CN105259936B - 一种基于热值的精馏塔液位控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于热值的精馏塔液位控制方法，包括：精馏塔液位设定步骤、精馏塔液位自动控制步骤、精馏塔液位测量步骤、换热器热媒入口温度测量步骤、换热器热媒出口温度测量步骤、换热器热媒出口流量测量步骤、热值自动控制步骤、换热器热媒流量调节执行步骤和运行结果显示步骤。本发明还提供了一种基于热值的精馏塔液位控制的装置。上述方法和装置能够帮助化工企业在生产过程中自动维持精馏塔液位稳定在工艺要求的设定值，克服传统人工操作状态下由于换热器热媒的热值波动造成精馏塔液位无法稳定控制，进而影响产品收率和质量的问题，使用该该装置或方法，即使遇到热媒突然波动也不降低收率，提高了控制精度和生产效率，降低了能耗和物耗。

Description

一种基于热值的精馏塔液位控制方法和装置

技术领域

本发明涉及化工、冶金、制造等领域，特别是涉及一种适用于化工企业基于热值的精馏塔液位的控制方法和装置。

背景技术

在化工生产过程中，在换热器热媒流量或温度波动时，仍需要保持精馏塔液位稳定。现有的控制方案在设计和实际使用方面均存在一定的困难。首先，传统控制方案仅考虑稳定换热器热媒出口流量，如果热媒温度在公用工程异常情况下低于正常值，则原先稳定的热媒流量无法提供足够的热量来保持精馏塔液位稳定；其次，当精馏塔液位因受上述情况影响而被打破平衡后，为了使精馏塔液位不超过安全上限，需要考虑从精馏塔塔底排放部分产品或增加热媒流量，进而维持精馏塔液位稳定在设定值；最终，从塔底排放部分产品会带来收率的下降，增加热媒流量需要操作工凭经验人工进行控制。这两种方法均会造成精馏塔内液位的大幅波动。这种传统操作方式，会对化工生产的产品收率和最终产品质量造成严重影响，甚至带来安全隐患。

图1示出了现有技术中化工企业的操作流程，全过程的人工操作使得操作人员劳动强度大、生产效率低、物耗和能耗上升、产品质量不稳定。

发明内容

基于上述现有技术存在的缺陷，需要提供一种基于热值的精馏塔液位控制方法和装置，以便最大限度地降低物耗提高收率、稳定产品质量、降低操作工人劳动强度，同时减少企业安全生产风险。

为解决上述技术问题，作为本发明的第一个方面，提供了一种基于热值的精馏塔液位控制方法，该方法包括以下步骤：

精馏塔液位设定步骤，根据工艺要求设定精馏塔液位SV；

精馏塔液位测量步骤，测量精馏塔实际液位值PV；

热值测量步骤，测量换热器热媒向精馏塔输入的实际热值；

液位自动控制步骤，根据所设定的精馏塔液位SV和所测得的实际液位值PV，通过闭环反馈控制算法，计算得到换热器的热媒流量第一值CV1，以将精馏塔中的液位自动控制在设定值；

热值自动控制步骤，根据所述实际热值，对所述热媒流量第一值CV1进行调节，得到热媒流量第二值CV2；

热媒流量执行步骤，控制所述换热器的流量阀，使其开度实现所述热媒流量第二值CV2。

在优选的实施方式中，本发明的方法进一步包括运行结果显示步骤，动态显示精馏塔液位设定值和实际测量值。

在优选的实施方式中，上述热值测量步骤包括：测量热媒在换热器入口处的温度；测量热媒在换热器出口处的温度；测量换热器热媒的出口流量，所述热值由换热器出、入口温差与所述出口流量计算得到。若此，所述运行结果显示步骤还可以显示换热器热媒出入口温度和流量测量值。

作为本发明的第二个方面，还提供了一种基于热值的精馏塔液位控制装置，该装置包括：

精馏塔液位设定模块，用于接受精馏塔液位设定值SV的输入；

精馏塔液位测量模块，用于测量精馏塔的实际液位值PV；

热值测量模块，用于测量换热器热媒状态，获得向精馏塔输入的实际热值；

反馈控制算法模块，用于根据所设定的精馏塔液位SV和所测得的实际液位值PV，通过闭环反馈控制算法，计算得到换热器的热媒流量第一值CV1，然后，根据所述实际热值，对所述热媒流量第一值进行调节，得到热媒流量第二值CV2；

执行模块，用于控制所述换热器的流量阀，使其开度实现所述热媒流量第二值CV2。

本发明克服了现有技术用人工方法调节精馏塔出料量或换热器热媒流量控制精馏塔液位的技术缺陷，通过热值控制将由于热媒波动对精馏塔液位影响的可能性降至最低，最大限度地减少由于热媒波动导致化工生产过程收率下降和产出不合格品的可能性。

附图说明

图1给出了现有技术中采用人工操作控制精馏塔液位的示意图；

图2给出了本发明的基于热值的精馏塔液位控制方法和装置的总体示意图；

图3给出了本发明的基于热值的精馏塔液位控制方法的优选实施示意图；以及

图4给出了本发明的基于热值的精馏塔液位控制装置的优选实施示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图2的流程图，其示出本发明的基于热值的精馏塔液位控制方法的总体方案，其中列出各操作步骤。该控制方法包括以下步骤：

精馏塔液位设定步骤，根据工艺要求设定精馏塔液位；

精馏塔液位自动控制步骤，自动控制精馏塔液位达到设定值；

精馏塔液位测量步骤，测量精馏塔液位实际值；

换热器热媒入口温度测量步骤，测量热媒的入口温度；

换热器热媒出口温度测量步骤，测量热媒的出口温度；

换热器热媒出口流量测量步骤，测量热媒的出口流量；

热值自动控制步骤，根据换热器热媒出入口温差和流量计算得到的热值，调节换热器热媒出口流量，达到基于强化传热的液位稳态值；

换热器热媒流量调节执行步骤，调节换热器热媒出口流量；

运行结果显示步骤，动态显示精馏塔液位设定值和实际测量值、换热器热媒出入口温度和流量测量值。

上述换热器热媒出、入口测量步骤和出口流量测量步骤是用于获得提供给精馏塔的热值，这是一种优选的方式。本领域人员可以想到其他的实施方式，例如，仅仅根据出口流量或者入口流量，以及换热器某一采集点的温度进行计算，得出实际热值，该采集点温度可以是换热器的平均温度或者非平均温度，无论是哪种情况，需要建立该采集点温度、出口流量与所提供热值之间的计算公式，以便根据该单个采集点的温度温度和流量就可以获得上述热值。

通常情况下，在实施本发明时，上述精馏塔液位设定步骤、精馏塔液位自动控制步骤、精馏塔液位测量步骤、换热器热媒入口温度测量步骤、换热器热媒出口温度测量步骤、换热器热媒出口流量测量步骤、热值自动控制步骤、换热器热媒流量调节执行步骤和运行结果显示步骤均在分布式控制系统中自动完成。根据化工企业实际生产工艺要求输入精馏塔液位的设定值后，当自动检测到换热器热媒的热值发生波动后，最为关键的一步是通过反馈算法改变热媒的流量，再基于液位测量结果通过反馈控制算法使得精馏塔液位稳定在设定值，完成克服由于热媒流量或温度波动后动态平衡的建立。上述方法和装置能够帮助化工企业在生产过程中自动维持精馏塔液位稳定在工艺要求的设定值，克服传统人工操作状态下由于换热器热媒的热值波动造成精馏塔液位无法稳定控制，进而影响产品收率和质量。通过上述方法和装置，能够在强化传热的基础上解决化工生产过程中维持精馏塔液位的难题，通过自动控制解决了目前人工操作过程中当遇到热媒突然波动后、在不损失收率的情况下维持精馏塔液位的操作困难，极大地提高了控制精度和生产效率，还能够在一定程度上降低能耗和物耗。

图3示出本发明上述控制方法的具体实施例。如图3所示，精馏塔液位设定步骤根据化工企业的实际工艺要求，确定精馏塔中液位的设定值SV，精馏塔液位自动控制步骤根据该SV值和精馏塔液位测量步骤测得的精馏塔的实际液位值PV，通过闭环反馈控制算法将精馏塔中的液位自动控制在设定值，具体地是通过向下游的热值自动控制步骤提供热媒流量第一值CV1来实现。换热器热媒入口温度测量步骤检测换热器中的热媒入口温度PV1，换热器热媒出口温度测量步骤检测换热器中的热媒出口温度PV2，换热器热媒出口流量测量步骤检测换热器中的热媒出口流量PV3。热值自动控制步骤根据PV1、PV2和PV1，利用闭环反馈控制算法对接收到的热媒流量第一值CV1进行修正，得到热媒流量第二值CV2。该闭环反馈算法使用下面的公式：

CV2＝K*PV3*(PV1-PV2)，

其中，K为热媒的热值系数。

作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种基于热值的精馏塔液位控制装置，参见图2和图4所示，该装置包括：

精馏塔液位设定模块，用于接受精馏塔液位设定值的输入；

精馏塔液位测量模块，用于测量精馏塔的实际液位；

换热器热媒状态测量模块，用于测量换热器热媒状态，包括热媒的入口温度、热媒的出口温度、及热媒的出口流量；

反馈控制算法模块，通过反馈控制算法使得精馏塔液位和热媒出口流量的实际测量值达到设定值并建立新的动态平衡；

执行模块，用于控制热媒出口流量；

运行结果显示模块，用于实时显示精馏塔液位设定值和实际测量值、换热器热媒出入口温度和流量测量值的变化趋势。

进一步地，上述精馏塔液位测量模块，其测量结果，即精馏塔的实际液位，将输出至反馈控制算法模块，用于建立新的动态平衡。

更进一步地，上述换热器热媒状态测量模块，其测量结果，即换热器热媒的入口温度、出口温度、及出口流量，将输出至反馈控制算法模块，用于建立新的动态平衡。

更进一步地，上述反馈控制算法模块，通过调节反馈控制算法中的比例、积分和微分相关参数，使得精馏塔液位和热媒出口流量达到设定值并建立动态平衡。

更进一步地，上述执行模块，通过将维持精馏塔液位所需热值的计算结果转化为被现场换热器热媒出口调节阀所接受的电信号，现场调节阀接收到该信号后给出相应的阀开度从而保证满足热值要求的热媒出口流量。

上述精馏塔液位设定模块、精馏塔液位测量模块、换热器热媒状态测量模块、反馈控制算法模块、执行模块和运行结果显示模块，均基于分布式控制系统实现相关功能。

本发明克服了现有技术用人工方法调节精馏塔出料量或换热器热媒流量控制精馏塔液位的技术缺陷，通过热值控制将由于热媒波动对精馏塔液位影响的可能性降至最低，最大限度地减少由于热媒波动导致化工生产过程收率下降和产出不合格品的可能性。

本发明可在DCS系统中实现实时获取精馏塔液位和换热器热媒状态测量值，从而在DCS系统中实现基于反馈控制算法的精馏塔液位控制，本实施例可达到精馏塔液位在换热器热媒热值波动情况下的快速动态稳定，其过程不再需要任何人工干预。进一步地，还可在DCS系统中实现精馏塔液位设定值和实际测量值、换热器热媒出入口温度和流量测量值变化趋势的实时跟踪显示。

本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、单元、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、单元、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现所述的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明的范围。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于热值的精馏塔液位控制方法，其特征在于，包括：

精馏塔液位设定步骤，根据工艺要求设定精馏塔液位SV；

精馏塔液位测量步骤，测量精馏塔实际液位值PV；

热值测量步骤，测量换热器热媒向精馏塔输入的实际热值；

液位自动控制步骤，根据所设定的精馏塔液位SV和所测得的实际液位值PV，通过闭环反馈控制算法，计算得到换热器的热媒流量第一值CV1，以将精馏塔中的液位自动控制在设定值；

热值自动控制步骤，根据所述实际热值，对所述热媒流量第一值CV1进行调节，得到热媒流量第二值CV2；

热媒流量执行步骤，控制所述换热器的流量阀，使其开度实现所述热媒流量第二值CV2。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括运行结果显示步骤，动态显示精馏塔液位设定值和实际测量值。

3.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热值测量步骤包括：

测量热媒在换热器入口处的温度；

测量热媒在换热器出口处的温度；

测量换热器热媒的出口流量，

所述热值由换热器出、入口温差与所述出口流量计算得到。

4.权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热值测量步骤包括：

测量热媒在换热器入口处的温度；

测量热媒在换热器出口处的温度；

测量换热器热媒的出口流量，

所述热值由换热器出、入口温差与所述出口流量计算得到。

5.权利要求4所述的方法，其特征在于，所述运行结果显示步骤还显示换热器热媒出入口温度和流量测量值。

6.权利要求3、4或5所述的方法，其特征在于，所述热值自动控制步骤中，所述闭环反馈算法使用下面的公式：

CV2＝K*PV3*(PV1-PV2)，

其中，K为热媒的热值系数，PV1为换热器热媒入口温度测量值，PV2为换热器热媒出口温度测量值，PV3为换热器热媒出口流量测量值。

7.一种基于热值的精馏塔液位控制装置，其特征在于，该装置包括：

精馏塔液位设定模块，用于接受精馏塔液位设定值SV的输入；

精馏塔液位测量模块，用于测量精馏塔的实际液位值PV；

热值测量模块，用于测量换热器热媒状态，获得向精馏塔输入的实际热值；

反馈控制算法模块，用于根据所设定的精馏塔液位SV和所测得的实际液位值PV，通过闭环反馈控制算法，计算得到换热器的热媒流量第一值CV1，然后，根据所述实际热值，对所述热媒流量第一值进行调节，得到热媒流量第二值CV2；

执行模块，用于控制所述换热器的流量阀，使其开度实现所述热媒流量第二值CV2。

8.权利要求7所述的装置，其特征在于，所述热值测量模块用于：

测量热媒在换热器入口处的温度；

测量热媒在换热器出口处的温度；

测量换热器热媒的出口流量，

所述热值由换热器出、入口温差与所述出口流量计算得到。

9.权利要求8所述的装置，其特征在于，进一步包括：运行结果显示模块，用于实时显示精馏塔液位设定值和实际测量值。

10.权利要求7所述的装置，其特征在于，所述执行模块，通过将维持精馏塔液位所需热值的计算结果转化为被现场换热器热媒出口调节阀所接受的电信号，现场调节阀接收到该信号后给出相应的阀开度，以满足热值要求的热媒出口流量。