信号输入端电连接阀位控制模块7的第四控制信号输出端74，所述的上排气通断控制电磁阀13的控制信号输入端电连接阀位控制模块7的第五控制信号输出端75，所述的下排气通断控制电磁阀14的控制信号输入端电连接阀位控制模块7的第六控制信号输出端76。
本发明的基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统的工作原理是，
1、当开关阀门作为开关控制时，阀位控制模块7通过控制信号输出端73、74、75、76发出控制信号，分别控制上进气通断控制电磁阀11、下进气通断控制电磁阀12、上排气通断控制电磁阀13和下排气通断控制电磁阀14进入关闭状态阻断开度控制的气路。同时阀位控制模块7通过控制信号输出端72发出控制信号，开通第一开关、开度状态切换电磁阀9和第二开关、开度状态切换电磁阀10，第一开关、开度状态切换电磁阀9和第二开关、开度状态切换电磁阀10开通使得开关控制电磁阀8与上气室51及下气室52形成通路，并由阀位控制模块7按工艺要求通过控制信号输出端71发出相应的开关信号控制开关控制电磁阀8状态使该开关阀完成相应打开或关闭动作。
2、当开关阀门作为开度控制时，阀位控制模块7通过控制信号输出端72发出关断信号控制第一开关、开度状态切换电磁阀9和第二开关、开度状态切换电磁阀10关闭，阻断开关控制电磁阀8输出到膜头5的气路。同时阀位控制模块7根据升压速度的偏差计算出所需要的开关阀门开度大小变化并通过控制信号输出端73、74、75、76输出不同的控制信号分别控制上进气通断控制电磁阀11、下进气通断控制电磁阀12、上排气通断控制电磁阀13和下排气通断控制电磁阀14通过气路通断的改变控制气动膜头5的上下气室51、52进排气，通过上进气通断控制电磁阀11、下进气通断控制电磁阀12、上排气通断控制电磁阀13和下排气通断控制电磁阀14的通断组合变化来改变上下气室压力及气量使阀位移动到新的平衡点改变阀的开度，通过阀门的开度变化调节分子筛塔升压降压的速度。
阀位控制模块7通过连续不断的不断的对塔压及阀位进行测量并与给定的当时应达到的正确塔压信号进行偏差运算后不断发出增大或减少开关阀门的开度信号给开度控制机构并通过开关阀的开度变化使升降压速度不断改变到与给定的升降速度信号一致，从而实现了按照预先设计的升降压速度曲线进行升降压的过程。
Claims (7)
1.一种基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统，包括一端连接分子筛塔(1)另一端连接天然气进气管(2)的第一控制阀(A)和一端连接分子筛塔(1)另一端连接再生气出气干管(21)的第二控制阀(B)，所述的第一控制阀(A)和第二控制阀(B)结构完全相同均包括有一端连接分子筛塔(1)另一端连接天然气进气管(2)或再生气出气干管(21)的开关阀门(3)和用于控制开关阀门(3)开关动作的气动膜头(5)，其中将气动膜头(5)分割为上气室(51)和下气室(52)的膜片(55)通过阀杆(4)连接开关阀门(3)的阀芯，其特征在于，所述的阀杆(4)上在位于气动膜头(5)和开关阀门(3)之间还设置有阀位传感器(6)，所述的阀位传感器(6)的输出信号端电连接阀位控制模块(7)的阀位信号输入端，所述阀位控制模块(7)的压力信号输入端电连接设置在分子筛塔(1)上的取压点上的压力变送器的输出信号，所述气动膜头(5)的上气室(51)的气口(53)和下气室(52)的气口(54)分别连接到进行干燥控制的开关控制机构和进行升压和降压控制的开度控制机构，所述的开关控制机构和开度控制机构的控制信号输入端分别电连接所述的阀位控制模块(7)的控制信号输出端。
2.根据权利要求1所述的基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统，其特征在于，所述的开关控制机构包括有开关控制电磁阀(8)、与所述的开关控制电磁阀(8)相连用于阻断或接通开关控制电磁阀(8)与气动膜头(5)连通的第一开关、开度状态切换电磁阀(9)和第二开关、开度状态切换电磁阀(10)，其中，所述的开关控制电磁阀(8)的气源进气口通过管路与仪表气源端相连，排气口与外部大气相通，所述的开关控制电磁阀(8)的一个端口气体进/出口(81)通过管路连接所述第一开关、开度状态切换电磁阀(9)的进/出气口，所述的第一开关、开度状态切换电磁阀(9)的出/进气口通过管路连接所述的气动膜头(5)的上气室(51)的气口(53)，所述的开关控制电磁阀(8)的另一端口气体出/进口(82)通过管路与所述的第二开关、开度状态切换电磁阀(10)的出/进气口连接，所述的第二开关、开度状态切换电磁阀(10)的进/出气口通过管路连接所述的气动膜头(5)的下气室(52)的气口(54)。
3.根据权利要求2所述的基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统，其特征在于，所述的开关控制电磁阀(8)的控制信号输入端电连接阀位控制模块(7)的第一控制信号输出端(71)，用于阻断或接通与气动膜头(5)连通的第一开关、开度状态切换电磁阀(9)和第二开关、开度状态切换电磁阀(10)的控制信号输入端电连接阀位控制模块(7)的第二控制信号输出端(72)。
4.根据权利要求1所述的基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统，其特征在于，所述的开度控制机构包括有上进气通断控制电磁阀(11)、下进气通断控制电磁阀(12)、上排气通断控制电磁阀(13)和下排气通断控制电磁阀(14)，其中，所述的上进气通断控制电磁阀(11)的进气口通过管路连接仪表气源端，上进气通断控制电磁阀(11)的出气口通过第一管路(15)连接所述的气动膜头(5)的上气室(51)的气口(53)；所述的下进气通断控制电磁阀(12)的进气口通过管路连接仪表气源端，下进气通断控制电磁阀(12)的出气口通过第二管路(16)连接所述的气动膜头(5)的下气室(52)的气口(54)；所述的上排通断控制气电磁阀(13)的进气口通过第一管路(15)连接所述的气动膜头(5)的上气室(51)的气口(53)，上排气通断控制电磁阀(13)的出气口连通大气，所述下排气开停控制电磁阀(14)的进气口通过第二管路(16)连接所述的气动膜头(5)的下气室(52)的气口(54)，下排气通断控制电磁阀(14)的出气口连通大气。
5.根据权利要求4所述的基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统，其特征在于，所述的上进气通断控制电磁阀(11)的控制信号输入端电连接阀位控制模块(7)的第三控制信号输出端(73)，所述的下进气通断控制电磁阀(12)的控制信号输入端电连接阀位控制模块(7)的第四控制信号输出端(74)，所述的上排气通断控制电磁阀(13)的控制信号输入端电连接阀位控制模块(7)的第五控制信号输出端(75)，所述的下排气通断控制电磁阀(14)的控制信号输入端电连接阀位控制模块(7)的第六控制信号输出端(76)。
6.根据权利要求4所述的基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统，其特征在于，所述的第一管路(15)上位于所述的上气室(51)的气口(53)的一段上串接有两组结构相同方向相反的单向限流调节阀组(17、18)，所述的第二管路(16)上位于所述的下气室(52)的气口(54)的一段上也串接有两组结构相同方向相反的单向限流调节阀组(19、20)。
7.根据权利要求6所述的基于对开关阀的开度调节来控制分子筛干燥升降压的系统，其特征在于，所述的第一管路(15)上的两组限流调节阀组(17、18)和第二管路(16)上的两组限流调节阀组(19、20)结构相同，均是由一个单向阀和一个针阀并联构成。
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