CN105605427A - 氢气在线输送及集装格充装自动控制系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

氢气在线输送及集装格充装自动控制系统及其方法，属于氢气生产技术领域。该系统针对氢气站产出氢气只部分输送到冷轧产线，剩余的通常放空、放散率高达40％的问题，在原有氢气罐的基础上，通过配置集装格充装设备，优化氢气输送系统，实现氢气在线输送及充装集装格全自动控制。该发明实现了根据氢气生产情况，合理有效地分配并输送氢气的功能。具体思路是：首先控制送冷轧氢气管路调节阀，使送冷轧氢气压力稳定在0.6MPa，确保生产用氢；其次判断氢气总管压力是否大于1.05MPa，是则允许集装格充装；否则考虑氢气罐充装；球罐的安全压力为1.5MPa，当球罐内氢气压力大于1.5MPa时禁止球罐充装。该系统投运后，使氢气利用率达到96％以上，具有良好经济效益和推广应用价值。

Description

氢气在线输送及集装格充装自动控制系统及其方法
技术领域
本发明属于制氢生产技术领域，通过优化氢气在线输送系统，并添加集装格充装自动控制系统，有效减少了氢气生产过程中的放散，避免了能源浪费，提高了经济效益，可广泛应用于气体输出系统。
背景技术
首钢1850冷轧带钢工程配套设计有氢气站，氢气站产气一部分在线输送到冷轧带钢连退线、镀锌线用作退火保护气，剩余的则全部放散到空气中。实际生产中，根据冷轧主线氢气用量，适量输送及放散。制氢站的产能约为400Nm3/h，冷轧主线用量通常为200Nm3/h，而原配置的氢气罐储能很有限，故生产中氢气放散率高达40％。为提高氢气产能利用率，减少放散，在原有氢气罐的基础上，新配置集装格充装设备，并通过自动化控制手段，实现氢气在线输送及充装集装格全自动控制*-。在确保冷轧生产用氢气的同时，有效提高氢气站产能利用率，带来新的经济增长点。
发明内容
本发明的目的在于：通过优化氢气在线输送系统，添加集装格充装自动化控制系统，实现了根据氢气实际应用情况，合理有效地对进行分配及输送的功能，氢气利用率达到96％，减少浪费，提高效益。
本发明在原有氢气罐的基础上，新配置集装格充装设备，并根据实际应用情况设计了新的自动化控制程序，使产品氢气的放散率降到最低。具体控制原理如下：
首先是通过压力调节阀保证冷轧主线氢气的满足供应和正常使用，其次通过分析产品氢气剩余量，进而选定充装模式。如果剩余的氢气产量比较多，那么集装格需要充装则通过氢气压缩机加压后进行集装格充装；不需要充装则收集到氢气罐中；氢气罐中储存的氢气既可以外送冷轧主线也可对集装格进行充装。
一种氢气在线输送及集装格充装自动控制系统包括：电源模块1，中央处理器2，模拟量输入器(AI)3，模拟量输出器(AO)4，送冷轧管路压力变送器安全栅5，送冷轧管路压力变送器10，氢气总管压力变送器安全栅6，氢气总管压力变送器11，送冷轧管路压力调节阀安全栅7，送冷轧管路压力调节阀12，充装管路压力调节阀安全栅8，充装管路压力调节阀13，送球罐管路压力调节阀安全栅9，送球罐管路压力调节阀14。电源模块1与中央处理器2相连接，模拟量输入器3通过送冷轧管路压力变送器10采集送冷轧氢气管道压力值，模拟量输入器3通过氢气总管压力变送器11采集制氢站氢气总管压力值，中央处理器2通过模拟量输入器3采集到的送冷轧氢气管道压力值和制氢站氢气总管压力值，进行数据对比分析；通过数据对比分析后，中央处理器2通过设定控制方式，确定控制指令。控制指令由模拟量输出器4分别发送给送冷轧管路压力调节阀12、充装管路压力调节阀13、送球罐管路压力调节阀14。进而由PLC系统CPU模块进行数据对比分析，并通过模拟量输出器AO4输出控制指令，在确保送冷轧管路压力的条件下，根据在线实际情况，进行集装格或气罐充装。氢气在线输送网络控制图见附图1。
为了安全，可在送冷轧管路压力变送器10与模拟量输入器3中间安装送冷轧管路压力变送器安全栅5，在氢气总管压力变送器11与模拟量输入器3中间安装氢气总管压力变送器安全栅6，在送冷轧管路压力调节阀12与模拟量输出器4中间安装送冷轧管路压力调节阀安全栅7，在充装管路压力调节阀13与模拟量输出器4中间安装充装管路压力调节阀安全栅8，在送球罐管路压力14与模拟量输出器4中间安装送球罐管路压力调节阀安全栅9。
所述的设定控制方式主要包括送冷轧氢气压力控制、氢气集装格充装控制、氢气球罐充装控制；
所述的送冷轧氢气压力控制：通过送冷轧管路压力调节阀12，使在线输送氢气阀后压力保持恒定，具体量值0.6MPa。
所述的氢气集装格充装控制：当制氢站氢气总管压力大于1.05MPa，打开充装管路压力调节阀(13)，对集装格进行充装。
所述的氢气球罐充装控制：当制氢站氢气总管压力大于1.05MPa，具备集装格充装条件而集装格暂时不需要充装时，打开送球罐管路压力调节阀(14)，将多余氢气充装到氢气球罐。球罐的安全压力为1.5MPa，当球罐内氢气压力大于1.5MPa时，关闭送球罐管路压力调节阀(14)，禁止球罐充装。
一种氢气在线输送及集装格充装自动控制方法，具体方法如下：
在送冷轧氢气压力控制上，通过调节送冷轧管路压力调节阀12，使在线输送氢气阀后压力保持恒定，具体量值0.6MPa。
当制氢站氢气总管压力大于1.05MPa，打开充装管路压力调节阀(13)，对集装格集装格进行充装。
当制氢站氢气总管压力大于1.05MPa，具备集装格充装条件而集装格暂时不需要充装时，打开送球罐管路压力调节阀(14)，将多余氢气充装到氢气球罐。球罐的安全压力为1.5MPa，当球罐内氢气压力大于1.5MPa时，关闭送球罐管路压力调节阀(14)，禁止球罐充装。
本发明的优点及积极效果在于：通过对氢气输送系统增加集装格自动控制系统，使400Nm3制氢站的产出氢气输送更趋合理，氢气利用率达到96％以上。新增集装格充装，不仅避免了氢气的大量浪费，而且能在突发情况下通过球罐对产线供给氢气。综合的自动控制系统，确保了氢气输送的合理化、有序化，经济效益可观。
附图说明
图1为氢气输送网络控制图：电源模块1，中央处理器2，模拟量输入器(AI)3，模拟量输出器(AO)4，送冷轧管路压力变送器安全栅5，送冷轧管路压力变送器10，氢气总管压力变送器安全栅6，氢气总管压力变送器11，送冷轧管路压力调节阀安全栅7，送冷轧管路压力调节阀12，充装管路压力调节阀安全栅8，充装管路压力调节阀13，送球罐管路压力调节阀安全栅9，送球罐管路压力14。
图2氢气输送控制流程图。
具体实施方式
本发明涉及：电源模块、中央处理器、模拟量输入器(AI)、模拟量输出器(AO)、安全栅、压力变送器、压力调节阀等。PLC系统采集现场压力值，通过现场调节阀实现送冷轧氢气管路压力、集装格充装压力、球罐充装压力的调节和控制。
具体实施分为硬件调试、控制程序在线调试两部分。
1、硬件调试
硬件调试主要是对现场设备进行检查和调节。
(1)检查现场压力变送器显示是否正确，回路信号是否正确。测试各个压力调节阀是否开关到位，显示位置是否准确。
2、在线调试
(1)在线程序监控各管路的压力值及各调节阀状态，看是否显示正常。在送冷轧氢气压力正常即满足0.6MPa在线供氢的前提下，当氢气总管压力大于1.05MPa时，运行充装按钮，测试集装装系统运行状态是否正常；然后再测试球罐充装系统运行状态是否正常。
(2)经在线测试并对测试结果进行总结分析，合理地对程序阀门控制的PLC参数进行整定，确保出各管路压力调节控制PID参数，满足氢气在线输送系统控制系统的动态响应和稳定性要求。

Claims (4)

1.一种氢气在线输送及集装格充装自动控制系统，其特征在于：控制系统包括电源模块(1)，中央处理器(2)，模拟量输入器(3)，模拟量输出器(4)，送冷轧管路压力变送器安全栅(5)，送冷轧管路压力变送器(10)，氢气总管压力变送器安全栅(6)，氢气总管压力变送器(11)，送冷轧管路压力调节阀安全栅(7)，送冷轧管路压力调节阀(12)，充装管路压力调节阀安全栅(8)，充装管路压力调节阀(13)，送球罐管路压力调节阀安全栅(9)，送球罐管路压力调节阀(14)；电源模块(1)与中央处理器(2)相连接，模拟量输入器(3)通过送冷轧管路压力变送器(10)采集送冷轧氢气管道压力值，模拟量输入器(3)通过氢气总管压力变送器(11)采集制氢站氢气总管压力值，中央处理器(2)通过模拟量输入器(3)采集到的送冷轧氢气管道压力值和制氢站氢气总管压力值，进行数据对比分析；通过数据对比分析后，中央处理器(2)通过设定控制方式，确定控制指令；控制指令由模拟量输出器(4)分别发送给送冷轧管路压力调节阀(12)、充装管路压力调节阀(13)、送球罐管路压力调节阀(14)。
2.如权利要求1所述的氢气在线输送及集装格充装自动控制系统，其特征在于：所述的送冷轧管路压力变送器(10)与模拟量输入器(3)中间安装送冷轧管路压力变送器安全栅(5)，在氢气总管压力变送器(11)与模拟量输入器(3)中间安装氢气总管压力变送器安全栅(6)，在送冷轧管路压力调节阀(12)与模拟量输出器(4)中间安装送冷轧管路压力调节阀安全栅(7)，在充装管路压力调节阀(13)与模拟量输出器(4)中间安装充装管路压力调节阀安全栅(8)，在送球罐管路压力(14)与模拟量输出器(4)中间安装送球罐管路压力调节阀安全栅(9)。
3.如权利要求1所述的氢气在线输送及集装格充装自动控制系统，其特征在于：所述的设定控制方式主要包括送冷轧氢气压力控制、氢气集装格充装控制、氢气球罐充装控制；
所述的送冷轧氢气压力控制：通过送冷轧管路压力调节阀(12)，使在线输送氢气阀后压力保持恒定，具体量值0.6MPa；
所述的氢气集装格充装控制：当制氢站氢气总管压力大于1.05MPa，打开充装管路压力调节阀(13)，对集装格进行充装；
所述的氢气球罐充装控制：当制氢站氢气总管压力大于1.05MPa，具备集装格充装条件而集装格暂时不需要充装时，打开送球罐管路压力调节阀(14)，将多余氢气充装到氢气球罐；球罐的安全压力为1.5MPa，当球罐内氢气压力大于1.5MPa时，关闭送球罐管路压力调节阀(14)，禁止球罐充装。
4.一种氢气在线输送及集装格充装自动控制方法，其特征在于：
在送冷轧氢气压力控制上，通过调节送冷轧管路压力调节阀(12)，使在线输送氢气阀后压力保持恒定，具体量值0.6MPa；
当制氢站氢气总管压力大于1.05MPa，打开充装管路压力调节阀(13)，对集装格进行充装；
当制氢站氢气总管压力大于1.05MPa，具备集装格充装条件而集装格暂时不需要充装时，打开送球罐管路压力调节阀(14)，将多余氢气充装到氢气球罐；球罐的安全压力为1.5MPa，当球罐内氢气压力大于1.5MPa时，关闭送球罐管路压力调节阀(14)，禁止球罐充装。
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