CN110926200B

CN110926200B - 一种蒸汽干燥装置控制方法、系统与应用

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Publication number: CN110926200B
Application number: CN201911296636.4A
Authority: CN
Inventors: 李瑛�; 段燕飞; 王婷; 王洪亮; 郑祥胜; 史明利; 张喆; 吴海登
Original assignee: INNER MONGOLIA JUNZHENG CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: INNER MONGOLIA JUNZHENG CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: CN110926200A

Abstract

本发明涉及化工生产技术领域，具体涉及一种蒸汽干燥装置控制方法、系统与应用。本发明控制方法包括：(1)获取第一生产数据包，通过睿首智能优化控制系统对第一生产数据包进行计算、限幅后获得出料口温度设定值；(2)获取第二生产数据包和第三生产数据包，通过睿首智能优化控制系统对生产数据包分别进行计算、限幅后获得进料阀阀值、主蒸汽阀阀值；第二生产数据包和第三生产数据包中均包括出料口温度设定值；(3)通过睿首智能优化控制系统将进料阀阀值和主蒸汽阀阀值形成控制指令并发送给蒸汽干燥装置以控制其运行；重复上述步骤，使所述蒸汽干燥装置的干燥床温度保持稳定。本发明自控率高、终产物含水量控制精度高、操作人员劳动强度小。

Description

一种蒸汽干燥装置控制方法、系统与应用

技术领域

本发明涉及化工生产技术领域。具体地说，涉及一种蒸汽干燥装置控制方法、系统与应用。

背景技术

目前，化工行业干燥工艺中对干燥装置的控制多依赖手动控制，由现场操作员根据大量采集的现场历史数据进行分析、建模、寻找装置特性及控制算法才能较好的控制干燥工艺过程，并配合手动频繁检测产品质量、及时反馈给生产控制人员以进行干燥过程的实时调控。

尤其在聚氯乙烯(PVC)生产行业，干燥工艺主要利用传统旋风干燥工艺，旋风干燥床控制方式均采用手动控制，干燥床控制温度波动大，水分指标不稳定，而干燥过程温度控制的精度决定树脂含水量的控制精度，干燥床末段温度(控制点)的波动大小直接影响树脂的含水率和树脂的质量。而温度波动往往是由于物料温度、含水率、蒸汽波动、风量波动、风温波动、操作工水平等一系列扰动因素综合所致，并且各变量之间存在严重耦合性，时滞性大，即使部分回路投入自动，但抗干扰性也非常差，故而常规PID根本无法满足如此复杂的工况，对PVC的干燥更依赖于大量采集现场历史数据进行分析、建模、寻找装置特性并采用先进的控制算法才能较好的控制该干燥工艺过程。因此生产过程中，要求现场人员频繁手动检测PVC树脂挥发份，DCS操作人员收到现场人员反馈后，手动调整生产系统，以稳定PVC树脂挥发份。而此传统工艺及操作不仅反馈滞后、劳动强度大、自动化程度低，并且人工检测挥发份误差较大，极大的影响时时挥发份数据反馈的准确性。

因此，需要研究一种新的干燥系统优化控制工艺以解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种自控率高、终产物含水量控制精度高、操作人员劳动强度小的蒸汽干燥装置控制方法。

为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：

一种蒸汽干燥装置控制方法，包括：

(1)获取蒸汽干燥装置的第一生产数据包，通过睿首智能优化控制系统对所述第一生产数据包进行计算、限幅后获得所述蒸汽干燥装置的出料口温度设定值；

(2)获取所述蒸汽干燥装置的第二生产数据包和第三生产数据包，通过所述睿首智能优化控制系统对所述第二生产数据包进行计算、限幅后获得进料阀阀值，通过所述睿首智能优化控制系统对所述第三生产数据包进行计算、限幅后获得主蒸汽阀阀值；所述第二生产数据包和所述第三生产数据包中均包括所述出料口温度设定值；

(3)通过所述睿首智能优化控制系统将所述进料阀阀值和所述主蒸汽阀阀值形成控制指令并发送给所述蒸汽干燥装置；

(4)所述蒸汽干燥装置依所述控制指令进行运行；

重复上述步骤，以更新的所述控制指令控制所述蒸汽干燥装置的运行，使所述蒸汽干燥装置的干燥床温度保持稳定。

本发明所述的睿首(RASO)智能优化控制系统购自北京凯米优化科技股份有限公司。

优选的，本发明的蒸汽干燥装置为旋风干燥设备。

蒸汽干燥生产中进料及蒸汽阀的调节关系到整个产品的产量及产品质量，本发明的控制方法通过优化控制方式，随生产过程的进行重复采集特定生产数据，以随生产条件的实时变化获得最优的控制参数，使得干燥床的温度稳定，解决了进料量和蒸汽需求之间的匹配问题，实现了系统闭环前馈调整，稳定了产品质量，并极大地提升了自动化控制水平，减轻了人员劳动强度，对行业工艺技术进步具有重要的意义。

本发明的控制方法中，所述第一生产数据包包括：干燥终产物含水量预设值、干燥终产物含水量软测量值、干燥终产物含水量值和所述蒸汽干燥装置的出料口温度。

现有技术中待出料口温度控制稳定后，由操作人员人为将其与实际干燥终产物含水量对应起来，以期得到最理想的产品质量，此方式受人为因素影响大，存在不确定性，为此，本发明优化了蒸汽干燥装置的出料口温度控制点，通过睿首智能优化控制系统的通用优化控制模块的自寻优功能，对生产中的特定数据进行分析，并以一定步长对温度控制点(出料口温度设定值)进行自寻优，接受产品含水量化验值的反馈，以达到最佳温度控制点的设置。

所述步长(获取数据包更新控制指令的时间间隔)可根据实际生产时终产品的质量波动进行动态调整，当终产品质量稳定时，可将步长增大，当终产品质量波动大时，可将步长缩短。优选步长既保证终产品质量的稳定，又是系统安全稳定运行的基础。

所述自寻优指不断根据数据包的实时数据变化计算获得适于实时生产的控制指令。

在初始生产时，干燥终产物含水量软测量值、干燥终产物含水量值和蒸汽干燥装置的出料口温度以历史经验值作为第一生产数据包中的初始数据直至出料口温度控制稳定。

本发明的控制方法中，所述干燥终产物含水量软测量值以软测量模型对所述蒸汽干燥装置的出料口温度、所述蒸汽干燥装置的各离心机电流值和加热所述干燥床的热量计算获得。加热所述干燥床的热量为干燥床升温所需热量。

应用软测量模型能够为生产提供有效的参考，克服实时仪表波动大的缺点，应用于自动控制、在线优化，有效的增强了生产安全性与稳定性。本发明应用了先进的软测量技术、大数据建模技术，通过对本发明特别选择的参数进行运算能够实现产品含水量的实时准确测量。本发明的软测量模型购自北京凯米优化科技股份有限公司。

本发明的控制方法中，步骤(1)中所述限幅的参数为干燥终产物含水量的波动预设值。

本发明步骤(1)中通过设定限幅，既可保证生产安全又可控制干燥的速率，使产品质量更加均一稳定。

本发明的控制方法中，所述第二生产数据包还包括：所述蒸汽干燥装置的浆料槽料位、所述蒸汽干燥装置的各离心机电流值、所述蒸汽干燥装置的风温、所述蒸汽干燥装置的风量(风量为干燥系统中鼓风机的风量)、所述蒸汽干燥装置的出料口温度和所述蒸汽干燥装置的进料口温度。

进料的调节关系到整体产量的实现，同时严重影响着产品质量，本发明将其作为随动控制，随离心机负荷、出料口温度(干燥床出口温度)等变量的变化而进行实时调节，充分考虑了温度的滞后性，获得了更精准的控制效果。

本发明的控制方法中，步骤(2)中获得所述进料阀阀值时，限幅的参数为所述蒸汽干燥装置的进料阀安全阀位和离心机电流安全值，从而在精准控制的同时，保证了干燥系统的运行安全性。

本发明的控制方法中，所述第三生产数据包还包括：所述蒸汽干燥装置的出料口温度、所述蒸汽干燥装置的进料量、所述蒸汽干燥装置的蒸汽压力、所述蒸汽干燥装置的风温、所述蒸汽干燥装置的风量、所述蒸汽干燥装置的各离心机电流值和所述蒸汽干燥装置的塔底温度。

目前常用的DCS系统上采用的是PID单回路控制，无法适应来料的变化，也无法对蒸汽进行解耦，一旦有扰动，各个蒸汽阀频繁调节很难回到稳定的状态。本发明通过睿首智能优化控制系统中的通用优化控制模块、通用解耦模块和通用在线建模模块对生产中的多个特定数据进行分析计算，并进一步对蒸汽干燥装置进行控制，解决了现有技术中的此问题，获得了对终产品质量更精准的控制效果。

本发明的控制方法中，步骤(2)中获得所述主蒸汽阀阀值时，限幅的参数为所述蒸汽干燥装置的主蒸汽阀安全阀位、离心机电流安全值和塔底温度安全值，既保证精准控制又保证干燥系统的安全运行。

本发明的另一目的是提供一种有效实现上述控制方法的蒸汽干燥装置控制系统，其包括：

睿首智能优化控制系统和DCS控制系统，所述睿首智能优化控制系统通过OPC通讯或MODBUS通讯与所述DCS控制系统双向对接；所述DCS控制系统用于采集蒸汽干燥装置的生产数据并发送给所述睿首智能优化控制系统，所述睿首智能优化控制系统用于根据所述生产数据计算所述蒸汽干燥装置的进料阀阀值及主蒸汽阀阀值并发出控制指令；

和/或，所述控制指令通过所述睿首智能优化控制系统或所述DCS控制系统发送给所述蒸汽干燥装置；当所述控制指令通过所述DCS控制系统发送时，所述睿首智能优化控制系统对所述DCS控制系统发送的所述控制指令进行实时跟踪。

本发明控制系统使睿首智能优化控制系统与DCS控制系统能够有效相互配合，解决了蒸汽干燥系统中手动控制繁琐、产品水分含量不稳定的问题。

本发明的蒸汽干燥装置控制系统的控制策略总体有三部分：基于经典控制理论的反馈控制；基于华罗庚的优选学的多维自寻优算法；基于大数据统计分析的自学习算法，通讯协议支持MODBUS模式及OPC模式。

优选地，在实际应用中，在每一条干燥生产线均设置一套本发明的蒸汽干燥装置控制系统。

本发明的又一目的是提供一种上述控制方法或控制系统在干燥聚氯乙烯(PVC)时的应用。

本发明尤其适于提升传统PVC旋风干燥工艺的挥发份自动化控制水平，以干燥床出口温度(出料口温度)为核心控制点，充分考虑到进料、热风(蒸汽)对于旋风干燥床温度的影响，以进料口温度作为前馈，通过RASO技术对于突变、时变、趋势等考虑，稳定干燥床温度(R±0.5℃)，解决了进料量和蒸汽需求之间的匹配问题，实现了系统闭环前馈调整，使树脂成品平均水分稳定控制在0.3±0.05％范围内，稳定了产品挥发份指标，并极大的提升了自动化控制水平，减轻了人员劳动强度，对行业工艺技术进步具有重要的意义。

本发明的有益效果至少在于：

本发明根据蒸汽干燥生产系统的特点，采用睿首智能优化控制系统对实时采集的特定生产数据进行处理，获得干燥系统进料阀、主蒸汽阀的最优阀值，全自动运行并自动寻优、调节生产系统，实现了：

1、出料口温度的精准控制(R±0.5℃)，出口温度曲线平稳，同时减少了主控人员调节自控阀的频次；

2、提高了产品品质，使得终产品的含水率保持稳定(R±0.05％)；

3、使空气加热器升温主蒸汽阀位稳定在R±10％，从而保证了气流管底部温度稳定，最大程度的降低蒸汽和风机能耗的消耗；

4、使系统自动化程度显著提高，有效减轻了人员操作强度，同时减少了操作人员技能参差不齐导致的人为系统波动。

附图说明

图1为本发明睿首智能优化控制系统获得蒸汽干燥装置的出料口温度设定值的示意图；

图2为本发明睿首智能优化控制系统获得进料阀阀值的示意图；

图3为本发明睿首智能优化控制系统获得主蒸汽阀阀值的示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本实施例提供一种以本发明的蒸汽干燥控制方法干燥PVC的实例。

将以常规聚合釜方法制备排出的PVC浆料(含水质量分数约80％)，经过离心机分离大部分水分后得到的湿PVC含水质量分数20％-25％，再经螺旋输送器形成高湿度滤饼，送到旋风干燥设备(蒸汽干燥装置)。

将睿首智能优化控制系统通过OPC通讯与PVC干燥DCS系统双向对接，通过DCS系统实时采集现场生产数据，经过睿首智能优化控制系统决策后发出控制指令，再通过DCS系统下达到旋风干燥设备并对DCS控制系统发送的控制指令进行实时跟踪，实现对现场设备进行实时控制、优化控制。

具体生产步骤如下：

(1)睿首智能优化控制系统投运且通讯正常，设定PVC终产物含水量的波动预设值为0.25％-0.35％，作为旋风干燥设备的出料口温度限幅参数；设定旋风干燥设备的进料阀安全阀位为45％-75％、离心机电流安全值为210A-310A，作为旋风干燥设备的进料阀阀值限幅参数；设定旋风干燥设备的主蒸汽阀安全阀位为0％-80％、塔底温度安全值为≤155℃，并与离心机电流安全值一同作为旋风干燥设备的主蒸汽阀阀值限幅参数。

(2)初始生产时，设定PVC终产物含水量预设值为0.3％(生产中实时更新的含水量预设值为0.1％-0.4％)，并根据历史经验值设定PVC终产物含水量软测量值为0.25％(生产中实时更新的含水量软测量值为0.2％-0.4％)、PVC终产物含水量值为0.2％(生产中实时更新的含水量值为0.1％-0.4％)、旋风干燥设备的出料口温度为50℃(生产中实时更新的出料口温度为35℃-70℃)。至出料口温度控制稳定后再采用DCS系统实时采集的现场生产数据。通过睿首智能优化控制系统对上述数据进行计算、限幅后获得旋风干燥设备的出料口温度设定值(睿首智能优化控制系统获得蒸汽干燥装置的出料口温度设定值的示意图参见图1)，将该值通过DCS系统下达到旋风干燥设备。

所述PVC终产物含水量软测量值以北京凯米优化科技股份有限公司的软测量模型对旋风干燥设备的出料口温度、旋风干燥设备的各离心机电流值和加热干燥床的热量计算获得。

(3)设定旋风干燥设备的浆料槽料位为25％(生产中实时更新的浆料槽料位为20％-30％)、旋风干燥设备的离心机电流值分别为230A、250A(生产中实时更新的离心机电流值为200A-310A)、旋风干燥设备的风温为15℃(生产中实时更新的风温为10℃-20℃)、旋风干燥设备的风量为80000m³/h(生产中实时更新的风量为70000m³/h-110000m³/h)、旋风干燥设备的进料口温度为85℃(生产中实时更新的进料口温度为75℃-85℃)。通过睿首智能优化控制系统对上述数据及旋风干燥设备的出料口温度和步骤(2)中获得的旋风干燥设备的出料口温度设定值进行计算、限幅后获得进料阀阀值(睿首智能优化控制系统获得进料阀阀值的示意图参见图2)，将该值通过DCS系统下达到旋风干燥设备。

(4)设定旋风干燥设备的进料量为50m³/h(生产中实时更新的进料量为35m³/h-50m³/h)、旋风干燥设备的蒸汽压力为0.8Mpa(生产中实时更新的蒸汽压力为0.75Mpa-0.9Mpa)、旋风干燥设备的塔底温度为155℃(生产中实时更新的塔底温度为145℃-155℃)，通过睿首智能优化控制系统对上述数据及旋风干燥设备的出料口温度、旋风干燥设备的风温、旋风干燥设备的风量、旋风干燥设备的各离心机电流值和步骤(2)中获得的旋风干燥设备的出料口温度设定值进行计算、限幅后获得主蒸汽阀阀值(睿首智能优化控制系统获得主蒸汽阀阀值的示意图参见图3)，将该值通过DCS系统下达到旋风干燥设备。

(5)旋风干燥设备依上述控制指令进行运行。

重复上述步骤(2)-(5)，睿首智能优化控制系统以DCS系统实时采集的各现场生产数据为依据，计算获得各控制指令控制旋风干燥设备的运行。更新控制指令的时间间隔根据实际生产时终产品的质量波动进行动态调整，当终产品质量稳定时，将步长增大，当终产品质量波动大时，将步长缩短。本实施例的步长为水分设定点±0.05％。

本实施例系统运行中旋风干燥设备的干燥床温度为40℃-55℃，变化幅度小。进料流量波动为3m³/h-5m³/h。PVC产物含水量大致为0.25％-0.35％之间，产品指标稳定。

通过本实施例的方法，产品水分控制精度、水分分布集中度均有提高，水分均值为0.27％，水分为0.25％-0.35％的占比达到61.4％。

对比例1

本对比例提供一种传统手动控制旋风干燥设备进行PVC干燥的实例。将以常规聚合釜方法制备排出的PVC浆料(含水质量分数约80％)，经过离心机分离大部分水分后得到的湿PVC含水质量分数20％-25％，再经螺旋输送器形成高湿度滤饼，送到旋风干燥设备。PVC终产物目标含水量为0.3±0.05％。

根据生产经验，设定离心机进料阀位开度为50％，升温蒸汽阀位80％，并依据现场快速水分分析仪检测的PVC水分，调整蒸汽阀位开关，PVC水分波动在0-0.6％，蒸汽阀位调整频繁、人员劳动强度大。

手动状态下，操作人员需根据经验对当前工况进行负荷调整。由于终产品干燥水分允许范围较小，所以操作人员一般会小幅度操作，并观察当前状态再进一步操作，这造成现场水分易长时间过高或过低的现象，不利于产品质量的稳定。

对比例2

本对比例提供一种传统手动控制旋风干燥设备进行PVC干燥的实例。

将以常规聚合釜方法制备排出的PVC浆料(含水质量分数约80％)，经过离心机分离大部分水分后得到的湿PVC含水质量分数20％-25％，再经螺旋输送器形成高湿度滤饼，送到旋风干燥设备。PVC终产物目标含水量为0.3±0.05％。

根据生产经验，设定升温蒸汽阀位80％，离心机进料阀位开度为50％，控制旋风干燥设备的塔底部温度155℃、干燥床中部温度为30-70℃，根据现场快速水分分析仪检测的PVC水分含量，结合气流管底部温度及干燥床中部温度变化情况，调整蒸汽阀位开关，PVC水分波动在0-0.5％，蒸汽阀位调整频繁、人员劳动强度大。

对比例3

以常规DCS控制系统，设定离心机进料阀下限20％，离心机进料阀上限80％，蒸汽阀下限0％，蒸汽阀上限100％，根据在线水分分析仪数据，结合生产经验人工调整离心机进料阀门及蒸汽阀门。进料流量波动为10m³/h-15m³/h，干燥气流管温度波动为15℃-20℃，两者波动均较大，PVC水分波动在0-0.6％。水分均值为0.189％，PVC水分小于0.2％占比70％(产品静电大)，PVC水分大于0.4％占比5％(PVC水分国家标准小于0.4％)，水分为0.25％-0.35％的占比16.9％。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种蒸汽干燥装置控制方法，其特征在于，包括：

所述第一生产数据包包括：干燥终产物含水量预设值、干燥终产物含水量软测量值、干燥终产物含水量值和所述蒸汽干燥装置的出料口温度；

所述第二生产数据包还包括：所述蒸汽干燥装置的浆料槽料位、所述蒸汽干燥装置的各离心机电流值、所述蒸汽干燥装置的风温、所述蒸汽干燥装置的风量、所述蒸汽干燥装置的出料口温度和所述蒸汽干燥装置的进料口温度；

所述第三生产数据包还包括：所述蒸汽干燥装置的出料口温度、所述蒸汽干燥装置的进料量、所述蒸汽干燥装置的蒸汽压力、所述蒸汽干燥装置的风温、所述蒸汽干燥装置的风量、所述蒸汽干燥装置的各离心机电流值和所述蒸汽干燥装置的塔底温度；

(4)所述蒸汽干燥装置依所述控制指令进行运行；

重复上述步骤(1)至步骤(4)，以更新的所述控制指令控制所述蒸汽干燥装置的运行，使所述蒸汽干燥装置的干燥床温度保持稳定。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述干燥终产物含水量软测量值以软测量模型对所述蒸汽干燥装置的出料口温度、所述蒸汽干燥装置的各离心机电流值和加热所述干燥床的热量计算获得。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤(1)中获得所述蒸汽干燥装置的出料口温度设定值时，限幅的参数为干燥终产物含水量的波动预设值。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤(2)中获得所述进料阀阀值时，限幅的参数为所述蒸汽干燥装置的进料阀安全阀位和离心机电流安全值。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤(2)中获得所述主蒸汽阀阀值时，限幅的参数为所述蒸汽干燥装置的主蒸汽阀安全阀位、离心机电流安全值和塔底温度安全值。

6.一种实现根据权利要求1-5任一项所述的控制方法的蒸汽干燥装置控制系统，其特征在于，包括：

睿首智能优化控制系统和DCS控制系统，所述睿首智能优化控制系统通过OPC通讯与所述DCS控制系统双向对接；所述DCS控制系统用于采集蒸汽干燥装置的生产数据并发送给所述睿首智能优化控制系统，所述睿首智能优化控制系统用于根据所述生产数据计算所述蒸汽干燥装置的进料阀阀值及主蒸汽阀阀值并发出控制指令给所述蒸汽干燥装置；或者，所述控制指令通过所述DCS控制系统发送给所述蒸汽干燥装置；当所述控制指令通过所述DCS控制系统发送时，所述睿首智能优化控制系统对所述DCS控制系统发送的所述控制指令进行实时跟踪。

7.根据权利要求1-5任一项所述的控制方法或根据权利要求6所述的控制系统在干燥聚氯乙烯时的应用。