CN103968641B - 一种控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法，判断氪氙精馏塔的纯化器的吸附筒是否进入升压阶段，并通过用所述纯化器的液氧活塞泵的功率的调节器，控制液氧活塞泵的功率负荷，从而实现调节经液氧活塞泵加压后进入纯化器中纯化后送入氪氙精馏塔中的氧气的进气流量，最终使所述纯化器的吸附筒进入升压阶段或退出升压阶段两种调节状态可无扰动、稳定的切换；本发明所述的方法不仅可以在维持纯化器再生时吸附筒工作压力稳定，还可维持正常的气体出口流量，可以稳定所述氪氙精馏塔进气流量，保证所述氪氙精馏塔入塔气体流量以及所述纯化器的吸附筒中气体压力的稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种氪氙气体精馏的工艺，尤其涉及一种控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法。
背景技术
氪、氙是大气中的稀有气体，也是现代高纯金属工业、化学成分分析、激光器件等的重要原料或保护气体。此外，氪气和氙气还可用于照明和激光，其中氙气还可用于作为麻醉剂。对于氪、氙气体的需求已经随着时间推移而增长，为了满足日益增多的氪、氙气体的需求，目前工业上主要通过低温蒸馏从空气中回收氪气和氙气，具体通过压缩、冷却空气并在蒸馏塔中精馏空气，并使富氧塔底产物聚集在低压塔中，氪气和氙气聚集在产生于低压塔中的氧气中，并从氧气中提取氪氙气体，如专利CN103038589A中公开了一种用于从管道氧气中回收氪、氙的方法及其设备，主要通过低温精馏装置，从蒸馏塔的塔底产物中产生的富氪、氙流，从而实现氪、氙气的回收。
除了上述的方法，还可从空分设备、合成氨排放气或核反应堆的裂变气等空分设备的副产品中产生的液氧中提取氪气、氙气。在氪氙精制装置中，液氧经过活塞泵的加压后气化进入除甲烷系统，除去甲烷、水及二氧化碳的氧气被送入氪氙精馏塔，此时入塔的氧气流量对精馏塔的工况稳定性非常重要，如果流量过大会造成精馏塔底部的氪氙浓缩物中的氧含量增大，影响最终产品纯度，而如果流量过小则会导致蒸发出塔的氧气中含有微量氪、氙，影响氪氙产品的提取率。
但是现有的技术中原本利用流量的大小对液氧活塞泵的负荷进行PID调节，在纯化器再生时，吸附筒升压阶段需要的氧气流量相较于其他阶段会陡然增加，此时传统的PID调节无法在保证吸附筒工作压力的同时维持正常的出口流量，从而存在无法实现有效的在稳定吸附筒正常工作压力的同时维持精馏塔所需的进气流量，使精馏塔内气流量不稳定，从而影响氪、氙气体的精制工艺流程，无法实现无扰动切换状态。
因此，亟待提供一种特殊的控制手段用于稳定吸附筒正常工作压力的同时维持氪氙精馏塔所需的进气流量，从而可以维持氪氙精馏塔的稳定。
发明内容
本发明旨在为上述现有技术中存在的问题提供一种有效方法。具体为通过控制入塔气流的流量，从而维持氪氙精馏塔塔内气流量的稳定。
本发明具体提供了一种控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法，具体包括以下的步骤：
步骤1：判断氪氙精馏塔的纯化器的吸附筒是否进入升压阶段，若否，转至步骤6执行；
步骤2：记录用以调节所述纯化器的液氧活塞泵的功率的调节器功率当前的输出值以及当前的设定值；
步骤3：检查氪氙精馏塔实际入塔气体流量与预设入塔气体流量的差值，当所述差值大于一预设的第一阈值时，则增加所述调节器的功率输出，当所述差值小于一预设的第二阈值时，则减少所述调节器的功率输出；
步骤4：判断所述吸附筒是否退出升压阶段，若否，则转至所述步骤3执行；
步骤5：根据所述步骤2的记录还原所述调节器的所述输出值以及所述设定值后，所述调节器进行PID调节，并转至所述步骤1执行；
步骤6：所述调节器进行PID调节，并退出流程。
在本发明一个较为优选的实施例中，所述步骤1中以及步骤4中，依照所述吸附筒的实际气体压力值与预设的气体压力值的关系，判断所述吸附筒进入或退出升压阶段。优选地，还包括于所述的步骤4中判断所述吸附筒的所述实际气体压力值是否维持在所述预设的气体压力值的一定的范围内。
其中，执行所述步骤5之前，判断所述吸附筒内的实际气体压力值是否维持在预设的气体压力值的0.98-1.02倍的范围内，若否，则转至所述步骤3执行。
在本发明一个较为优选的实施例中，于所述的步骤2中记录所述吸附筒进入升压阶段的起始时间。
优选地，所述步骤2中还可以包括使所述调节器退出PID调节。
在本发明一个较为优选的实施例中，所述的步骤3中，每经过一第一时间阈值判断实际入塔气体流量与预设入塔气体流量的差值是否大于所述第一阈值。
优选地，所述第一时间阈值为当前时间与所述吸附筒进入升压阶段的起始时间的差值的1/n。
优选地，若所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值不大于所述第一阈值，则维持所述调节器功率输出不变。
在本发明一个较为优选的实施例中，所述的步骤3中，每经过一第二时间阈值判断实际入塔气体流量与预设入塔气体流量的差值是否大于所述第二阈值。
优选地，所述第二时间阈值为当前时间与所述吸附筒进入升压阶段的起始时间的差值的1/m。
优选地，若所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值不小于所述第二阈值，则维持所述调节器功率输出不变。
在本发明一个较为优选的实施例中，所述第一阈值与第二阈值、第一时间阈值与第二时间阈值可相等或不相等。
在本发明一个较为优选的实施例中，所述的步骤3中，所述n、m为正整数。
在本发明一个较为优选的实施例中，所述增加输出周期性检查与所述减少输出周期性检查为同步进行。
本发明所述的控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法，通过控制液氧活塞泵的功率，从而控制经活塞泵加压后进入纯化器中(除甲烷系统，可除去甲烷、水及二氧化碳)进行纯化、再进入氪氙精馏塔中的氧气的进气流量，实现所述纯化器的吸附筒进入升压阶段或退出升压阶段两种调节状态的无扰动切换，从而保证入塔流量及吸附筒中气体压力的稳定。
本发明所述的控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法可以在维持纯化器再生时吸附筒工作压力稳定的前提下，还可维持正常的气体出口流量，从而可以稳定氪氙精馏塔所需的进气流量。
附图说明
图1为本发明所述控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法简要流程示意图；
图2为本发明所述控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法的具体流程示意图。
具体实施例
下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1
图1为本发明所述控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法简要流程示意图，从图1中可以看出，本实施例中所述的控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法的具体步骤如下：
S101：判断所述纯化器的吸附筒是否进入升压阶段，若否，转至步骤6执行。具体可依照所述吸附筒的实际气体压力值与预设的气体压力值，确定所述吸附筒进入升压阶段。
S102：记录用以调节所述纯化器的液氧活塞泵的功率的调节器的功率当前的输出值以及当前的设定值，并记录所述吸附筒进入升压阶段的起始时间，并使液氧活塞泵功率调节器退出PID调节。
S103：检查氪氙精馏塔实际入塔气体流量与预设入塔气体流量的差值，当所述差值大于预设的阈值时，则增加功率输出，当所述差值小于预设的阈值时，则减少功率输出。
S104：判断所述吸附筒是否退出升压阶段，若否，则转至所述步骤3执行。具体可依照所述吸附筒的实际气体压力值与预设的气体压力值之间的关系，确定所述吸附筒退出升压阶段。
S105：根据所述步骤2的记录还原所述调节器的所述输出值以及所述设定值后，所述调节器进行PID调节，并转至所述步骤1执行。
S106：所述调节器进行PID调节，并退出流程。
实施例2
本实施例中，所述的控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法的具体步骤如下：
步骤1：判断氪氙精馏塔的纯化器的吸附筒是否进入升压阶段，若否，转至步骤6执行。
步骤2：记录用以调节所述纯化器的液氧活塞泵的功率的调节器的功率当前的输出值以及当前的设定值，并记录所述吸附筒进入升压阶段的起始时间；
步骤3：每经过一第一时间阈值时，判断所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值是否大于以预设的第一阈值；
所述第一时间阈值为当前时间与所述吸附筒进入升压阶段的起始时间的差值的1/n，n为正整数(例如1、2、3、4等等)；
若所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值大于所述第一阈值，则增加所述调节器功率输出；若所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值不大于所述第一阈值，则维持所述调节器功率输出不变。
步骤4：判断所述吸附筒是否退出升压阶段，若否，则转至所述步骤3执行；
步骤5：根据所述步骤2的记录还原所述调节器的所述输出值以及所述设定值后，所述调节器进行PID调节，并转至所述步骤1执行。
步骤6：所述调节器进行PID调节，并退出流程。
实施例3
本实施例中，所述的控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法的具体步骤如下：
步骤1：判断氪氙精馏塔的纯化器的吸附筒是否进入升压阶段，若否，转至步骤6执行。
步骤2：记录用以调节所述纯化器的液氧活塞泵的功率的调节器的功率当前的输出值以及当前的设定值，并记录所述吸附筒进入升压阶段的起始时间；
步骤3：每经过一第二时间阈值时，判断所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值是否小于所述第二阈值；
所述第二时间阈值为当前时间与所述吸附筒进入升压阶段的起始时间的差值的1/m，m为正整数(例如1、2、3、4等等)；
若所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值不小于所述第二阈值，则维持所述调节器功率输出不变。
步骤4：判断所述吸附筒是否退出升压阶段，若否，则转至所述步骤3执行；
步骤5：根据所述步骤2的记录还原所述调节器的所述输出值以及所述设定值后，所述调节器进行PID调节，并转至所述步骤1执行。
步骤6：所述调节器进行PID调节，并退出流程。
实施例4
本实施例中，所述的控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法的具体步骤如下：
步骤1：判断氪氙精馏塔的纯化器的吸附筒是否进入升压阶段，若否，转至步骤6执行。
步骤2：记录用以调节所述纯化器的液氧活塞泵的功率的调节器的功率当前的输出值以及当前的设定值，并记录所述吸附筒进入升压阶段的起始时间；
步骤3：每经过一第一时间阈值时，判断所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值是否大于以预设的第一阈值；
所述第一时间阈值为当前时间与所述吸附筒进入升压阶段的起始时间的差值的1/n，n为正整数(例如1、2、3、4等等)；
若所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值大于所述第一阈值，则增加所述调节器功率输出；若所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值不大于所述第一阈值，则维持所述调节器功率输出不变；
此外，本实施例中还可以同步经过一第二时间阈值，每经过一第二时间阈值时，判断所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值是否小于所述第二阈值；
所述第二时间阈值为当前时间与所述吸附筒进入升压阶段的起始时间的差值的1/m，m为正整数(例如1、2、3、4等等)；
若所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值不小于所述第二阈值，则维持所述调节器功率输出不变。
步骤4：判断所述吸附筒是否退出升压阶段，若否，则转至所述步骤3执行；
此外，执行所述步骤5之前，判断所述吸附筒内的实际气体压力值是否维持在预设的气体压力值的0.98-1.02倍的范围内，若否，则转至所述步骤3执行。
步骤5：根据所述步骤2的记录还原所述调节器的所述输出值以及所述设定值后，所述调节器进行PID调节，并转至所述步骤1执行。
步骤6：所述调节器进行PID调节，并退出流程。
此外，上述的步骤2中还可以包括所述调节器退出PID调节。
上述的步骤3中，当所述吸附筒进入升压阶段时，设于所述纯化器上的进出口阀门会关闭，而设于所述纯化器上的升压阀会打开，依据所述纯化器的阀门为关闭状态可判断所述纯化器内的所述吸附筒进入升压阶段的；
上述的步骤4中，当所述吸附筒退出升压阶段时，设于所述纯化器上的进出口阀门会开启，而设于所述纯化器上的升压阀会关闭，依据所述纯化器的阀门为开启状态也可判断所述纯化器内的所述吸附筒退出升压阶段的。
实施例5
图2为本发明所述控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法的流程示意图，如图2中所示，本实施例中所述的方法主要分为六个步骤，如图2中所述的S1-S6，具体地：
在本实施例中，调节器为液氧活塞泵功率调节器，第一阈值表示为SP1，第二阈值表示为SP2，第一时间阈值表示为T1，第二时间阈值表示为T2，当前时间与所述纯化器的吸附筒进入升压阶段的起始时间的差值用T表示，n、m表示为正整数(例如可以是1、2、3、4等等)；
此外，S1表示判断所述纯化器的吸附筒是否进入升压阶段；
S2表示记录调节器功率的实时输出值并预设设定值，并使液氧活塞泵功率调节器退出PID调节；具体可分为：
S21表示记录活塞泵功率调节器当前的输出值MV以及当前的设定值SV，并记录所述纯化器的吸附筒进入升压阶段的起始时间；
S22表示活塞泵功率调节器退出PID调节；
S31表示判断当前时间与记录的所述起始时间之间的差值T是否为T＝nT1或mT2；
S32表示当T＝nT1时，判断(实际入塔流量-设定入塔流量)>SP1是否成立；
S33表示当T＝mT2时，判断(实际入塔流量-设定入塔流量)<SP2是否成立；
S34表示所述调节器功率输出不变；
S35表示所述调节器功率输出增加△MV1；
S36表示所述调节器功率输出减少△MV2；
其中，△MV1与△MV2是指在所述输出值MV的基础上增加或减少的所述调节器功率的值。
S4表示判断所述吸附筒是否退出升压阶段且氪氙精馏塔内的实际气体压力值与预设的气体压力值的关系是否满足实际气体压力值＝(1±0.02)×预设的气体压力值(即为实际气体压力值等于0.98-1.02倍的预设的所述气体压力值)；
S51表示还原液氧活塞泵功率调节器的初始输出值MV、初始设定值SV；
S52表示液氧活塞泵功率调节器进行PID调节；
S6表示使所述液氧活塞泵功率调节器进行PID调节。
从图2中还可知：
在S1中进行所述纯化器的吸附筒是否进入升压阶段的判断，S1的判断结果若为否，则直接进入S6中，S1中的判断结果若为是，则依次进入S2中的S21、S22后，进入S3中的S31；
S31中对T1＝1/n T和/或T2＝1/mT进行同步判断：
S31的判断结果若为T1＝1/nT，则进入S32；
S31的判断结果若为T2＝1/mT，则进入S33；
S31的判断结果若为T1＝1/nT和T2＝1/mT(即增加输出功率周期nT1与减少输出功率周期mT2相等，则进入S32和/或S33中；
S31的判断结果若为T不等于nT1或mT2时，则不进行下一步骤，等待当前时间与记录的所述起始时间之间的差值T变化至符合上述的T＝nT1和/或T＝mT2后，再进行下一步骤。
S32的判断结果若为是，则经过S35后，进入S4中，S32的判断结果若为否，则经S34后进入S4中。
S33的判断结果若为是，则经过S36后，进入S4中，S32的判断结果若为否，则经S34后进入S4中。
在S4中判断结果若为否，则转至S3的S31中执行，S4中判断结果若为是，则进入S5中，具体包括进行S51、52后，转至S1中执行；
S6为所述液氧活塞泵功率调节器进行PID调节后，退出流程。
实施例6
本实施例中所述控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法在吸附筒进入升压阶段时，将DCS系统(Distributed Control System，分散控制系统)中记录负责控制液氧活塞泵功率负荷的PID自动调节器的输出值与设定值，同时周期性的检查当前实际入塔流量与设定入塔量的差值：
当差值高于第一阈值时，则在当前的功率输出值MV的基础上增加输出功率ΔMV1；
当差值低于第二阈值时，则在当前的功率输出值MV的基础上减少输出功率ΔMV2；
其中第一时间阈值及第二时间阈值均根据实际需要进行修改。
当所述吸附筒退出升压阶段，且实际吸附筒压力维持在预设的正常工作压力的±2％内，则将活塞泵功率调节器的设定值与输出值还原为初始记录的输出值以及设定值(所述的初始记录的输出值以及设定值即为初始输出值MV以及初始设定值SV，每次所述纯化器的吸附筒进入升压阶段之前的所述液氧活塞泵功率调节器的输出值以及设定值)，并进行PID调节。
其中，当所述吸附筒进入升压阶段时，设于所述纯化器上的进出口阀门会关闭，而设于所述纯化器上的升压阀会打开，依据所述纯化器的阀门为关闭状态可判断所述纯化器内的所述吸附筒进入升压阶段的；同时还可进一步依据上位机的控制程序中对应的状态显示判断所述吸附筒进入升压阶段；
当所述吸附筒退出升压阶段时，设于所述纯化器上的进出口阀门会开启，而设于所述纯化器上的升压阀会关闭，依据所述纯化器的阀门为开启状态也可判断所述纯化器内的所述吸附筒退出升压阶段的；同时还可进一步依据上位机的控制程序中对应的状态显示判断所述吸附筒退出升压阶段。
本实施例中所述的方法可实现两种调节状态的无扰动切换，保证入塔气体流量及吸附筒压力的稳定。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (9)
1.一种控制氪氙精馏塔入塔气体流量的方法，其特征在于，具体包括以下的步骤：
步骤1：判断氪氙精馏塔的纯化器的吸附筒是否进入升压阶段，若否，转至步骤6执行；
步骤2：记录用以调节所述纯化器的液氧活塞泵的功率的调节器的功率当前的输出值以及当前的设定值；
步骤3：检查氪氙精馏塔实际入塔气体流量与预设入塔气体流量的差值，当所述差值大于一预设的第一阈值时，则增加所述调节器的功率输出，当所述差值小于一预设的第二阈值时，则减少所述调节器的功率输出；
步骤4：判断所述吸附筒是否退出升压阶段，若否，则转至所述步骤3执行；
步骤5：根据所述步骤2的记录还原所述调节器的所述输出值以及所述设定值后，所述调节器进行PID调节，并转至所述步骤1执行；
步骤6：所述调节器进行PID调节，并退出流程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，每经过一第一时间阈值时，判断所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值是否大于所述第一阈值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一时间阈值为当前时间与所述吸附筒进入升压阶段的起始时间的差值的1/n，所述n为正整数。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值不大于所述第一阈值，则维持所述调节器功率输出不变。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，每经过一第二时间阈值时，判断所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值是否小于所述第二阈值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二时间阈值为当前时间与所述吸附筒进入升压阶段的起始时间的差值的1/m，所述m为正整数。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若所述实际入塔气体流量与所述预设入塔气体流量的差值不小于所述第二阈值，则维持所述调节器功率输出不变。
8.根据权利要求3或6中所述的方法，其特征在于，于所述步骤2中记录所述吸附筒进入升压阶段的起始时间。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行所述步骤5之前，判断所述吸附筒内的实际气体压力值是否维持在预设的气体压力值的0.98-1.02倍的范围内，若否，则转至所述步骤3执行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: BAOJIN XINCHENG JIANGDU GAS CO., LTD. Effective date: 20141013 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chen Yunkai Inventor after: Li Youbing Inventor after: Yu Jian Inventor after: Lin Wei Inventor after: Chen Zhengqiao Inventor after: Lu Kai Inventor before: Chen Yunkai Inventor before: Yu Jian |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: CHEN YUNKAI YU JIAN TO: CHEN YUNKAI LI YOUBING YU JIAN LIN WEI CHEN ZHENGQIAO LU KAI |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20141013 Address after: 201802 No. 150, Yu Lu, Jiading District, Shanghai Applicant after: Shanghai Qiyuan Air Separation Technology Development Co., Ltd. Applicant after: BAOJIN METRO JIANGDU GAS CO., LTD. Address before: 201802 No. 150, Yu Lu, Jiading District, Shanghai Applicant before: Shanghai Qiyuan Air Separation Technology Development Co., Ltd. |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190402 Termination date: 20210519 |