旋转闪蒸干燥控制系统设计
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【摘要】针对旋转闪蒸干燥系统中，闪蒸塔出口温度波动大甚至难以控制，导致闪蒸塔经常堵塔或烧毁后续设备中的布袋等问题，本文经分析论证，提出了一套针对旋转闪蒸塔出口温度的控制及联锁方案。同时介绍了用西门子S7-300PLC及WinCC监控系统对整套工艺流程的监控及控制。
【关键词】闪蒸干燥；温度；PLC；控制
引言
在旋转闪蒸干燥系统中，闪蒸塔出口温度的控制是至关重要的，如果闪蒸塔出口温度过低，则会经常出现堵塔现象，直接造成系统停车；如果闪蒸塔出口温度过高，则会出现烧毁后续设备中的布袋等，直接造成系统长时间停车维修，带来经济损失。在旋转闪蒸干燥系统中，闪蒸塔出口温度波动大甚至难以控制，分析闪蒸塔出口温度得出，其温度值与闪蒸塔入口热风温度、闪蒸塔入口热风量、螺旋进料量、螺旋进料湿度以及螺旋进料温度有关，这其中任何一个参数的变化，都会直接影响闪蒸出口温度。本文根据旋转闪蒸工艺流程的特点，经分析论证并提出了一套针对旋转闪蒸塔出口温度的控制及联锁方案。同时介绍了用西门子S7-300PLC及WinCC监控系统对整套工艺流程的监控及控制。
1工艺流程简介
天然气经过热风炉充分燃烧后，再经过混风，产生热风，热风送至旋转闪蒸塔进风口，进料螺旋均匀地将物料加入到旋转闪蒸干燥机内，物料在旋转闪蒸干燥机搅拌器和热风的共同作用下，被迅速流化，同时汽化物料中的水分，未经充分干燥的物料在搅拌器的作用下被迅速打散及干燥。干燥合格后的粉料随烟道通过旋转闪蒸干燥机顶部的淘析环进入脉冲式布袋除尘器进行分离，收集下来的产品通过星型卸料阀进入后续工艺段。
2闪蒸塔后温度分析
在整个旋转闪蒸干燥系统中，闪蒸塔出口温度的控制是至关重要的，其温度控制的稳定性直接决定了整套生产装置的稳定性；如该温度控制不当，则会出现堵塔，烧毁布袋等，直接导致系统经常性的非正常停车。纵观整套工艺流程，在系统实际生产运行中，影响闪蒸塔后温度的主要因素有闪蒸塔热风入口热风温度、闪蒸塔热风入口热风流量、进料螺旋进料量以及进料螺旋进料湿度和温度。详细说明如下：
（1）闪蒸塔热风入口热风温度；
（2）闪蒸塔热风入口热风流量；
（3）进料螺旋进料量；
（4）进料螺旋进料湿度和温度。
闪蒸塔热风入口热风是由系统内的热风炉提供的，热风温度的高低直接有热风炉系统决定的，对于本系统内的燃气炉而言，热风温度值直接是由燃气流量值、助燃风流量值以及补充的混温风流量值决定的。可通过燃气流量变送器和调节阀组来组成燃气流量的控制装置，为使整个系统在实际生产中更好的运行，燃气流量变送器须加配温压补偿；在助燃风管线上加装调节阀，主要是用来调节助燃风量，保证流过的天然气在热风炉中充分燃烧；因整个系统是一负压系统，采用自然混温，混温风量的大小和系统内的负压值直接相关，整个系统的负压值大小是由引风机决定的，采集引风机的反馈频率作为自然风混风量的一个参数。闪蒸塔热风入口热风风量是一个和温度息息相关的值，其决定元素也同样为燃气流量值、助燃空气流量值以及补充的混温空气流量值。往闪蒸塔里面的进料过程是由进料螺旋完成的，进料量的大小直接由进料螺旋的进料速度决定，采集进料螺旋的反馈频率作为衡量进料螺旋进料量大小的参数。因物料是由上游工艺段生产的，所以在本段工艺系统内进料螺旋进料湿度和温度是无法控制的，上一工艺段可保证进料湿度在一定范围内，温度随季节的变化，可忽略不计。
3闪蒸塔后温度控制设计
经以上分析，设计串级温度控制回路来实现对旋转闪蒸塔后温度的控制，由闪蒸塔后的温度值来控制闪蒸塔热风入口温度，再由此计算得到的热风计算温度值与实际采集热风温度值相比较，调节燃气流量值，最后再通过燃气流量调节阀来控制燃气流量；助燃风量调节阀与燃气量调节阀成比例调节，操作界面设一比例系数。测量值采集点主要有闪蒸塔后的温度监测点
一、闪蒸塔后的温度监测点
二、闪蒸塔热风入口温度监测点、热风炉出口温度监测点、燃气量调节阀、燃气流量变送器、助燃风量调节阀、引风机的反馈频率、进料螺旋的反馈频率以及进料湿度和温度等。详细说明如下：
（1）闪蒸塔后的温度监测点一和温度监测点二；
（2）闪蒸塔热风入口温度监测点；
（3）热风炉出口温度监测点；
（4）燃气量调节阀和燃气流量变送器；
（5）助燃风量调节阀；
（6）引风机的反馈频率；
（7）进料螺旋的反馈频率。
对于整个控制系统来讲，所有的控制都是围绕着闪蒸塔后的温度监测点一而展开的，因闪蒸塔后的温度监测点一在整个控制系统中的作用至关重要，一旦该温度监测点出现异常，将会导致整个控制系统的瘫痪或失调，直接造成设备的损坏，带来不必要的经济损失，所以在整个控制系统中，加设闪蒸塔后温度监测点二，其主要作用是，配合闪蒸塔后温度监测点一来对塔后温度进行监测。在整个系统中设置闪蒸塔后温度监测点一和二的温度高报警和温度高高联锁，当闪蒸塔后温度监测点一和二温度过高时，通过声音报警等形式通知操作员，以便操作员及时采取相应措施；当闪蒸塔后温度监测点一和二温度高高报警时，联锁整个加热系统停止加热并且停止进料。
闪蒸塔热风入口温度监测点，若直接根据闪蒸塔后的温度监测点一来控制加热系统的加热负荷，这样组成的控制系统滞后大、响应慢且容易失调带来对设备的烧损等；加设闪蒸塔热风入口温度监测点，将整个温度控制系统设置为串级温度控制回路，通过闪蒸塔后的温度监测点一的变化预判一个闪蒸塔进风口温度值，然后与实际的闪蒸塔热风入口温度监测值相比较，通过调节加热系统的加热负荷来调节闪蒸塔热风入口温度趋向于前面预判的闪蒸塔进风口温度值的方向变化，最后趋于一致，使整个系统稳定运行。为了使整个串级温度控制系统内的内环热风炉单元运行的更快、更稳、更准，燃气流量变送器应加装温压补偿，精确测得燃气流量值。根据计算得到的闪蒸塔热风入口温度值来计算所需的燃气流量值，最后根据燃气流量变送器的燃气流量值来调节燃气调节阀的开度，最后趋于一致，使整个系统稳定运行。
在助燃风管线上加装调节阀，在设计之初，可以让助燃风流量调节阀与燃气流量流量调节阀相匹配，保证流过的燃气与空气在热风炉内充分燃烧。在整个闪蒸塔后串级温度控制中，可设定助燃风流量调节阀与燃气流量调节阀之间的比例，加一修正系数，在操作界面上根据工况修改。热风炉系统采用自然混风，绝大部分的风都是混温的自然风，系统吸入混温风的流量与引风机的运行频率有关，所以引风机的反馈频率是影响闪蒸塔后温度的一重要因素；同时进料螺旋进料量的大小也是直接影响闪蒸塔后温度值的重要因素。
如当前系统处于稳态运行中，为避免因引风机运行频率或进料螺旋进料量的突然增大或变小而引起的系统失调，所以在增大或减小引风机运行频率或进料螺旋进料频率时，宜缓慢增大或减小引风机频率和进料螺旋频率，以使系统能够更加平稳地运行。为确保这点，在增大或减小进料螺旋频率时，系统采用将原来的阶跃上升或阶跃下降变为斜线缓慢上升或斜线缓慢下降，其斜率的大小应该根据具体系统进行计算。另外，在系统调节的过程中，也就是系统还未处于平稳运行时，操作员如改变了某一参数，如减小引风机频率等，这将会对正在调节中的系统造成很大的影响，有碍于整个系统的平稳运行，为防止这种误操作，构架的控制系统操作系统应能防止这种误操作。
4硬件及软件
为了保证旋转闪蒸干燥系统安全、经济、连续可靠的运行，本工程控制系统选用可编程逻辑控制系统（PLC），对旋转闪蒸干燥系统进行监控，操作人员在控制室内即可实现对旋转闪蒸干燥系统的启、停及正常运行工况的监视和控制，控制系统同时具备事故工况的报警、联锁和保护功能。根据以上要求，选用西门子S7-300PLC系列产品和WinCC组态软件搭建整个控制系统，能够监视系统内每一个模拟量和数字量、调整过程设定值、建立趋势画面并获得趋势信息、显示操作指导、声音报警、打印报表等等。
5结束语
根据旋转闪蒸的工艺流程的特点，设计旋转闪蒸塔后温度控制系统，使得闪蒸塔后的温度能够控制在有效的温度范围内，整个系统得到平稳的运行。在实际生产中杜绝堵料及烧毁布袋等现象，有效地提高了生产能力，节省生产成本，创造更高的经济效益。
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作者：安丙峰 单位：天华化工机械及自动化研究设计院有限公司
