公用工程车间氨冷却器的控制方案

图 ４ 氨 气 出 口 单 独 设 计 控 制 回 路 控 制 汽 化 压 力 的 控 制 方 案
Ｆｉｇ．４ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌｏｏｐ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｔ
ａｍｍｏｎｉａ ｇａｓ ｏｕｔｌｅｔ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
此控 制 方 案 改 善 了 对 象 的 动 态 特 性，使 控 制 加
２ 公 用 工 程 氨 冷 却 器 的 优 化 控 制 方 案
在 实际生产操 作 中，可 根 据 汽 化 温 度 和 汽 化 压 力 的对应关系，以汽化压力作为汽化温度的调节参数，在 实现冷却器液位控制的同时，根据被控介质水的温度 来改变汽化压力，并在出口单独设计控制回路，来实现 汽化压力的精确控制。优化控制方案如图４所示。
此 控 制 方 案 是 一 种 简 单 的 单 回 路 控 制，能 解 决 化工厂大部分的控 制 问 题，所 有 对 冷 冻 水 温 度 的 干 扰因素都概括在此 控 制 回 路 中，且 都 能 用 控 制 作 用 来予以克服。但实际应用中发现该方案具有一定的 局限性，主 要 表 现 在 它 只 能 完 成 定 值 控 制，功 能 单 一，纯滞后较大；当 出 现 干 扰 多 而 剧 烈 的 对 象 时，控
第 ４０ 卷 第 ９ 期 ２０１２ 年 ９ 月
聚氯乙烯 Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ
Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．９ Ｓｅｐ．，２０１２
【仪 表 与 自 动 化 】
公用工程车间氨冷却器的控制方案
薛道伟＊ （新疆天业（集团）天辰化工有限责任公司，新疆 石河子 ８３２０００）
快 ，能 迅 速 克 服 进 入 副 回 路 的 二 次 扰 动 ，具 有 一 定 的
自 适 应 能 力 和 超 前 控 制 的 作 用 ，可 有 效 地 克 服 滞 后 ，
同时也提高了冷冻水温度的控制质量和系统的工作
频 率 ，是 较 优 化 的 控 制 方 案 。
［参 考 文 献 ］
［１］杨丽明，张光 新．化 工 自 动 化 及 仪 表 ［Ｍ］．北 京：化 学 工
＊ ［收稿日期］２０１１－１１－０８ ［作 者 简 介 ］薛 道 伟 （１９８１— ），男 ，助 理 工 程 师 ，２００６ 年 毕 业 于 新 疆 石 河 子 大 学 应 用 化 学 专 业 。
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仪表与自动化 聚 氯 乙 烯 ２０１２年
业 出 版 社 ，２００４．
［２］厉玉鸣．化工仪表及自动化［Ｍ］．３版．北 京：化 学 工 业 出
版 社 ，１９９９．
［编 辑 ：郝 晶 ］
［关 键 词 ］ＰＶＣ；液 氨 ；冷 冻 水 ；氨 冷 却 器 ；控 制 方 案 ［摘 要］介绍了 ＰＶＣ 生产过程中，公 用 工 程 车 间 氨 冷 却 器 的 几 种 常 用 控 制 方 案 ，并 提 出 了 一 种 优 化 控 制 方
案。 ［中 图 分 类 号 ］ＴＱ０５６；ＴＱ３２５．３ ［文 献 标 志 码 ］Ｂ ［文 章 编 号 ］１００９－７９３７（２０１２）０９－００３５－０２
图 ２ 冷 冻 水 温 度 －冷 却 器 液 位 的 串 级 控 制 方 案 Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｃａｓｃａｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ
ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｏｌｅｒ ｌｅｖｅｌ
该 方 案 仍 然 以 液 氨 的 流 量 作 为 操 作 变 量，以 被 控介质冷冻水的出 口 温 度 作 为 主 变 量，增 加 了 冷 却 器内液位作为副 变 量 进 行 控 制。 此 方 案 中，把 引 起 液 位 变 化 的 一 些 干 扰 因 素 （如 液 氨 压 力 ）包 含 在 副 回 路 中 ，主 回 路 是 一 个 定 值 系 统 ，副 回 路 则 是 一 个 随 动 系统。当冷却器负 荷 或 操 作 条 件 发 生 变 化 时，主 控 制器能够适应这一变化及时地改变副控制器的给定 值 ，使 系 统 在 新 的 工 作 点 上 运 行 ，从 而 保 证 在 新 的 负 荷 和 操 作 条 件 下 ，仍 然 具 有 较 好 的 控 制 效 果 。 １．３ 控 制 液 氨 的 汽 化 压 力
图 ３ 冷 冻 水 温 度 －汽 化 压 力 的 控 制 方 案 Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｗａｔｅｒ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
此设 计 方 案 的 工 作 原 理 是：在 实 现 冷 却 器 液 位 控制的同时，再根据 被 控 介 质 水 的 温 度 来 改 变 汽 化 压力。该方 案 能 有 效 地 克 服 干 扰 对 被 控 变 量 的 影 响 ，且 简 单 易 行 ，过 渡 过 程 时 间 短 ，控 制 迅 速 。
液 氨 的 汽 化 温 度 与 汽 化 压 力 是 直 接 相 关 的 ，如 液 氨在常压 下 冷 却，对 应 的 汽 化 温 度 约 为 －３３ ℃；在 ２７０ｋＰａ的压力下冷却，对应的汽化温度约为－４ ℃。 在以上控制方案中，若汽化压力出现较大的波 动时， 必将造成冷却器内的温度发生很大的变化，使冷冻水 的 控 制 质 量 下 降 ，甚 至 因 局 部 过 冷 造 成 工 艺 设 备 的 冻 结 而 影 响 正 常 生 产 。 在 实 际 操 作 过 程 中 ，当 冷 冻 水 温 度升高到偏离给定值的时候，可以增大氨气出口调节 阀 的 开 度 来 降 低 液 氨 的 汽 化 压 力 ，此 时 冷 却 温 度 随 之 下降 ，相当于增 大 冷 冻 水 与 液 氨 之 间 的 温 度 差 ，加 大 传热量，以实 现 温 度 控 制 的 目 的。 用 液 氨 的 汽 化 压 力控制冷冻水温度的控制方案如图３所示。 ３６
１ 氨 冷 却 器 的 常 用 控 制 方 案
１．１ 控 制 液 氨 的 流 量 ［１－２］ 在 大多数情况 下，氨 冷 却 器 的 被 控 变 量 通 常 是 冷
冻水量。 在 实 际 生产操作中，当氨冷却器的传热面积、汽化空间有裕度 时，进入液氨 量 的 多 少 就 决 定 了 汽 化 量 的 多 少，因 此， 改变液氨的流量，就可以调节汽化潜热的量，从而达到 控制冷冻水温度的目的。控制方案如图１所示。
在 ＰＶＣ 生产工艺中，公用工程车间冷冻岗位要 为氯乙烯车间和聚 合 车 间 输 送 合 格 的 冷 冻 水 （冷 冻 盐水，－３５～ －２８ ℃；冷冻水，４～１０ ℃），以满足生 产 的 需 求 ，确 保 各 用 水 车 间 的 正 常 运 行 。
公用工程车间利用液氨在氨冷却器中汽化时带 走 大 量 潜 热 ，使 水 得 到 冷 却 。 在 此 过 程 中 ，氨 冷 却 器 主 要 用 于 冷 热 流 体 之 间 的 热 量 交 换 ；因 此 ，实 现 氨 冷 却 器 的 自 动 控 制 ，就 可 以 改 变 氨 冷 却 器 的 热 负 荷 ，以 保 证 冷 冻 水 的 温 度 ，满 足 生 产 工 艺 的 要 求 。
Ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ａｍｍｏｎｉａ ｃｏｏｌｅｒ ｉｎ ｕｔｉｌｉｔｙ ｗｏｒｋｓｈｏｐ
ＸＵＥ Ｄａｏｗｅｉ （Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｔｉａｎｙｅ （Ｇｒｏｕｐ）Ｔｉａｎｃｈｅｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｈｅｚｉ ８３２０００，Ｃｈｉｎａ）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＶＣ；ｌｉｑｕｉｄ ａｍｍｏｎｉａ；ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｗａｔｅｒ；ａｍｍｏｎｉａ ｃｏｏｌｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｍｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅｓ ｆｏｒ ａｍｍｏｎｉａ ｃｏｏｌｅｒ ｉｎ ｕｔｉｌｉｔｙ ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃ－ ｔｉｏｎ ｏｆ ＰＶＣ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．
若进入冷却器的液氨的量超过其冷却能力，可导致冷 却器内 液 位 上 升。随 着 液 位 的 上 升，汽 化 空 间 将 减 小 ，从 而 导 致 汽 化 空 间 不 足 ，轻 则 使 控 制 质 量 下 降 ，重 则会因氨气夹带大量的液氨引起压缩机的损坏。
因 此 ，在 实 际 生 产 操 作 中 ，需 要 在 冷 冻 水 温 度 不 变 时 ，使 冷 却 器 中 液 氨 的 液 位 保 持 在 设 定 值 ；而 当 冷 冻水温度在外来干 扰 的 作 用 下 偏 离 给 定 值 时，又 要 求液氨的液位能作 出 相 应 的 变 化，即 冷 却 器 中 液 氨 的 液 位 设 定 值 应 该 由 温 度 控 制 需 要 来 决 定 它 “变 ”还 是“不变”，以及变 化 的 “大”和 “小”。 冷 冻 水 温 度 － 液位的串级控制方案如图２所示。
制 质 量 较 差 ；对 各 个 过 程 变 量 内 部 存 在 相 关 的 过 程 ， 控制系统相互之间 会 出 现 干 扰；当 液 氨 的 压 力 波 动 比较大时，由于温 度 对 象 滞 后 较 大，因 此，实 际 生 产 操作中控制效果不够理想。
图 １ 冷 冻 水 温 度 －液 氨 流 量 的 控 制 方 案 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｆｒｅｅｚｉｎｇ
ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｌｉｑｕｉｄ ａｍｍｏｎｉａ ｆｌｏｗ
１．２ 冷 冻 水 温 度 －冷 却 器 液 位 的 串 级 控 制 液氨在冷却器中吸收被冷却的水的热量之后，
汽 化 成 低 温 、低 压 的 蒸 汽 被 压 缩 机 吸 入 ；经 压 缩 后 氨 气 压 力 升 高 ，排 到 中 间 冷 却 器 ，被 液 氨 冷 却 成 饱 和 气 体 ，再 次 被 压 缩 机 吸 入 压 缩 ；氨 气 压 力 再 次 升 高 ，排 到 冷凝器中 ，被冷 凝 为 液 氨 后 流 入 储 氨 器 中 进 行 循 环 。