CN105757312B - 一种换热器阀门自动控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种换热器阀门自动控制方法及装置，方法包括的步骤为：判断来自分子筛的空气是否满足通气条件；如是，则开启支管道调节阀至开度相同；通过PID控制主管道调节阀开度在预设参数下缓慢增大；判断主管道流量是否等于预设的主管流量阈值；如相等，则维持主管道调节阀开度不变；如不等，则调节主管道调节阀开度；如果来自分子筛的空气不满足通气条件，则将来自分子筛的空气通过排气口排出至大气中。主管道调节阀的设置，可以使进入主换热器主管道的空气均匀导入各进口支管道中，确保主管道及进口支管道的流量平稳到达设定的流量，以避免由于支管道调节阀开启的时间差导致的各换热器过冷及偏流情况的发生。

Description

一种换热器阀门自动控制方法及装置

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，特别是涉及一种换热器阀门自动控制方法及装置。

背景技术

制氧过程中，空气经空压机压缩，在预冷系统的空冷塔冷却后，进入分子筛净除水分、二氧化碳、乙炔等碳氢化合物，而后进入换热器。经分子筛净化的空气在主换热器中与低温产品进行对流热交换而冷却至接近于对应压力下的饱和温度后，再进入下塔参与精馏。主换热器的热端是氮气和空气，冷端主要是来自空分塔下塔的低温氮气和来自后备系统的液氧、液氩产品。

经分子筛净化的空气在满足对流换热通气条件后，进入分子筛后主换热器主管道进行对流热交换。主换热器主管道分出四条碳钢支管，每条管道上各有一个控制阀门，每个控制阀门控制各换热器进口空气流量。空气经过各支管后，工作人员根据实际各换热器出口温度，分别调节四条碳钢支管上的控制阀门，使各换热器出口温度维持在特定温度。

当监测站监测到经分子筛净化的空气在满足对流换热通气条件后，操作人员需要同时将四条碳钢支管上的控制阀门缓慢打开，使支管道流量缓慢上升。人工控制四条碳钢支管上的控制阀门开启会存在一定的时间差，时间差的存在易造成四条碳钢支管空气流量不同，从而导致各换热器过冷及偏流，影响主换热器换热效率。在制氧过程关闭后，操作人员需要同时将四条碳钢支管上的控制阀门关闭，如果有一路阀门没有及时关闭，低温液体会倒流进入碳钢管道，造成管道爆裂，引发安全事故。

发明内容

本发明提供了一种换热器阀门自动控制方法及装置，以解决现有技术中分子筛后主换热器四条碳钢支管空气流量不同，导致各换热器过冷及偏流，影响主换热器换热效率的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种换热器阀门自动控制方法，换热器阀门自动控制方法包括以下步骤：

判断来自分子筛的空气是否满足通气条件；

如果来自分子筛的空气满足通气条件，则开启设置于进口支管道上的支管道调节阀至开度相同；

通过PID控制设置于主管道上的主管道调节阀开度在预设参数下缓慢增大；

判断主管道流量是否等于预设的主管流量阈值；

如果主管道流量等于主管流量阈值，则维持主管道调节阀开度不变；

如果主管道流量不等于主管流量阈值，则根据主管道流量和主管流量阈值的差值调节主管道调节阀开度；

如果来自分子筛的空气不满足通气条件，则将来自分子筛的空气通过排气口排出至大气中。

优选的，判断来自分子筛的空气是否满足通气条件的方法包括：

监测器监测来自分子筛的空气中特定气体含量，并将检测到的特定气体含量信号传输至控制器；

控制器判断来自分子筛的空气中特定气体含量是否超过特定气体含量阈值；

如果特定气体含量未超过特定气体含量阈值，则来自分子筛的空气满足通气条件；

如果特定气体含量超过特定气体含量阈值，则来自分子筛的空气不满足通气条件。

优选的，通过PID控制主管道调节阀开度在预设参数下缓慢增大方法包括：

获取预设参数，预设参数为使PID控制阀门开度缓慢增大的比例参数、积分参数和微分参数；

将比例参数、积分参数和微分参数数据进行PID运算处理，得到PID运算结果；

将PID运算结果作为控制信号发送至主管道调节阀；

主管道调节阀接收控制信号，并根据控制信号调节开度。

优选的，换热器阀门自动控制方法还包括以下步骤：

如果来自分子筛的空气不满足通气条件，则联锁闭合主管道调节阀和支管道调节阀。

优选的，换热器阀门自动控制方法还包括以下步骤：

主管道流量等于主管流量阈值时，

温度传感器获取换热器出口温度信号，并将换热器出口温度信号传输至控制器；

控制器判断换热器出口温度是否为预设温度；

如果换热器出口温度不在预设温度范围内，则调节支管道调节阀开度。

一种换热器阀门自动控制装置，包括主管道、主管道调节阀、进口支管道、支管道调节阀、流量监控器、排气口和控制器，其中，

主管道调节阀设置于主管道上，主管道调节阀用于调节主管道流量；

进口支管道一端与主管道相连，进口支管道另一端与换热器进口相连；

支管道调节阀设置于进口支管道上，支管道调节阀用于调节进口支管道流量；

流量监控器设置于主管道调节阀上，流量监控器用于监测主管道流量；

控制器分别与排气口、主管道调节阀、支管道调节阀和流量监控器电连接；

排气口位于主管道空气进口处，用于将来自分子筛的空气排出至大气中。

优选的，换热器阀门自动控制装置还包括监测器，监测器位于主管道空气进口处，用于监测来自分子筛的空气中特定气体含量。

优选的，主管道调节阀与支管道调节阀联锁。

优选的，换热器阀门自动控制装置还包括温度传感器和出口支管道，其中，出口支管道与换热器出口相连；温度传感器设置于出口支管道上靠近换热器出口的一端，温度传感器用于监测换热器出口温度；控制器与温度传感器电连接。

由以上技术方案可见，本发明提供的一种换热器阀门自动控制方法包括以下步骤：判断来自分子筛的空气是否满足通气条件；如是，则开启设置于进口支管道上的支管道调节阀至开度相同；通过PID控制主管道调节阀开度在预设参数下缓慢增大；判断主管道流量是否等于预设的主管流量阈值；如相等，则维持主管道调节阀开度不变；如不等，则根据主管道流量和主管流量阈值的差值调节主管道调节阀开度；如果来自分子筛的空气不满足通气条件，则将来自分子筛的空气通过排气口排出至大气中。主管道调节阀的设置，可以使进入主换热器主管道的空气均匀导入各进口支管道中，确保主管道及进口支管道的流量平稳到达设定的流量，以避免由于支管道调节阀开启的时间差导致的各换热器过冷及偏流情况的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种换热器阀门自动控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的判断来自分子筛的空气是否满足通气条件方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的通过PID控制主管道调节阀开度在预设参数下缓慢增大方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种换热器阀门自动控制装置的阀门布置图；

图示说明：

FIQ-主管道，P-流量监控器，YV-主管道调节阀。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种换热器阀门自动控制方法的流程示意图，由图1可见，本发明提供的一种换热器阀门自动控制方法包括以下步骤：

制氧机组开机前，确认空压系统启动正常、净化系统、预冷系统投入正常。

S101：判断来自分子筛的空气是否满足通气条件；

制氧机组开启后，空气经分子筛净化，空气中的二氧化碳、碳氢化合物和水分被吸附。若来自分子筛的空气中的二氧化碳含量过大，自分子筛的空气向换热器导通时会造成一定程度的危险。因此在向换热器输送来自分子筛的空气之前，应判断来自分子筛的空气是否满足通气条件。

S102：如果来自分子筛的空气满足通气条件，则开启设置于进口支管道上的支管道调节阀至开度相同；

控制器控制支管道阀门V1、V2、V3、V4全开，具体方式为：设定变量QK1为控制器中监测到的V1、V2、V3、V4信号，将QK1联接到PID功能块的使能引脚EN，控制器通过PID控制支管道阀门V1、V2、V3、V4开闭。本实施例中，如果来自分子筛的空气满足通气条件，则将支管道调节阀的开度调节至最大。

支管道调节阀先于主管道调节阀YV开启，可以保证来自主管道的空气进入进口支管道时，进口支管道的流量保持一致平稳上升，而避免各支管道调节调节时间差导致的各进口支管道发生偏流。

S103：通过PID控制设置于主管道FIQ上的主管道调节阀YV开度在预设参数下缓慢增大；

S104：判断主管道FIQ流量是否等于主管流量阈值；

本实施例中，主管道FIQ流量阈值为105 000m³/h，控制器中给定值SP_INT设置为105000，过程输入变量PV_IN联接主管道FIQ流量模拟量，主管道FIQ流量从0上升至105000m³/h的时间约为10分钟。

S105：如果主管道FIQ流量等于主管流量阈值，则维持主管道调节阀YV开度不变；

S106：如果主管道FIQ流量不等于主管流量阈值，则根据主管道FIQ流量和主管流量阈值的差值调节主管道调节阀YV开度，直至主管道FIQ流量等于主管流量阈值。主管道调节阀YV开度由PID控制调节。

S107：如果来自分子筛的空气不满足通气条件，则将来自分子筛的空气通过排气口排出至大气中。

图2为本发明实施例提供的判断来自分子筛的空气是否满足通气条件方法的流程示意图，由图2可知，判断来自分子筛的空气是否满足通气条件的方法为：

S201：监测器监测来自分子筛的空气中特定气体含量，并将检测到的特定气体含量信号传输至控制器；本实施例中，特定气体为二氧化碳气体。应当指出的是，本发明中的特定气体也可以是来自分子筛的空气中其他气体成分，如氮气、水蒸气等其他气体的含量，其均应落在本发明的保护范围之内。

S202：控制器判断来自分子筛的空气中特定气体含量是否超过特定气体含量阈值；本实施例中，特定气体含量阈值为二氧化碳气体含量为3PPm。

S203：如果特定气体含量达到特定气体含量阈值，则来自分子筛的空气满足通气条件，执行步骤S102。

S204：如果特定气体含量未达到特定气体含量阈值，则来自分子筛的空气不满足通气条件，执行步骤S107。

图3为通过PID控制主管道调节阀开度在预设参数下缓慢增大方法的流程示意图。由图3可知，控制主管道调节阀开度以预设参数下缓慢增方法包括：

S301：获取预设参数，预设参数为使PID控制阀门开度缓慢增大的比例参数、积分参数和微分参数；

控制器获取预设参数初始输入量：比例参数K、积分参数I、微分参数D，本实施例中，K＝1.5，I＝15，D＝1.2；

S302：将比例参数、积分参数和微分参数数据进行PID运算处理，得到PID运算结果；

S303：将PID运算结果作为控制信号发送至主管道调节阀YV；

S304：主管道调节阀YV接收控制信号，并根据控制信号调节开度。主管道调节阀YV接收控制信号并进行同步动作，即主管道调节阀YV开度缓慢增加。

本发明提供的另一个实施例中，如果来自分子筛的空气不满足通气条件，主管道调节阀YV与支管道阀门及主管道调节阀YV上的电磁阀同时联锁关闭。阀门联锁关闭后，主换热器温度降至-100℃运行。主管道调节阀YV参与空压机综合放空信号ACFK联锁，ACFK信号与主管道调节阀YV的PID功能块的LMN_SEL引脚相接，控制器通过LMN_TRK引脚设置PID输出值为0。调节联锁功能在Siemens 400控制系统中通过PCS7编程软件利用CFC编程实现。

换热器阀门自动控制方法还包括以下步骤：

主管道FIQ流量达到主管流量阈值105 000m³/h后，温度传感器T1、T2、T3和T4获取换热器出口温度，并将换热器出口温度信号传输至控制器。控制器接收换热器出口温度信号，判断换热器出口温度是否达到预设温度范围：10℃-12℃。如果换热器出口温度大于预设温度范围，则减小支管道调节阀开度，直至支管道换热器出口温度达到预设温度；如果换热器出口温度小于预设温度范围，则增大支管道调节阀开度，直至支管道换热器出口温度达到预设温度。

本发明实施例提供了一种换热器阀门自动控制装置，用来实现上述换热器阀门自动控制方法。图4为本发明实施例提供的一种换热器阀门自动控制装置的阀门布置图，由图4可见，换热器阀门自动控制装置包括主管道FIQ、主管道调节阀FIQ、进口支管道、支管道调节阀、流量监控器P、排气口和控制器。主管道调节阀YV设置于主管道FIQ上，主管道调节阀YV用于调节主管道FIQ流量。进口支管道一端与主管道相连。本实施例中，进口支管道有4支。支管道另一端与换热器进口相连；支管道调节阀设置于进口支管道上，本实施例中，支管道调节阀有4个，分别为V1、V2、V3和V4，分别设置于4支进口支管道上，支管道调节阀用于调节进口支管道流量。流量监控器P设置于主管道调节阀YV上，流量监控器P用于监测主管道FIQ流量；控制器分别与监测器、排气口、主管道调节阀YV、支管道调节阀和流量监控器P电连接；排气口位于主管道FIQ空气进口处，用于将来自分子筛的空气排出至大气中。

制氧机组中控制器为Siemens 400控制系统，主管道调节阀YV包括Samson 3730-3阀门定位器，主管道调节阀YV显示调节画面增加至WINCC监控画面上。

换热器阀门自动控制装置还包括监测器，监测器位于所述主管道FIQ空气进口处，用于监测来自分子筛的空气中特定气体含量。监测器监测来自分子筛的空气中特定气体含量，并将检测到的所述特定气体含量信号传输至控制器；本实施例中，特定气体为二氧化碳气体。

本发明提供的另一个实施例中，主管道调节阀FIQ与支管道调节阀联锁，以实现来自分子筛的空气不满足通气条件，主管道调节阀YV与支管道阀门及主管道调节阀YV上的电磁阀同时联锁关闭。

换热器阀门自动控制装置还包括温度传感器。

本实施例中，温度传感器有4个，分别为TI1、TI2、TI3和TI4，分别设置于4支出口支管道上。出口支管道与换热器出口相连；温度传感器设置于出口支管道上靠近换热器出口的一端，温度传感器用于监测换热器出口温度；控制器与温度传感器电连接。

通过主管道调节阀的设置，可以使进入主换热器主管道的空气均匀导入各进口支管道中，确保主管道及进口支管道的流量平稳到达设定的流量，以避免由于支管道调节阀开启的时间差导致的各换热器过冷及偏流情况的发生。

过以上的方法实施例的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

可以理解的是，本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种换热器阀门自动控制方法，其特征在于，所述换热器阀门自动控制方法包括以下步骤：

判断来自分子筛的空气是否满足通气条件；

如果所述来自分子筛的空气满足通气条件，则开启设置于进口支管道上的各个支管道调节阀至开度相同；

通过PID控制设置于主管道上的主管道调节阀开度在预设参数下缓慢增大；

判断所述主管道流量是否等于预设的主管流量阈值；

如果所述主管道流量等于所述主管流量阈值，则维持所述主管道调节阀开度不变；

如果所述主管道流量不等于所述主管流量阈值，则根据所述主管道流量和所述主管流量阈值的差值调节所述主管道调节阀开度；

如果所述来自分子筛的空气不满足通气条件，则将来自分子筛的空气通过排气口排出至大气中。

2.根据权利要求1所述的换热器阀门自动控制方法，其特征在于，所述判断来自分子筛的空气是否满足通气条件的方法包括：

监测器监测来自分子筛的空气中特定气体含量，并将检测到的所述特定气体含量信号传输至控制器；

所述控制器判断来自分子筛的空气中所述特定气体含量是否超过特定气体含量阈值；

如果所述特定气体含量未超过所述特定气体含量阈值，则来自分子筛的空气满足通气条件；

如果所述特定气体含量超过所述特定气体含量阈值，则来自分子筛的空气不满足通气条件。

3.根据权利要求1所述的换热器阀门自动控制方法，其特征在于，所述通过PID控制所述主管道调节阀开度在预设参数下缓慢增大方法包括：

获取所述预设参数，所述预设参数为使PID控制阀门开度缓慢增大的比例参数、积分参数和微分参数；

将所述比例参数、积分参数和微分参数数据进行PID运算处理，得到PID运算结果；

将所述PID运算结果作为控制信号发送至所述主管道调节阀；

所述主管道调节阀接收所述控制信号，并根据所述控制信号调节开度。

4.根据权利要求1所述的换热器阀门自动控制方法，其特征在于，所述换热器阀门自动控制方法还包括以下步骤：

如果来自分子筛的空气不满足通气条件，则联锁闭合所述主管道调节阀和所述支管道调节阀。

5.根据权利要求2所述的换热器阀门自动控制方法，其特征在于，所述换热器阀门自动控制方法还包括以下步骤：

所述主管道流量等于所述主管流量阈值时，

温度传感器获取换热器出口温度信号，并将换热器出口温度信号传输至所述控制器；

所述控制器判断换热器出口温度是否为预设温度；

如果换热器出口温度不在所述预设温度范围内，则调节所述支管道调节阀开度。

6.一种换热器阀门自动控制装置，其特征在于，包括主管道(FIQ)、主管道调节阀(YV)、进口支管道、支管道调节阀、流量监控器(P)、排气口和控制器，其中，

所述主管道调节阀(YV)设置于所述主管道(FIQ)上，所述主管道调节阀(YV)用于调节所述主管道(FIQ)流量；

所述进口支管道一端与所述主管道(FIQ)相连，所述进口支管道另一端与换热器进口相连；

所述支管道调节阀设置于所述进口支管道上，所述支管道调节阀用于调节所述进口支管道流量；

所述流量监控器(P)设置于所述主管道调节阀(YV)上，所述流量监控器(P)用于监测所述主管道(FIQ)流量；

所述控制器分别与所述排气口、所述主管道调节阀(YV)、所述支管道调节阀和所述流量监控器(P)电连接；

所述排气口位于所述主管道(FIQ)空气进口处，用于将来自分子筛的空气排出至大气中。

7.根据权利要求6所述的换热器阀门自动控制装置，其特征在于，所述换热器阀门自动控制装置还包括监测器，所述监测器位于所述主管道(FIQ)空气进口处，用于监测来自分子筛的空气中特定气体含量。

8.根据权利要求6所述的换热器阀门自动控制装置，其特征在于，所述主管道调节阀(YV)与所述支管道调节阀联锁。

9.根据权利要求6所述的换热器阀门自动控制装置，其特征在于，所述换热器阀门自动控制装置还包括温度传感器和出口支管道，其中，

所述出口支管道与所述换热器出口相连；

所述温度传感器设置于所述出口支管道上靠近所述换热器出口的一端，所述温度传感器用于监测所述换热器出口温度；

所述控制器与所述温度传感器电连接。