CN107505955A - 一种pH监测控制装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种pH监测控制装置，包括pH获取单元、模糊控制单元、变频器、计量加药单元。以及利用该装置对pH进行实时监测控制的方法。采用本发明的技术方案，可实现pH值的在线、实时，闭环检测与控制，同时提高了pH值测量的准确度，延长了pH电极的使用寿命，降低了碱的用量。

Description

一种pH监测控制装置与方法

技术领域

本发明涉及pH调节控制领域，具体为一种pH监测控制装置与方法。

背景技术

pH值在石油化工工业生产中是常见的过程控制对象，在乙烯生产工艺过程中，原料在裂解炉分解，经过急冷水系统冷却及分离设备后得到乙烯。作为乙烯生产装置中的重要组成部份，控制急冷水pH值就是控制这一关键环节的重要手段和最直接的方法，在整个乙烯装置的生产过程中，急冷水装置是乙烯产品生产中的关键性环节，乙烯生产装置中急冷水系统的pH值波动问题一直是长期以来困扰着国内石油化工行业各企业的传统问题，具体问题表现在pH值过高会引起急冷水外排水乳化，甚至可能会造成裂解炉管堵塞、损坏、危及安全生产，造成非计划性停车。pH值过低会导致工艺换热器等设备及管线的腐蚀，影响设备寿命，有可能造成物料泄露、水气厂等公用设施受到污染，进而影响装置的长周期运行。造成污染，严重危害安全生产和企业的经济效益、社会效益。

由于pH值控制困难，在大多数情况下，控制过程中只能处于开环控制状态，无法实现在线、连续的调节控制，这种控制状况显然无法满足对于pH值要求较高的石油化工生产过程的需要。

发明内容

本发明提供了一种pH监测控制的装置及方法，采用该方法，可实时、闭环、在线监测控制pH值，满足石油化工生产对pH值的要求。

为解决上述技术问题，本发明提供一种pH监测控制装置，包括：

pH获取单元，连接有模糊控制单元，所述pH获取单元用于测量样水pH值并将包含有pH值的信号传送至模糊控制单元；

模糊控制单元，用于接收所述信号，获得控制指令、并根据所述控制指令调节变频器的频率；

计量加药单元，连接所述变频器，用于根据所述变频器频率调整注药量。

优选的，所述pH获取单元包括pH检测计和pH变送器，pH检测计测得pH值经pH变送器将所述信号传送至模糊控制单元。

优选的，所述模糊控制单元内置模糊推理模块，用于获得所述控制指令。

优选的，还包括预处理单元，所述预处理单元安装在pH获取单元之前，用于待测溶液的降温降压和过滤分离，获得待测样水。

优选的，还包括远程控制单元，用于发送远程控制指令，远程监控pH值。

优选的，远程控制方式为自动或手动。

优选的，所述远程控制单元包括：操作员站、远程监控站、DCS系统；操作员站与模糊控制单元连接，远程监控站与操作员站连接，DCS系统与远程监控站连接，其中操作员站与远程监控站之间有防火墙。

本发明还提供一种pH监测控制方法，采用权利要求1-7任一项所述的pH监测控制装置，包括以下步骤：

1)测量样水pH值，获得包含有pH值的信号，并发送至模糊控制单元；

2)模糊控制单元接受所述pH值信号，由模糊推理模块将接收的pH值信号与预设pH值进行比较，获得控制指令；

3)模糊控制单元根据所述控制指令调整变频器频率，计量加药单元调整注药量；

重复步骤上述步骤直至测得pH值与预设pH值一致。

优选的，还包括预处理步骤，待测溶液经降温降压、过滤分离后获得待测样水。

优选的，还包括远程监控步骤。

本发明与现有技术相比的技术效果在于，能够在石油化工生产过程中有效的控制急冷水，工艺水，稀释蒸汽的pH值，将pH值的波动控制及误差控制在±0.5以内，实现了pH值的在线、实时，闭环检测与控制，同时提高了pH值测量的准确度，延长了pH电极的使用寿命，降低了碱的用量。

具体的，本发明在保证急冷水、工艺水、稀释蒸汽的pH值在有效范围内的前提下，降低了碱量的注入，减少量超过15％以上。实现了急冷水的pH控制，pH值控制在6.0-8.0的范围内，在线仪表测量pH值波动控制±0.5范围内。采用实验室离线分析仪表测量数值与本发明的在线仪表测量数值进行对比测量，误差值≤±0.5。实现了工艺水的pH控制，pH值控制在7.0-10.0的范围内，在线仪表测量pH值波动控制±0.5范围内，采用实验室离线分析仪表测量数值与本发明在线仪表测量数值，进行对比测量，误差值≤±0.5。实现了稀释蒸汽凝液pH控制，pH值控制在7.0-10.0的范围内，在线仪表测量pH值波动控制±0.5范围内。采用实验室离线分析仪表测量数值与在线仪表测量数值，进行对比测量，误差值≤±0.5。实现了物理过滤样水，在不改变样水任何性质的前提下，保证pH测量的准确性，延长pH电极的使用寿命。

附图说明

图1、本发明装置流程图；

图2、本发明模糊自整定控制系统原理图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

急冷水单元、工艺水汽提单元及稀释蒸汽单元的主要任务是通过水冷的方式将裂解炉出口裂解气冷却，回收汽油产品、最大限度地回收可利用的热量、冷凝并回收工艺水、为裂解炉原料提供稀释蒸汽等。

在正常生产期间，烃类经过裂解炉进行热裂解后产生的裂解气中会含有一定量的CO₂、H₂S等酸性气体，这些酸性气体会溶解在急冷水和工艺水中，会使急冷水和工艺水呈酸性。因此需要通过向急冷水中注入适量的碱性物质以保证急冷水pH值的正常。但是当出现原料变化、裂解炉切换、碱泵故障或者后系统返回碱性物料等生产过程影响时，急冷水pH值会出现较明显波动。后分离系统部分碱性物料也有可能返至急冷水塔，但在正常情况下该股碱性物料，不足以使急冷水由酸性变为中性。因此在正常生产期间，急冷水多处于中性或弱酸性。

从急冷水化学成分检测结果中检测到壳程介质中含有腐蚀性的Cl^-、S^2-等有害成分，出口处的能谱分析也检测到硫和氯元素，也证明壳程介质中含有Cl^-、S^2-等腐蚀性离子，HCl和H₂S相互构成了循环腐蚀，反应式为：

Fe+2HCl→FeCl₂+H₂↑

FeCl₂+H₂S→FeS+2HCl

Fe+H₂S→FeS+H₂↑

FeS+2HCl→FeCl₂+H₂S

为了防止管线及设备酸性腐蚀，需要对急冷水和工艺水的PH值进行调节。目前采取的措施是，通过向急冷水系统内注入稀释后浓度约为7％左右的NaOH溶液来调整，使急冷水pH值稳定在6-8范围内。根据急冷水pH值的变化，调节碱注入泵的冲程。此外，送入稀释蒸汽发生系统，用于发生蒸汽的工艺水也需要通过单独的注入碱系统调整，在工艺水汽提塔中，除了将溶解在工艺水中烃类汽提出外，同时也能将溶解于工艺水中的有机酸性汽体提出。

由于急冷水系统的用户多、循环量大，而且水质受各种因素影响，当急冷水、工艺水、外排水的pH值发生波动时，即使立即调整也会出现反应滞后较大的现象。为了保证上述相关生产设备的长期平稳运行，生产上要求必须对整个生产过程中的急冷水、工艺水的pH值进行精确有效的控制。

基于上述技术背景，本发明提供了一种pH监测控制装置与方法，本发明与现有技术相比的技术效果在于，能够在石油化工生产过程中，可有效的控制急冷水，工艺水，稀释蒸汽的pH值，将pH值的波动控制及测量误差控制在±0.5范围内，实现了pH值的在线、实时，闭环检测与控制，同时提高了pH值测量的准确度，延长了pH电极的使用寿命，降低了加药泵碱的用量。

上述为本发明的详细阐述，下面为本发明实施例。

实施例一

本发明的实验装置如图1所示，本装置包括预处理单元、pH获取单元、模糊控制单元、变频器、计量加药单元及远程控制单元。

生产过程中产生的待测溶液，首先进入预处理单元，预处理单元安装在pH获取单元之前，待测溶液在此单元首先进行降温降压的处理，其次通过过滤分离，获得待测样水，待测样水达到了pH值的测量标准。

pH获取单元包括pH检测计和pH变送器，其中pH检测计与pH变送器连接，pH变送器与模糊控制单元连接。由pH检测计测得样水的pH值，将其传送至pH变送器，pH器进而将包含有pH值信号传送至模糊控制单元。

模糊控制单元接收到pH变送器传送的包含pH值的信号后，将该信号传送至pH模糊推理模块，模糊控制单元包括控制器与模糊推理模块，本实施例采用的是PLC控制器，模糊推理模块为PLC控制器的上位机组，上位机组中内置有算法模块，具体为进行模糊推理的算法软件，该软件将接收到的pH值信号与设定的pH值进行比较，在特定算法下，获得控制指令，PLC控制器依据控制指令对变频器的频率进行调整。

本实施例中计量加药单元为注药泵，通过变频器调整注药泵的转速，控制注药量。

本实施例中注药泵为多台，模糊控制单元还可以依据控制指令直接控制注药泵的启闭。

本实施例的远程控制单元，用于远程自动或手动控制pH值的测定与调节，包括了操作员站、远程监控站、DCS系统，操作员站与模糊控制单元连接，远程监控站与操作员站连接，DCS系统与远程监控站连接，其中操作员站与远程监控站之间有防火墙。在本装置中传送的pH值信号以及产生的控制指令，均可以通过模糊控制单元传送到操作员站，再由操作员站传送到远程监控系统，并由远程监控系统传送到DSC系统，同时，远程控制指令也能通过操作员站传递至模糊控制单元，使操作人员即便在远离装置的办公区域，也可对本装置进行监控。

本实施例中实现pH实时、闭环、在线测量与调整pH值的步骤如下

1)预处理：待测溶液经过降温降压，油水分离过滤后得到待测样水；

2)测量样水pH值，获得包含有pH值的信号，并发送至模糊控制单元；

3)模糊控制单元接受所述pH值信号，由模糊推理模块将接收的pH值信号与预设pH值进行比较，获得控制指令；

4)模糊控制单元根据所述控制指令调整变频器频率，计量加药单元调整注药量；

重复步骤上述步骤直至测得pH值与预设pH值一致。

5)pH值的远程控制：操作人员还可通过远程控制单元对装置进行远程监测与控制，控制方法为自动或手动。

本实施例中使用的pH计，内置温度传感器，能完成pH值和温度的测量、温度自动补偿、仪表自检等多种功能，在0-99.9℃能自动进行温度补偿；信号标准为4-20Am，可方便联入计算机进行监测，除传统的一点和两点标定方法外，还有手动输入零点E0、斜率S和已知pH值标定，在各种情况下均可使用。

本实施例模糊控制的实现是通过模糊控制器运算，经PLC实现模糊自整定PID控制，控制变频器频率以调节注药泵转速，达到对pH值的稳定控制，PLC使用modbus协议通过PPI电缆和上位机组态软件连接。在这个系统中PID控制器是PLC，模糊推理系统由上位机软件来实现。本模糊自整定PID控制系统控制原理图如图2所示。其中变量K1表示e，K2表示ec，K3表示△Kp，K4表示△Ki，K5表示△Kd。

(1)当e较大时，为使系统获得具有较好的跟踪性能，Kp应取较大值，Kd应取较小值，为避免系统响应出现大的超调，应对积分环节Kd进行限制，通常Ki＝0；

(2)当e处于中等大小时，为使系统响应获得较小的超调，Kp应取较小值，此时，Kd的取值对系统响应的影响较大，Ki也要适当取值；

(3)当e较小时，为使系统获得较好的稳定性能，Kp与Ki均较大值，为避免系统在设定值附近出现振荡，Kd取值的选择根据ec判断，ec绝对值较大时，Kd取较小值，通常情况Kd应取中等大小值。

模糊自整定PID控制的实质是参数可以自整定的PID控制，它是通过计算当前系统误差e以及误差的变化率ec，利用确定好的模糊控制规则完成模糊推理，通过查询模糊矩阵实现对P、I、D参数的调整。本实施例中来自于pH计的值r(k)与设定值y(k)的差是系统误差e(k)，ec(k)是系统误差的变化率。

本实施例中远程控制系统可包括现场手动控制，远程手动控制，远程自动控制三种控制模式。手动模式是在pH计不正常工作，短时不能恢复，设备需要运行时启用。pH计正常工作时，系统自动控制pH值。手动控制方法如下：

pH<6.3时，pH值过酸性，设定变频器频率为20HZ，频率(粗调)过600秒加1HZ调整pH，频率超过40HZ设备保持频率40HZ运行；

②6.3<pH<6.7时，pH值偏酸性，频率(微调)过600秒加0.1HZ，调整pH；

③6.7<pH<7.3时，pH在正常范围内，设备在期望频率(比如20HZ)就是手动模式下给定频率运行不调节；

④7.3<pH<7.7时，pH值偏碱性，频率(微调)过600秒减0.1HZ，调整pH；

⑤pH>7.7时，pH值过碱性，频率(粗调)过600秒减1HZ调整pH；

⑥pH>8时，pH值过碱性，延时(分钟可调)停泵，pH<8时延时10秒启泵；

⑦频率低于10HZ设备保持频率10HZ运行；

⑧如果pH值变化过快，增大调节周期稳定pH值；如果pH值长期稳定在偏酸状态下运行(6.5)，适当增加期望频率(21HZ)；如果pH值长期稳定在偏碱状态下运行(7.5)，适当减小期望频率(19HZ)；这样通过运行过程中适当调节期望频率，可以有效控制pH值接近标准pH值7。

⑨如果pH值停留非正常范围内变化过慢，减小调节周期稳定pH值。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，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 (10)

1.一种pH监测控制装置，其特征在于，包括：

pH获取单元，连接有模糊控制单元，所述pH获取单元用于测量样水pH值并将包含有pH值的信号传送至模糊控制单元；

模糊控制单元，用于接收所述信号，获得控制指令、并根据所述控制指令调节变频器的频率；

计量加药单元，连接所述变频器，用于根据所述变频器频率调整注药量。

2.根据权利要求1所述的pH监测控制装置，其特征在于，所述pH获取单元包括pH检测计和pH变送器，pH检测计测得pH值经pH变送器将所述信号传送至模糊控制单元。

3.根据权利要求1所述的pH监测控制装置，其特征在于，所述模糊控制单元内置模糊推理模块，用于获得所述控制指令。

4.根据权利要求1所述的pH监测控制控制装置，其特征在于，还包括预处理单元，所述预处理单元安装在pH获取单元之前，用于待测溶液的降温降压和过滤分离，获得待测样水。

5.根据权利要求1所述的pH监测控制装置，其特征在于：还包括远程控制单元，用于发送远程控制指令，远程监控pH值。

6.根据权利要求5所述的pH监测控制装置，其特征在于：远程控制方式为自动或手动。

7.根据权利要求6所述的pH监测控制装置，其特征在于：所述远程控制单元包括：操作员站、远程监控站、DCS系统；操作员站与模糊控制单元连接，远程监控站与操作员站连接，DCS系统与远程监控站连接，其中操作员站与远程监控站之间有防火墙。

8.一种pH监测控制方法，采用权利要求1-7任一项所述的pH监测控制装置，其特征在于，包括以下步骤：

1)测量样水pH值，获得包含有pH值的信号，并发送至模糊控制单元；

2)模糊控制单元接受所述pH值信号，由模糊推理模块将接收的pH值信号与预设pH值进行比较，获得控制指令；

3)模糊控制单元根据所述控制指令调整变频器频率，计量加药单元调整注药量；

重复步骤上述步骤直至测得pH值与预设pH值一致。

9.根据权利要求8所述的方法：其特征在于，还包括预处理步骤，待测溶液经降温降压、过滤分离后获得待测样水。

10.根据权利要求8所述的方法：其特征在于，还包括远程监控步骤。