CN114455221A - 一种带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统及方法，该系统包括常压储罐、补氮系统、泄氮系统及顶压控制系统；补氮系统包括物料流量变送器、氮气流量变送器及补氮调节阀；泄氮系统包括压力变送器、泄氮调节阀及呼吸阀，补氮时，物料调节器根据氮气调节器输出的氮气流量差值和物料流量变送器检测的物料流量值之差控制氮气调节阀的开度，以调节氮气流量；泄氮时，当常压储罐罐顶的压力升高至泄氮调节阀开启联锁值时，打开泄氮调节阀，使常压储罐向外泄放气体，当常压储罐罐顶的压力泄放后降至所述泄氮调节阀关闭联锁值时，关闭泄氮调节阀，从而控制常压储罐罐顶压力稳定。

Description

一种带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统及方法

技术领域

本发明涉及带氮封常压储罐控制技术领域,具体涉及一种带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统及方法。

背景技术

目前，带氮封的常压储罐罐顶压力控制采用顶压与补氮调节阀的分程控制，虽然在化工生产的大多数控制要求中，这种简单的单回路控制系统是能够满足工艺生产要求的。

但对于常压储罐来说上述的顶压控制方式有它的不适用性，因为常压储罐顶压的控制范围非常窄，一般为0-2kPa，且出料致使的顶压变化有一定的响应时间，这就决定了单回路调节的滞后性，又因单回路调节方式固有的通道时间常数大和控制作用不及时特性，致使此种控制方式的储罐顶部压力波动较大。有时甚至会因为压力低造成呼吸阀动作吸入空气使储罐内形成爆炸性气体混合物，形成重大的火灾或爆炸安全隐患。若为避免这种滞后性而刻意提高补氮的压力联锁值又会造成压力超上限值和氮气的巨大浪费。

因此，上述的顶压控制方式存在补氮不及时而致顶压频繁波动，甚至压力波动超出正常控制范围的技术问题，这对于常压储罐的安全运行极为不利。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统及方法，实现了补氮及泄氮过程中常压储罐罐顶压力稳定。

本发明第一方面提供一种带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统，该系统包括常压储罐、补氮系统及顶压控制系统；所述补氮系统包括物料流量变送器、氮气流量变送器及补氮调节阀；所述氮气流量变送器的一端与氮气输入管道连接，所述氮气流量变送器的另一端与所述常压储罐灌顶的进气口连接，用于检测所述氮气输入管道向所述常压储罐内补充的氮气流量；所述物料流量变送器与所述常压储罐的出料口连接，用于检测所述常压储罐输出的物料流量；所述补氮调节阀安装于所述氮气输入管道上，用于调节所述氮气输入管道向所述常压储罐内补充的氮气流量；所述顶压控制系统包括物料调节器及氮气调节器，所述氮气调节器的输入端与所述氮气流量变送器连接，所述氮气调节器的输出端连接所述物料调节器，用于获取氮气流量设定值以及所述氮气流量变送器检测到的氮气流量，计算所述氮气流量设定值以及检测到的氮气流量之间的氮气流量差值，并传输给所述物料调节器；所述物料调节器的输入端分别与所述氮气调节器、所述物料流量变送器连接，所述物料调节器的输出端与所述补氮调节阀连接，用于根据所述氮气调节器输出的氮气流量差值和所述物料流量变送器检测的物料流量值之差控制氮气调节阀的开度，以调节氮气流量，使补氮时常压储罐罐顶的压力稳定。

进一步的，补氮时，当所述氮气流量变送器检测到的氮气流量不变时，所述氮气调节器的输出不变，所述物料调节器根据所述氮气调节器输出的不变的氮气流量差值和所述物料流量变送器检测的物料流量值之差控制所述补氮调节阀的开度改变，使氮气流量向氮气流量设定值靠近；当所述氮气流量变送器检测到的氮气流量发生变化时，所述氮气调节器13的输出发生改变，所述物料调节器根据所述氮气调节器输出的改变的氮气流量差值以及所述物料流量变送器检测的物料流量值之差控制所述补氮调节阀的开度改变，直至氮气流量重新恢复到氮气流量设定值。

进一步的，所述常压储罐罐顶压力控制系统还包括泄氮系统，所述泄氮系统包括压力变送器和泄氮调节阀，所述压力变送器与所述常压储罐灌顶连接，用于采集常压储罐灌顶的压力；所述泄氮调节阀与所述常压储罐灌顶的出气口连接，用于调节所述常压储罐泄放的气体流量。

进一步的，所述压力变送器还与所述泄氮调节阀连接。

进一步的，泄氮时，当所述常压储罐罐顶的压力升高至所述泄氮调节阀开启联锁值时，打开泄氮调节阀，使所述常压储罐向外泄放气体，当所述常压储罐罐顶的压力泄放后降至所述泄氮调节阀关闭联锁值时，关闭泄氮调节阀。

进一步的，所述泄氮系统还包括呼吸阀，所述呼吸阀安装于所述常压储罐灌顶，用于在所述压力变送器与所述泄氮调节阀之间发生异常，或者所述常压储罐内压力异常升高时，使所述常压储罐向外泄放气体。

本发明第二方面提供一种带氮封的常压储罐罐顶压力控制方法，该方法包括：物料流量变送器检测常压储罐输出的物料流量，并传输给物料调节器；物料调节器判断物料流量变送器检测到的物料流量是否为零；若物流流量不为零，则物料调节器根据氮气调节器输出的氮气流量设置值以及物料流量之间的差值控制补氮调节阀打开，以向常压储罐内补充氮气；氮气流量变送器检测向常压储罐内补充的氮气流量并传输给氮气调节器；氮气调节器判断氮气流量是否发生变化。

当氮气流量不发生变化时，所述氮气调节器将氮气流量设定值与氮气流量之间的不变的氮气流量差值输出给物料调节器，物料调节器根据不变的氮气流量差值和物料流量变送器检测的物料流量之间的差值控制补氮调节阀开度改变，以使氮气流量向氮气流量设定值靠近。

当氮气流量发生变化时，氮气调节器将氮气流量设定值与氮气流量之间的改变的氮气流量差值输出给物料调节器；物料调节器根据改变的氮气流量差值和物料流量变送器检测的物料流量之间的差值控制补氮调节阀开度，以使氮气流量重新恢复到氮气流量设定值。

进一步的，该方法还包括：压力变送器实时检测常压储罐罐顶的压力；判断常压储罐罐顶的压力是否达到泄氮调节阀开启联锁值；若达到，则开启泄氮调节阀，使常压储罐向外泄放气体；待一段时间后，判断常压储罐罐顶的压力是否达到泄氮调节阀关闭联锁值；若达到，则关闭泄氮调节阀，实现常压储罐泄氮。

上述的常压储罐罐顶压力控制系统及方法，对于扰动具有很强的抑制能力和自适应能力，克服干扰的能力大于单回路控制系统约10-100倍；节约氮气用量，实现补氮控制平稳，正常情况下不会造成氮气的异常泄放；调节质量高，反应速度快，缩短了调节时间，提高了系统的快速性。同时减小了控制对象的时间参数，提高了系统的响应速度。

附图说明

为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：

图1是本发明一实施例提供的带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的顶压控制系统的结构示意图；

图3是本发明另一实施例提供的一种带氮封的常压储罐罐顶压力控制方法流程图；

图4是；本发明另一实施例提供的另一种带氮封的常压储罐罐顶压力控制方法流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，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，都属于本发明保护的范围。

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的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

图1是本发明一实施例提供的带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统的结构示意图。请参阅图1，该带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统包括常压储罐7、补氮系统、泄氮系统及顶压控制系统，通过补氮控制系统实现常压储罐的补氮，通过泄氮控制系统实现常压储罐罐泄放。

常压储罐7的进料端连接有进料管道11，常压储罐7的出料端与物料输送泵8连接，物料输送泵用于输送常压储罐7输出的物料。

其中，补氮系统包括物料流量变送器1、氮气流量变送器2及补氮调节阀4。氮气流量变送器2的一端与氮气输入管道9连接，氮气流量变送器2的另一端与常压储罐7灌顶的进气口连接，用于检测氮气输入管道9向常压储罐7内补充的氮气流量。物料流量变送器1的一端与物料输送泵8连接，物料流量变送器1的另一端用于外接物料存储装置，用于检测常压储罐7输出的物料流量。补氮调节阀4安装于氮气输入管道9上，用于调节氮气输入管道9向常压储罐7内补充的氮气流量。

其中，泄氮系统包括压力变送器3和泄氮调节阀5。压力变送器3的一端与常压储罐灌顶连接，用于采集常压储罐灌顶压力。常压储罐灌顶的出气口连接有氮气输出管道10，氮气输出管道10用于外接废气处理设备，用于将常压储罐7泄放的气体输送至废气处理设备，以使废气处理设备对常压储罐7泄放的气体进行处理。泄氮调节阀5安装于氮气输出管道10上，用于调节常压储罐7泄放的气体流量。

图2是本发明一实施例提供的顶压控制系统的结构示意图。如图2所示，顶压控制系统包括物料调节器12及氮气调节器13，氮气调节器13的输入端与氮气流量变送器2的输出端连接，氮气调节器13的输出端连接物料调节器12，用于获取氮气流量设定值以及氮气流量变送器2检测到的氮气流量，计算氮气流量设定值与氮气流量变送器2检测到的氮气流量之间的氮气流量差值，并传输给物料调节器；物料调节器12的输入端分别与氮气调节器13的输出端、物料流量变送器1的输出端连接，物料调节器12的输出端与补氮调节阀4连接，用于根据氮气调节器13输出的氮气流量差值和物料流量变送器1检测的物料流量值之差，改变氮气调节阀的开度，直至使氮气流量达到氮气流量设定值。在补氮时，物料作为副对象，与物料流量变送器1和物料调节器组成副回路，氮气作为主对象，与氮气流量变送器2和氮气调节器组成主回路，当初始阶段，氮气流量不变，氮气调节器13的输出不变，物料调节器12就按照变化了的测量值和没变的设定值之差进行控制，改变补氮调节阀4的开度，使氮气流量向原来的设定值靠近，当氮气流量发生变化时，氮气调节器13不断改变着物料调节器12的设定值，物料调节器13就按照测量值与变化了的设定值之差对补氮调节阀4进行控制，直至氮气流量重新恢复到氮气流量设定值。氮气流量的设定值为物料流量乘以一个系数，此系数可依据储罐容积、物料特性及工艺需求经试值后确定。其中，氮气流量设定值为物料流量乘以一个系数，此系数可依据储罐容积、物料特性及工艺需求经试值后确定。

通过顶压控制系统，实现补入氮气量跟踪出料量，确保了常压储罐罐顶压力稳定无波动。

在一些实施例中，压力变送器3还与泄氮调节阀5连接，使罐顶的压力变送器3与泄氮调节阀5建立单回路，确保常压储罐罐顶的压力稳定。

在一些实施例中，氮气输出管道10外接的废气处理设备可为吸收塔吸收或尾气处理装置，通过吸收塔吸收或尾气处理装置治理后进行达标排放。

在一些实施例中，泄氮系统还包括呼吸阀6，呼吸阀6安装于常压储罐灌顶，用于在泄氮回路异常时，或常压储罐内压力异常升高时进行安全泄放，是常压储罐运行的紧急泄压装置，确保常压储罐安全运行。

上述的带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统的工作过程：

补氮时，当氮气流量变送器2检测到的氮气流量不变时，氮气调节器13输出的设定值不变，物料调节器12根据不变的输出值以及物料流量变送器1检测到常压储罐7输出的物料流量之差对补氮调节阀4进行控制，改变补氮调节阀4的开度，使氮气流量向氮气流量设定值靠近；当氮气流量变送器2检测到的氮气流量变化时，氮气调节器13的输出值改变，物料调节器12根据改变的输出至与物料流量变送器1检测的物料流量之差，控制补氮调节阀4开度，使氮气流量重新恢复到氮气流量设定值，实现了提前干预，补氮量通过顶压控制系统控制逐步恢复到设定值。这种在常压储罐7开始出料同时开始向常压储罐7内补入氮气，补入氮气量跟踪出料量的方式，确保了罐顶压力稳定无波动。

泄氮时，罐顶的压力变送器3与泄氮调节阀5建立单回路，当常压储罐罐顶的压力升高至泄氮调节阀5开启联锁值时，泄氮调节阀5动作使常压储罐7泄放气体，当常压储罐罐顶的压力泄放后降至泄氮调节阀5关闭联锁值时，泄氮调节阀5关闭。常压储罐泄放后的气体一般经过吸收塔吸收或尾气处理装置治理后进行达标排放。

在泄氮系统异常时，或常压储罐内压力异常升高时，呼吸阀6打开，使常压储罐进行安全泄放气体，确保常压储罐安全运行。

本发明提出的常压储罐罐顶压力控制系统抗干扰能力强，压力控制稳定，与补氮调节阀连接的双回路的顶压控制系统对于扰动具有很强的抑制能力和自适应能力，克服干扰的能力大于单回路控制系统约10-100倍。

本发明提出的常压储罐罐顶压力控制系统节约氮气用量，通过顶压控制系统实现补氮控制平稳，正常情况下不会造成氮气的异常泄放。

本发明提出的常压储罐罐顶压力控制系统调节质量高，反应速度快，通过顶压控制系统缩短了调节时间，提高了系统的快速性。同时减小了控制对象的时间参数，提高了系统的响应速度。

本发明提出的常压储罐罐顶压力控制系统安全性高，带氮封的常压储罐多为易燃易爆介质储罐，这种控制方式平稳，不会造成常压储罐罐顶的呼吸阀动作而吸入空气，消除了常压储罐运行中的重大安全隐患，提高了运行的安全性。

图3是本发明另一实施例提供的一种带氮封的常压储罐罐顶压力控制方法的流程图。如图3所示，带氮封的常压储罐罐顶压力控制方法包括以下步骤：

S101，物料流量变送器1检测常压储罐输出的物料流量，并传输给物料调节器12。

S102，物料调节器12判断物料流量变送器1检测到的物料流量是否为零。

S103，若物料流量不为零，则物料调节器12根据氮气调节器13输出的氮气流量设置值以及物料流量之间的差值控制补氮调节阀4打开，以向常压储罐内补充氮气。

S104，氮气流量变送器2检测氮气流量并传输给氮气调节器13。

S105，氮气调节器13判断氮气流量是否发生变化。

S105，当氮气流量不发生变化时，氮气调节器13将氮气流量设定值与氮气流量之间的不变的氮气流量差值输出给物料调节器12，物料调节器12根据不变的氮气流量差值以及物料流量变送器1检测的物料流量之间的差值控制补氮调节阀4开度改变，以使氮气流量向氮气流量设定值靠近。

S106，当氮气流量发生变化时，则氮气调节器13将氮气流量设定值与氮气流量之间的改变的氮气流量差值输出给物料调节器12；物料调节器12根据改变的氮气流量差值和物料流量变送器1检测的物料流量之间的差值控制补氮调节阀4开度改变，以使氮气流量重新恢复到氮气流量设定值，从而使得向常压储罐内补充氮气量恢复到设定值。

图4是本发明另一实施例提供的一种带氮封的常压储罐罐顶压力控制方法的流程图。如图4所示，带氮封的常压储罐罐顶压力控制方法还包括以下步骤：

S201，压力变送器3实时检测常压储罐罐顶的压力；

S202，判断常压储罐罐顶的压力是否达到泄氮调节阀5开启联锁值；

S203，若达到，则开启泄氮调节阀5，使常压储罐7向外泄放气体；

S204，待一段时间后，判断常压储罐罐顶的压力是否达到泄氮调节阀5关闭联锁值；

S205，若达到，则关闭泄氮调节阀5，实现常压储罐泄氮。

本发明提出的常压储罐罐顶压力控制方法，对于扰动具有很强的抑制能力和自适应能力，克服干扰的能力大于单回路控制系统约10-100倍；节约氮气用量，实现补氮控制平稳，正常情况下不会造成氮气的异常泄放；调节质量高，反应速度快，缩短了调节时间，提高了系统的快速性。同时减小了控制对象的时间参数，提高了系统的响应速度。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统，其特征在于，包括常压储罐、补氮系统及顶压控制系统；

所述补氮系统包括物料流量变送器、氮气流量变送器及补氮调节阀；

所述氮气流量变送器的一端与氮气输入管道连接，所述氮气流量变送器的另一端与所述常压储罐灌顶的进气口连接，用于检测所述氮气输入管道向所述常压储罐内补充的氮气流量；所述物料流量变送器与所述常压储罐的出料口连接，用于检测所述常压储罐输出的物料流量；所述补氮调节阀安装于所述氮气输入管道上，用于调节所述氮气输入管道向所述常压储罐内补充的氮气流量；

所述顶压控制系统包括物料调节器及氮气调节器，所述氮气调节器的输入端与所述氮气流量变送器连接，所述氮气调节器的输出端连接所述物料调节器，用于获取氮气流量设定值以及所述氮气流量变送器检测到的氮气流量，计算所述氮气流量设定值以及检测到的氮气流量之间的氮气流量差值，并传输给所述物料调节器；所述物料调节器的输入端分别与所述氮气调节器、所述物料流量变送器连接，所述物料调节器的输出端与所述补氮调节阀连接，用于根据所述氮气调节器输出的氮气流量差值和所述物料流量变送器检测的物料流量值之差控制氮气调节阀的开度，以调节氮气流量，使补氮时常压储罐罐顶的压力稳定。

2.根据权利要求1所述的带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统，其特征在于，补氮时，当所述氮气流量变送器检测到的氮气流量不变时，所述氮气调节器的输出不变，所述物料调节器根据所述氮气调节器输出的不变的氮气流量差值和所述物料流量变送器检测的物料流量值之差控制所述补氮调节阀的开度改变，使氮气流量向氮气流量设定值靠近；当所述氮气流量变送器检测到的氮气流量发生变化时，所述氮气调节器13的输出发生改变，所述物料调节器根据所述氮气调节器输出的改变的氮气流量差值以及所述物料流量变送器检测的物料流量值之差控制所述补氮调节阀的开度改变，直至氮气流量重新恢复到氮气流量设定值。

3.根据权利要求1所述的带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统，其特征在于，所述常压储罐罐顶压力控制系统还包括泄氮系统，所述泄氮系统包括压力变送器和泄氮调节阀，所述压力变送器与所述常压储罐灌顶连接，用于采集常压储罐灌顶的压力；所述泄氮调节阀与所述常压储罐灌顶的出气口连接，用于调节所述常压储罐泄放的气体流量。

4.根据权利要求3所述的带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统，其特征在于，所述压力变送器还与所述泄氮调节阀连接。

5.根据权利要求3所述的带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统，其特征在于，泄氮时，当所述常压储罐罐顶的压力升高至所述泄氮调节阀开启联锁值时，打开泄氮调节阀，使所述常压储罐向外泄放气体，当所述常压储罐罐顶的压力泄放后降至所述泄氮调节阀关闭联锁值时，关闭泄氮调节阀。

6.根据权利要求3所述的带氮封的常压储罐罐顶压力控制系统，其特征在于，所述泄氮系统还包括呼吸阀，所述呼吸阀安装于所述常压储罐灌顶，用于在所述压力变送器与所述泄氮调节阀之间发生异常，或者所述常压储罐内压力异常升高时，使所述常压储罐向外泄放气体。

7.一种带氮封的常压储罐罐顶压力控制方法，其特征在于，包括：

物料流量变送器检测常压储罐输出的物料流量，并传输给物料调节器；

物料调节器判断物料流量变送器检测到的物料流量是否为零；

若物流流量不为零，则物料调节器根据氮气调节器输出的氮气流量设置值以及物料流量之间的差值控制补氮调节阀打开，以向常压储罐内补充氮气；

氮气流量变送器检测向常压储罐内补充的氮气流量并传输给氮气调节器；氮气调节器判断氮气流量是否发生变化，基于判断结果控制补氮调节阀开度，以调节氮气流量。

8.根据权利要求7所述的带氮封的常压储罐罐顶压力控制方法，其特征在于，所述基于判断结果控制补氮调节阀开度，以调节氮气流量的步骤包括：

当氮气流量不发生变化时，所述氮气调节器将氮气流量设定值与氮气流量之间的不变的氮气流量差值输出给物料调节器，物料调节器根据不变的氮气流量差值和物料流量变送器检测的物料流量之间的差值控制补氮调节阀开度改变，以使氮气流量向氮气流量设定值靠近。

9.根据权利要求7所述的带氮封的常压储罐罐顶压力控制方法，其特征在于，所述基于判断结果控制补氮调节阀开度，以调节氮气流量的步骤还包括：

当氮气流量发生变化时，氮气调节器将氮气流量设定值与氮气流量之间的改变的氮气流量差值输出给物料调节器；物料调节器根据改变的氮气流量差值和物料流量变送器检测的物料流量之间的差值控制补氮调节阀开度，以使氮气流量重新恢复到氮气流量设定值。

10.根据权利要求7所述的带氮封的常压储罐罐顶压力控制方法，其特征在于，还包括：

压力变送器实时检测常压储罐罐顶的压力；

判断常压储罐罐顶的压力是否达到泄氮调节阀开启联锁值；

若达到，则开启泄氮调节阀，使常压储罐向外泄放气体；

待一段时间后，判断常压储罐罐顶的压力是否达到泄氮调节阀关闭联锁值；

若达到，则关闭泄氮调节阀，实现常压储罐泄氮。

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