CN118151699A - 用于变压吸附制氧系统的换热器出口温度自动调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于变压吸附制氧系统的换热器出口温度自动调控方法，通过检测环境空气的温度和湿度、换热器出口的排气压力和排气温度，并根据这些参数利用PLC系统使用Antonie方程计算出换热器出口露点值，通过比较换热器出口的排气温度和露点值来自动调节换热器冷却水的进水量，保证换热器出口温度始终高于露点值，从而保证了自动调节变压吸附制氧系统中吸附塔的进气温度始终高于露点值。本发明方法自动化程度高，无需人为干预，在保证分子筛安全的同时可节省人力成本。
Description
技术领域
本发明属于变压吸附制氧领域，具体涉及一种自动控制变压吸附制氧系统的换热器出口温度的方法。
背景技术
变压吸附制氧是将空气增压后经换热器降温然后进入锂基分子筛，由于氮气在分子筛上的吸附能力比氧气大得多，因此被优先吸附。吸附能力较弱的氧气则穿过分子筛，在气相中获得富集，从而得到富氧产品气。
锂基分子筛是变压吸附制氧的核心，但是由于其化学特性，锂基分子筛会因受潮损坏而失去吸附能力。空气通过换热器降温后温度可能会低于露点温度从而析出液态水导致分子筛损坏。
目前的变压吸附制氧机组缺少进气露点检测并根据露点温度自动调节换热器出口温度的方法。由于换热器出口温度不能根据空气露点进行自动调节，变压吸附系统的换热器出口容易析出液态水而损坏分子筛。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种用于变压吸附制氧系统的换热器出口温度自动调控方法，能够自动计算进气露点并根据露点自动调节换热器进水量以保证换热器出口无液态水析出。
进气露点温度与环境温度、环境湿度、工作压力、大气压力相关，进气露点可用这些参数由Antonie方程推导而出。
Antonie方程是一个三参数蒸汽压方程，其一般形式为：
上式中，P为温度T时的蒸汽压，单位Kpa；T为温度，单位℃；A、B、C为物性常数，不同物质对应于不同的A、B、C。
由Antonie方程可推导出如下方程式01：
其中T1为工作压力下的露点温度，P1为大气压，P2为工作压力，RH为进气湿度，T0为进气温度。
本发明通过在变压吸附制氧系统中设置鼓风机进气温湿度分析仪、换热器出口压力检测变送器检测进气参数。检测仪表通过4-20mA电流信号将参数送入可编程逻辑控制器(PLC)系统。PLC系统根据方程式01计算换热器出口气体露点。由方程式01可绘得图2的曲线，由该曲线可知露点随温度和湿度的升高而升高。
PLC系统会将露点值与换热器出口温度进行比较。如换热器出口温度低于“露点值+5℃”，PLC系统会调节换热器冷却水进水调节阀开度。
换热器出口温度与露点温度的差值进入PLC，通过算法实时调节冷却水进水调节阀开度。图3显示了换热器出口温度随露点温度自动调节的情况，当进气露点波动时，换热器冷却水进水阀会自动将换热器出口温度调节至露点值以上。
具体的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于变压吸附制氧系统的换热器出口温度自动调控方法，包括：
1)实时检测鼓风机进气的温度和湿度，并将进气温度和进气湿度送入PLC系统；
2)实时检测换热器出口的排气压力和排气温度，并将排气压力和排气温度送入PLC系统；
3)PLC系统根据方程式01计算露点温度T1：
其中，T1为工作压力下的露点温度，P1为大气压，P2为工作压力即换热器出口的排气压力，RH为进气湿度，T0为进气温度；
4)PLC系统实时比较换热器出口的排气温度T2和计算得到的露点温度T1，并对换热器冷却水进水调节阀的开度进行实时调控，使换热器出口的排气温度始终高于露点温度。
进一步的，上述步骤4)中，如果T2-T1<5℃，则PLC系统每隔N1秒将换热器冷却水进水调节阀的开度减小M1％，当T2增加至T1+5℃以上时将换热器冷却水进水调节阀的开度固定为当前值，其中N1和M1的值通过系统的调试实验设定(按以往项目经验值，N1可设定为3S，M1可设定为1)。
进一步的，PLC系统预设换热器出口排气温度的最大值，当换热器出口的排气温度T2大于预设的最大值时每隔N1秒将换热器冷却水进水调节阀的开度增加M1％；当T2降至预设的最大值以下时将换热器冷却水进水调节阀的开度固定为当前值。
在具体实施本发明方法时，可以在鼓风机进气过滤器的入口端设置鼓风机进气温湿度分析仪，用于实时检测进气温度和进气湿度并向PLC系统发送信号；在换热器通往吸收塔的管路上设置压力检测变送器和温度检测器，分别用于实时检测换热器出口的排气压力和排气温度并向PLC系统发送信号。
本发明方法通过检测环境空气的温度和湿度、换热器出口的排气压力和排气温度，并根据这些参数利用PLC系统使用Antonie方程计算出换热器出口露点值，通过比较换热器出口温度和露点来自动调节换热器冷却水的进水量，保证换热器出口温度始终高于露点值，从而保证了自动调节变压吸附制氧系统中吸附塔的进气温度始终高于露点值。本发明方法自动化程度高，无需人为干预，在保证分子筛安全的同时可节省人力成本。
附图说明
图1为本发明的变压吸附制氧系统中自动调节换热器出口温度的设备构成图，其中：1为鼓风机进气温湿度分析仪，2为换热器出口压力检测变送器，3为换热器出口温度检测器，4为换热器冷却水进水调节阀，5为PLC系统，6为鼓风机，7为换热器，8为鼓风机进气过滤器。
图2为实施例中在设定进气温度、工作压力和大气压条件下的进气湿度与露点的关系曲线，以及在设定进气湿度、工作压力和大气压条件下的进气温度与露点的关系曲线。
图3为实施例中换热器出口温度跟随露点温度自动调节的曲线。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例对本发明进行进一步阐述。
如图1所示，变压吸附制氧系统运行时空气经过鼓风机进气过滤器8过滤后进入鼓风机6，安装于鼓风机进气过滤器8进气端的鼓风机进气温湿度分析仪1可以实时测得进气的温度和湿度，并将温度、湿度信号通过4-20mA信号送入PLC系统5。鼓风机6排出的空气经过换热器7冷却后送入吸附塔，安装于换热器出口端的换热器出口压力检测变送器2、换热器出口温度检测器3可实时测得换热器的排气温度和排气压力，并将信号送入PLC系统5。系统实际运行时进气温度、进气湿度、工作压力都是变化的，根据方程式01可知换热器出口的露点值也是实时变化的。但常规项目缺少露点计算和自动调节换热器出口温度的配置，操作员只能根据经验手动控制冷却水进水量，如果操作员判断失误或操作不当容易导致换热器出口温度低于露点温度，换热器出口析出液态水，导致分子筛损坏。本变压吸附制氧系统可实时计算工况下的露点温度并通过换热器冷却水进水调节阀4控制换热器冷却水进水量，使换热器7的出口温度始终高于露点值，保证换热器7的出口无液态水析出。
由方程式01可知露点温度T1由大气压P1、工作压力P2，、进气湿度RH和进气温度T0决定。将T0、P2、P1分别固定为20℃、40Kpa、100Kpa，RH变化范围取1～100％，每5％取一个湿度点计算露点值，可得图2中的“湿度-露点”曲线。
将RH、P2、P1分别固定为50％、40Kpa、100Kpa，T0变化范围取-10～30℃，每2℃取一个温度点计算露点值，可得图2中的“温度-露点”曲线。
由图2中的两条曲线可知露点随温度、湿度而变化。在PLC程序中写入方程式01即可实时计算出露点温度。
在PLC程序中实时比较露点温度与换热器出口温度，如果“换热器出口温度-露点温度”小于5℃时，控制算法会每隔N1秒将换热器冷却水进水调节阀4的开度减小M1％，当换热器出口温度增加至“露点温度+5℃”以上时PLC程序将换热器冷却水进水调节阀4的开度固定为当前值。PLC程序中还可设置换热器出口温度的最大值，当换热器出口温度大于预设的最大值时控制算法会每隔N1秒将换热器冷却水进水调节阀4的开度增加M1％；当换热器出口温度降至预设的最大值以下时PLC程序将换热器冷却水进水调节阀4的开度固定为当前值。上文所指的N1和M1均可在PLC程序中设置。
图3中有2条曲线，“露点-时间”曲线指示了系统实际运行时程序计算的露点温度随时间变化的趋势；“换热器出口温度-时间”曲线指示了换热器出口温度随时间变化的趋势，由“换热器出口温度-时间”曲线可见露点温度升高时换热器出口温度也升高，换热器出口温度始终高于露点温度。换热器出口温度是用换热器冷却水进水调节阀4经算法自动控制的，由此可见算法对出口温度有较好的调节效果，能保证出口温度始终高于设定值。由两条曲线分析可见算法通过控制换热器冷却水进水调节阀4将换热器出口温度始终控制在设定范围内。
上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对该实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于变压吸附制氧系统的换热器出口温度自动调控方法，包括：
1)实时检测鼓风机进气的温度和湿度，并将进气温度和进气湿度送入PLC系统；
2)实时检测换热器出口的排气压力和排气温度，并将排气压力和排气温度送入PLC系统；
3)PLC系统根据方程式01计算露点温度T1：
其中，T1为工作压力下的露点温度，P1为大气压，P2为工作压力即换热器出口的排气压力，RH为进气湿度，T0为进气温度；
4)PLC系统实时比较换热器出口的排气温度T2和计算得到的露点温度T1，并对换热器冷却水进水调节阀的开度进行实时调控，使换热器出口的排气温度始终高于露点温度。
2.如权利要求1所述的换热器出口温度自动调控方法，其特征在于，在步骤4)中，如果T2-T1<5℃，则PLC系统每隔N1秒将换热器冷却水进水调节阀的开度减小M1％，当T2增加至T1+5℃以上时将换热器冷却水进水调节阀的开度固定为当前值，其中N1和M1的值通过系统的调试实验设定。
3.如权利要求2所述的换热器出口温度自动调控方法，其特征在于，PLC系统预设换热器出口排气温度的最大值，当换热器出口的排气温度T2大于预设的最大值时每隔N1秒将换热器冷却水进水调节阀的开度增加M1％；当T2降至预设的最大值以下时将换热器冷却水进水调节阀的开度固定为当前值。
4.如权利要求1所述的换热器出口温度自动调控方法，其特征在于，在鼓风机进气过滤器的入口端设置鼓风机进气温湿度分析仪，用于实时检测进气温度和进气湿度并向PLC系统发送信号。
5.如权利要求1所述的换热器出口温度自动调控方法，其特征在于，在换热器通往吸收塔的管路上设置压力检测变送器和温度检测器，分别用于实时检测换热器出口的排气压力和排气温度并向PLC系统发送信号。
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