|
在氣提塔和吸收塔上進行的測試顯示,無線儀表與有線儀表具有相同的性能
艾默生過程管理公司 Terry Blevins, 德克薩斯大學Frank Seibert
近幾年奧斯汀德克薩斯大學一直在進行分離(Separation)shiyanxiangmudeyanjiu,dangshejigongyiliuchengxiugaishi,duixiangguanguochengshebeixuyaozengjiaxindecedianbingduigongyiliuchengjinxingceshi。zaishiyanzhongfaxian,zengjiahuogaibiancedianshi,guochengdeqidonghetingchesuoyongdeshijianyaobizhenzhengyunxingdeshijianduosanbei,yincijiangdiyibiaoanzhuangshijianhegongchangdetingjishijianshizuizhongyaode。youyuwuxufushedianlanhuozhongxinbuxian,wuxianbiansongqiweiguochengcediandezhongxinpeizhitigonglejidadelinghuoxing,yinweiwuxudianlanjiexian,wuxianshebeikelinghuodianzhuangzaiqititahexishoutashang,youxiaojianshaotingjiheweihugongzuo,congertigaolexiaolv。raner,zaiqititadecedianzhong,youhenduodecedianshejidaokongzhihuilu,yinci,caiyongwuxianbiansongqijinxingjiance,qikekaoxinghekongzhixingnengjiuchengweileshouyaokaolvyinsu。weilegengjiazhiguandebijiaowuxianbiansongqiyuyouxianfangan,womenzaiqititahexishoutadeguanjianhuilushangcaiqulewuxianyibiaoheyouxianyibiaopingxinganzhuangdefangshi。benwenxiangximiaoshulezhenggeceshidejieguo。

工藝設備
為wei了le評ping估gu無wu線xian變bian送song器qi在zai控kong製zhi應ying用yong中zhong的de性xing能neng,我wo們men專zhuan門men安an裝zhuang了le一yi套tao裝zhuang置zhi,該gai裝zhuang置zhi目mu前qian用yong於yu測ce試shi與yu火huo電dian廠chang二er氧yang化hua碳tan收shou集ji相xiang關guan的de節jie能neng氣qi提ti工gong藝yi。從cong流liu程cheng上shang來lai說shuo,它ta包bao括kuo一yi台tai吸xi收shou塔ta通tong過guo氨an類lei溶rong劑ji把ba二er氧yang化hua碳tan從cong模mo擬ni堆dui棧zhan氣qi流liu中zhong去qu除chu,然ran後hou通tong過guo氣qi提ti塔ta還hai原yuan二er氧yang化hua碳tan,並bing對dui吸xi收shou塔ta內nei的de再zai生sheng氨an溶rong液ye進jin行xing回hui收shou再zai利li用yong。右you圖tu就jiu是shi該gai裝zhuang置zhi。
吸收塔主要測試特定溶劑和填料或塔板內件,吸收塔有2個10英ying尺chi長chang的de填tian料liao床chuang,液ye體ti收shou集ji器qi和he液ye體ti再zai分fen布bu器qi位wei於yu塔ta的de中zhong間jian。在zai分fen離li研yan究jiu計ji劃hua裏li有you一yi個ge二er氧yang化hua碳tan收shou集ji實shi驗yan,環huan境jing空kong氣qi混hun雜za著zhe再zai循xun環huan的de氣qi提ti二er氧yang化hua碳tan和he補bu足zu二er氧yang化hua碳tan從cong塔ta的de底di部bu進jin入ru,當dang氣qi流liu通tong過guo填tian料liao向xiang上shang流liu動dong的de時shi候hou,二er氧yang化hua碳tan被bei向xiang下xia流liu動dong的de氨an液ye吸xi收shou,流liu出chu來lai的de溶rong液ye稱cheng作zuo富fu氨an液ye,再zai進jin入ru到dao氣qi提ti段duan以yi去qu除chu吸xi收shou到dao的de二er氧yang化hua碳tan。
氣提塔主要測試填料,並判斷特定溶劑的能效。塔內也有2個10英(ying)尺(chi)長(chang)的(de)填(tian)料(liao)床(chuang),液(ye)體(ti)收(shou)集(ji)器(qi)和(he)液(ye)體(ti)再(zai)分(fen)布(bu)器(qi)位(wei)於(yu)塔(ta)的(de)中(zhong)間(jian)。從(cong)吸(xi)收(shou)塔(ta)流(liu)出(chu)的(de)溶(rong)液(ye)稱(cheng)作(zuo)單(dan)乙(yi)基(ji)氨(an)飽(bao)和(he)溶(rong)液(ye),與(yu)氣(qi)提(ti)塔(ta)底(di)部(bu)的(de)液(ye)體(ti)一(yi)起(qi)通(tong)過(guo)交(jiao)叉(cha)流(liu)平(ping)板(ban)交(jiao)換(huan)器(qi)進(jin)行(xing)加(jia)熱(re),然(ran)後(hou)再(zai)注(zhu)入(ru)氣(qi)提(ti)塔(ta)頂(ding)部(bu)。釜(fu)式(shi)重(zhong)沸(fei)器(qi)生(sheng)成(cheng)的(de)蒸(zheng)氣(qi)可(ke)分(fen)離(li)部(bu)分(fen)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)。塔(ta)頂(ding)的(de)餾(liu)出(chu)物(wu)進(jin)入(ru)到(dao)列(lie)管(guan)式(shi)冷(leng)凝(ning)器(qi),蒸(zheng)汽(qi)在(zai)冷(leng)凝(ning)器(qi)中(zhong)凝(ning)結(jie),貧(pin)氨(an)液(ye)則(ze)回(hui)到(dao)吸(xi)收(shou)塔(ta)的(de)給(gei)料(liao)槽(cao)。
無線設備安裝
yongyuguochenggongyedewuxianxianchangshebeijingguojiniandekaifaheshejiyijingqudelefeisudefazhan,jingguoduiyiyouwuxianjishudefenxi,womenjuedingzaifenliuyanjiujihuazhongcaiyongfuheWirelessHART標準的無線設備(有關WirelessHART 技術,請參閱 www.ChemicalProcessing.com/articles/2008/071.html “充分利用WirelessHART技術”一文),在控製塔壓和蒸氣流量的控製回路中應用無線壓力和差壓變送器。
WirelessHART無線網關安裝在工藝裝置區域的中間位置,通過以太網與控製係統相連。控製係統使用的是DeltaV係統,係統與無線網關標準化的集成,實現WirelessHART儀表校驗、組態和診斷功能。控製係統對無線儀表的組態方法和傳統儀表完全相同,區別在於無線儀表由電池供電,無需安裝供電電纜。
我wo們men改gai變bian了le原yuan有you的de塔ta壓ya和he蒸zheng氣qi流liu量liang控kong製zhi模mo式shi,現xian在zai操cao作zuo人ren員yuan可ke以yi在zai有you線xian和he無wu線xian輸shu入ru之zhi間jian進jin行xing切qie換huan。當dang某mou個ge控kong製zhi回hui路lu輸shu入ru信xin號hao由you無wu線xian儀yi表biao實shi現xian時shi,係xi統tong就jiu會hui自zi動dong將jiangPID模mo塊kuai更geng改gai為wei無wu線xian控kong製zhi,儀yi表biao麵mian板ban可ke以yi顯xian示shi當dang前qian所suo選xuan輸shu入ru信xin號hao類lei型xing和he選xuan擇ze開kai關guan位wei置zhi,這zhe樣yang,操cao作zuo人ren員yuan通tong過guo顯xian示shi界jie麵mian即ji可ke直zhi觀guan地di比bi較jiao有you線xian和he無wu線xian方fang案an的de測ce量liang結jie果guo,並bing隨sui時shi可ke以yi選xuan擇ze有you線xian或huo無wu線xian信xin號hao作zuo為wei控kong製zhi回hui路lu輸shu入ru。
我們在控製模型中加入了矩陣圖以計算自動控製的絕對誤差積分(IAE),用於控製回路測量值和控製周期都將自動記錄,以便比較采用有線和無線方案的控製回路性能。
試驗過程
在最近的一項填料性能試驗中,對無線壓力變送器和差壓流量變送器進行了初步測試,該試驗是為了檢驗Raschig-Jaeger RSP-250整裝填料的蒸餾效率和液壓性能(氣提塔也可用作蒸餾塔)。分餾塔通過環己烷/正庚烷混合係統進行分餾,壓力對蒸餾性能的影響也在研究範圍內,標準的測試壓力是2.4, 4.83, 24和60 psia,對無線儀表測試,基準壓力是24 psia,Raschig-Jaeger公司同意在實驗運行過程中應用無線儀表進行測試。
表1顯示了有線儀表和無線儀表在分餾塔上實現的壓力控製。在實驗中,對PID整定參數、濾波參數及控製組態參數設置相同,結果如表1所示,兩種方案性能沒有差別。
|
|
采用有線測量方案 |
采用WirelessHART測量方案 |
|
回路 |
FIC202
塔蒸氣流量 |
PC215
塔壓 |
FIC202
塔蒸氣流量 |
PC215
塔壓 |
|
設定點平均值 |
511.32 |
24.01 |
509.66 |
24.01 |
|
絕對誤差積分
控製 |
9134.33 |
145.46 |
10645.15 |
198.60 |
|
測量值更新次數 |
13655.00 |
6649.00 |
1184.00 |
912.00 |
|
控製時間(秒) |
6830.00 |
6829.00 |
5926.50 |
5925.00 |
表1:有線和無線控製結果相當
在蒸汽流量控製的測試上,我們也得到了相似的結果。有線儀表的濾波時間是10秒,無線儀表是0秒。工廠原有的PID整定既可應用於有線儀表,也可應用於無線儀表,當設定點改變時,可以看到相同的動態控製。
根(gen)據(ju)圖(tu)表(biao)所(suo)示(shi),從(cong)無(wu)線(xian)儀(yi)表(biao)應(ying)用(yong)在(zai)壓(ya)力(li)控(kong)製(zhi)和(he)蒸(zheng)汽(qi)流(liu)量(liang)控(kong)製(zhi)時(shi)所(suo)測(ce)得(de)的(de)絕(jue)對(dui)誤(wu)差(cha)積(ji)分(fen)來(lai)看(kan),采(cai)用(yong)無(wu)線(xian)儀(yi)表(biao)與(yu)有(you)線(xian)儀(yi)表(biao)的(de)控(kong)製(zhi)性(xing)能(neng)相(xiang)當(dang),和(he)有(you)線(xian)相(xiang)比(bi),無(wu)線(xian)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)僅(jin)使(shi)用(yong)了(le)1/10數量的測量值進行流量控製,1/6數量的測量值進行控製壓力,因此可節省電池能耗。
測試結果表明,應用WirelessHart無線變送器結合修正後的PID算法功能模塊實現控製,其控製性能與采用傳統硬接線變送器與標準PID算法具有相同的可靠性。在另一項測試中,用傳統硬接線變送器進行了合成和填料效率的測量(理論塔板高度),然後采用無線變送器進行同樣的操作, 結果證明兩者的控製性能幾乎相同。
性能比較

| 擴展應用
用WirelessHART無線變送器測量氣提流量和塔壓節省了布線成本。采用WirelessHART變送器和修正PID算法功能模塊進行塔壓和加熱器蒸汽流量控製,實現的動態響應和性能與有線儀表加傳統PID運算完全一樣。
圖1: 有線儀表(上)和無線儀表(下)的控製結果相同 | 在實驗進行中,我們把WirelessHART技術的應用進行了擴展,首先用三台多點無線溫度變送器(每台設備有4個熱電阻輸入)來監測吸收塔的溫度分布情況,另外將兩台無線pH變送器分別安裝在吸收塔入口和出口,間接測量氨溶液中二氧化碳的濃度。采用無線變送器提高了溫度和pH值測量的精度和可靠性,從而改善了氣提塔和吸收塔的操作條件,由於無線儀表由電池供電,消除了有線儀表回路接地的影響。
作者介紹
Frank Seibert, 奧斯汀德州大學分餾研究項目技術經理
Terry Blevins, 艾默生過程管理德州奧斯汀公司技術研究員
關於艾默生過程管理
艾默生過程管理( www.emersonprocess.cn)是艾默生業務的一部分,其在幫助各行業實現生產、過程控製及輸配自動化等領域中,始終居於領先地位,並廣泛服務於化工、石油和天然氣、煉油、紙漿和造紙、電力、水和廢水處理、冶金和礦業,食品和飲料、生命科學及其它行業。公司將先進的產品和技術與具有行業特點的工程、谘詢、項目管理和維護服務相結合。艾默生旗下的品牌包括PlantWeb 8482;, Syncade 8482;, DeltaV 8482;, Fisher®, Micro Motion®, Rosemount®, Daniel 8482;, Ovation 8482;, Bettis 8482;, EIM, 和 AMS Suite.
關於艾默生
總部位於美國聖路易斯市的 Emerson (紐約證券交易所股票代碼: EMR)是一家全球領先的公司,該公司將技術與工程相結合,通過網絡能源、過程管理、工業自動化、環境優化技術及工具和儲存業務為工業、商業及消費者市場客戶提供創新性的解決方案。公司 2010 財年的銷售額達 210 億美元。如欲了解進一步信息,歡迎訪問 www.Emerson.com (全球)、 www.Emerson.com.cn(中國)。
|