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PVC变压吸附控制系统维护心得
摘要：介绍自控系统及仪表阀门在变压吸附中的应用，通过一段时间的运行，针对原有一些存在的问题提出了看法，并进行了实施，取得了一定的效果。
关键词：
变压吸附
PLC
程控阀
精馏
氯乙烯 前言
在电石法PVC的生产过程中，由于原料气不纯及部分未反应的乙炔存在，使得粗氯乙烯纯度低，为此，工业上常采用加压分馏的方式对粗乙烯进行精制，但是在精制的过程中，经常有一部分氯乙烯被夹带放出，成为分馏尾气，因此，若不加以回收，这部分尾气不仅对大气环境造成污染，而且也会造成公司的经济损失，因此采取一定的措施，实行自动控制来回收分馏尾气中的氯乙烯是很必要的。下面就自控系统在我公司变压吸附应用方面的一些心得写出来与大家共勉。
一、化工原理
变压吸附分离技术（简称PSA）是指从氯乙烯分馏尾气中分离出乙炔、氯乙烯并加以回收利用，并将净化后的气体排空。变压吸附技术是以吸附剂（多孔固体物质）内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组份、不易吸附低沸点组份和高压下吸附组份的吸附量增加、减压下吸附量减小的特性，将原料气在一定压力下通过吸附剂床层，原料气中的高沸点组份乙炔、氯乙烯及二氧化碳等被选择性吸附，低沸点组份氮气、氢气作为净化气由吸附塔出口排出，经尾排阀调节后排空。然后在减压下解吸被吸附的组份乙炔、氯乙烯及二氧化碳等，解吸气（逆放气、抽空气）回收利用，同时使吸附剂获得再生，以利于下一次吸附分离。
二、系统介绍
PSA（变压吸附）装置主要由4台吸附塔、37台程控阀、4台调节阀组成。4台吸附塔循环操作，达到连续处理原料气和输出净化气、回收解吸气的目的。
该装置正常运行主要是靠周期性地切换阀门来实现,为使整个工艺过程能连续稳定的运行,这就要求自动控制系统要有较高的水平。由于装置中程控阀很多，动作频繁，且装置操作对自动化水平要求较高，因此采用了西门子S7-300 PLC控制系统，用来实现PSA各步骤的自动切换。
2.1
PLC系统的硬件配置
主机系统选用SIMATIC S7-300，具体配置如下：
电源模块
PS307 ；
输入AC220V ； 输出DC24V ； 中央处理单元
CPU315-2DP ；通讯接口模块
IM365 一对； 模入卡
SM331 ；
模出卡
SM332 ；
开入卡
SM321 ；
开出卡
SM322。
2.2
PLC系统的软件组成操作系统WIN2000；控制组态软件选用SIMATIC S7-300；具体编程采用SCL语言； 上位机（操作站）流程图等采用WINCC6.0+SP2补丁。
三、现场仪表及阀门介绍
3.1 测温仪表： 一体化温变。主要用于尾气温度检测，保证PSA系统工作温度不低于20℃。3.2 齐纳式安全栅：用于模拟量输入、输出模块与现场的安全隔离
3.3 防爆电接点压力表：用于检测尾气进系统的压力，超压联锁PSA停车。
3.4 P+F隔离栅、供电模块：隔离栅用于系统DI模块与现场接近开关的隔离，供电模块为隔离栅供电。
3.5 粗尾气流量检测：采用孔板+差压变送器方式（布朗协议EJA）用于成本核算。
3.6 调节阀：选用百分比特性气动薄膜调节阀。采取斜率控制，用于顺放、逆放、终充等过程的控制
3.7 程控阀：选用气动程控阀。在变压吸附装置中，共有程控阀37台，是最主要的运动部件，就如同整个装置的心脏，如果泄漏，将会对产品的纯度，回收率，产量造成影响。3.8 电磁阀：用于程控阀的控制，它的正常工作与否将直接影响到系统的运行。3.9 接近开关（阀检）：主要用于指示程控阀的开关状态。、四、控制方案
由于变压吸附该置的运行方式有4-1-1/V连续抽空、4-1-1/VP分组抽空、3-1-1/VP三塔吸附三种方式，在正常情况下以4-1-1/VP分组抽空运行方式为主，即在线吸附塔为4台，同时执行吸附步骤的吸附塔为1台，均压次数为1次，吸附床再生方式有逆放、抽空、抽空冲洗。因此其控制方案采用程序控制，按照预先设定好的时间与步骤，对每个吸附塔在一次循环中分别进行吸附、压力均衡降、顺向放压、逆向放压、抽空、抽空冲洗、抽空、压力均衡升、最终升压等9个步骤。其中对重要参数在计算机屏幕上设有指示及历史趋势和实时趋势记录，可实现各种报表的打印。装置关健参数均在计算机上实现声光自动报警。
同时由于装置受前后工序的影响使原料气流量、组份、压力有一定的波动，为保证装置 2 正常、安全地运转，本装置还设置了1套压力调节系统、3套手操调节系统和1台流量计。
五、变压吸附维护心得
5.1变压吸附系统与PVC精馏的关系
变压吸附系统在我公司已经运行了一段时间，通过观察，对某些方面做了一些改进工作。具体如下: 原设计方案：为保证吸附塔工作压力的稳定，设置了终充调节回路。由于升压是用净化气，所以当任一塔处于最终升压步骤时，此时如果净化气输出量变化，就会造成处于吸附步骤那个塔的压力下降而影响吸附工况。因为吸附压力的稳定将直接影响吸附剂的使用寿命，因此，必须及时调节尾气排空阀开度，即改变净化气排空量，使处于吸附状态的吸附塔压力稳定在给定值上，以保证吸附压力的稳定。原具体流程件如下图：
针对原控制思路，认为有以下地方考虑不足： ⑴ 低沸塔系统尾气量存在不稳定因素。
⑵ 终充阀门根据PLC程序（时序控制）周期性斜率控制，不受压力控制。
⑶ 调节回路中，压力变送器（位于进变压吸附系统之前）与气动薄膜排空阀（位于变压吸附系统出口）的安装位置距离较远，造成控制滞后较大，系统不稳。
⑷ 低沸塔尾气压力的变化因排空阀门调节滞后极易形成尾冷积料。因为排空调节阀滞后，导致尾冷排空压力升高，而随着尾冷排空压力升高，低沸塔顶压力也随着升高，而且二者压差也变大。最终使整个低沸塔系统压力增大。
通过以上原因分析，我们采取了以下措施。
将原设计的控制回路取消，在精馏粗尾气出口管路上，保留压力变送器，并加装一调节阀，与该压变组成回路，以此稳定精馏系统。另外在变压吸附系统清净气排空管路上新加以压力变送器，与原气动薄膜排空阀组成单回路控制，用以控制变压吸附系统排空。经过一段时间的运行，起到了非常好的效果，避免了尾冷积料现象的发生。
5.2变压吸附中程控阀的维护注意事项
在整个变压吸附装置中，共有程控阀37台，为保证回收乙炔和氯乙烯的产量和质量，程控阀长期稳定的运行起着重要的作用。
首先该阀门自上而下主要由气缸部分、填料函、支架部分、阀体、阀芯等组成。当PLC对电磁阀输出信号，仪表空气通过电磁阀进入气缸，推动活塞上下运动、活塞带动阀杆、提动阀芯实现开启。程控阀可配置为常开式或常闭式。
对于程控阀，阀门能否正确安装和维护对阀门的使用寿命有很大影响，因此在安装和使用中应注意如下几点：
1、阀门介质流向应遵循“高进低出”的原则，或按阀体上箭头安装、如介质是双流向的，可根据现场情况进行安装。
2、管道吹处干净后才能安装，我公司在试车过程中，就曾因焊渣导致阀芯密封垫片受损产生内漏。同时，要求仪表空气压力不低于0.4mpa，否则阀芯处容易出现内漏现象。
3、程控阀只允许安装在水平管道上，既气动执行机构在阀体和管道上方。
4、在连续使用了一个大修周期后，建议更换活塞密封圈，并在气缸、填料函、平衡缸等处涂抹少量黄油。以延长V形填料圈和O形密封圈的使用寿命。我公司一个DN150阀活塞密封圈仅使用了五个月就密封不严导致外漏，造成系统停车处理。
5、程控阀最大的一个优点是可以在线维修，即阀体无需从管道上拆下，但严禁带压拆卸。
6、阀门应在允许的压差和温度内使用，温度不适会使密封元件老化或变脆。压力超差将导致阀门泄漏或动作失灵。
7、在使用过程中，要注意阀杆外露处防锈、防雨，同时要保证油雾器内始终有油，以保证气缸润滑充分，延长阀门的使用寿命。5.3变压吸附个人认为仍需改进之处
1、抽空过程加连锁
运行过程中，因一个抽空程控阀配的二位五通电磁阀故障，使阀门未能及时关闭，导致真空泵的工作性能受到严重损坏。建议根据吸附塔压力或者相关阀门状态加联锁停车程序。
2、建议将在线运行的压力变送器更换为法兰连接、HART协议，以便减少日后的维护量。
七、结论变压吸附系统在我公司取代了原活性炭吸附器投入运行后，取得了明显的经济效益和社会效益，经净化后的净化气，含N2＞98%，含C2H3CL分别≤13*10-6，达到环保排放标准，而抽空产品气含C2H3CL接近70 %，具有很好的收益。因此，变压吸附系统的使用，不仅减少环境污染（排空气为氢气、氮气等），更为我公司的聚氯乙烯成本的进一步降低（解析出乙炔、氯乙烯）作出了贡献，取得良好的经济效益。
