在線分析儀表的氣體回收系統(tǒng)是針對在線色譜、紅外及磁氧等氣相在線分析儀表檢測完的氣體排放所研發(fā)的。以EO/EG裝置為例：從工藝管線采樣→前處理→預處理→氣相在線分析儀表，目的是使氣相在線分析儀表能夠檢測到具有代表性的樣品。氣相在線分析儀表檢測完的樣品介質進入回收系統(tǒng)的緩沖罐，在處理樣品的過程中，除了進入氣相在線分析儀表的樣品，其他樣品氣通過旁路進入氣體回收系統(tǒng)增壓罐。當增壓罐壓力達到設定值時，通過調節(jié)調節(jié)閥的開度將增壓罐高出壓力設定值的部分通入工藝低壓返回管線重新利用，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

 

1控制原理

 

1.1系統(tǒng)構成和部件說明

天華化工機械及自動化研究設計院有限公司蘇州研究所研發(fā)的過程分析尾氣零排放回收系統(tǒng)主要由緩沖罐、增壓罐、檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、穩(wěn)壓系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)6部分組成（圖1），其3個階段分別為給定輸入、系統(tǒng)調節(jié)和聯(lián)鎖響應。

給定輸入。利用壓力變送器分別采集氣體回收系統(tǒng)增壓罐和緩沖罐的4～20mA壓力信號。增壓罐智能壓力變送器。根據(jù)用戶低壓返回管線的壓力決定壓力變送器所選的量程。對于緩沖罐的壓力變送器而言，所選的量程范圍越小，在線回收系統(tǒng)和在線分析儀表運行越穩(wěn)定。通常緩沖罐壓力變送器選用的量程范圍在-300～300Pa，介取更小量程。系統(tǒng)調節(jié)。通過增壓罐和緩沖罐壓力變送器檢測的4～20mA電流信號傳輸至PLC和變頻器，運用PID程序調節(jié)增壓罐和緩沖罐調節(jié)閥開度、泵運轉速度。增壓罐和緩沖罐調節(jié)閥分為兩種設計，增壓罐為開環(huán)設計，隨著壓力變送器值的增加開度變大；緩沖罐為閉環(huán)設計，隨著壓力變送器值的增加開度變小。

 

氣體隔膜泵。根據(jù)在線分析儀表、分析小屋低壓返回管線排放壓力、流量和泵出口的背壓定制氣體隔膜泵。

 

聯(lián)鎖響應。緩沖罐系統(tǒng)出現(xiàn)故障或斷電使緩沖罐壓力大于50Pa時，緩沖罐電磁放空閥打開、回收系統(tǒng)緩沖罐報警指示燈常亮、給予DCS節(jié)點報警信號。當緩沖罐壓力出現(xiàn)大于50Pa的工況時，緩沖罐通過穩(wěn)壓水封將大于100Pa的多余氣體放空，以確保不損害在線分析儀表。增壓罐系統(tǒng)出現(xiàn)故障或背壓導致增壓罐壓力超過用戶定義的返回壓力30%，增壓罐安全閥開啟、回收系統(tǒng)增壓罐報警指示燈常亮，確保不損害氣體隔膜泵。

 

1.2PLC壓力控制系統(tǒng)

運用PLC（PID）指令對緩沖罐進行穩(wěn)壓調節(jié)：

a.壓力大于0Pa，緩沖罐調節(jié)閥關閉；

b.壓力小于0Pa，緩沖罐調節(jié)閥隨壓力差值增大打開得就越大，此時增壓罐向緩沖罐中補給壓力；

c.緩沖罐壓力約為0Pa，緩沖罐調節(jié)閥開度才將變小；

d.確保氣相在線分析儀表出口壓力滿足其準確檢測要求（一般要求為0Pa）。

 

由PLC（PID）指令控制增壓罐內部樣品氣返回，增壓罐返回調節(jié)閥以現(xiàn)場低壓返回管線壓力設定PID的增益、積分和微分時間，通常增壓罐壓力要大于低壓返回管線壓力才能避免背壓。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

1.3變頻器壓力控制調節(jié)

緩沖罐壓力值大于0Pa時，氣體隔膜泵以變頻器PID的方式啟動。緩沖罐壓力越高氣體隔膜泵抽吸功率越大，壓力越低氣體隔膜泵抽吸功率越小。運用天秤平衡原理將緩沖罐壓力變送器4～20mA信號和變頻器轉速反饋信號傳輸至PLC，通過PLC（PID）指令計算控制調節(jié)緩沖罐調節(jié)閥補氣開度、隔膜泵抽吸頻率，使緩沖罐達到接近0Pa的#佳平衡點（圖3）。

 

1.4系統(tǒng)監(jiān)管和防護等級

系統(tǒng)監(jiān)管。在線氣體回收系統(tǒng)運用PLC（ModbusRTU）指令與現(xiàn)場DCS通信，實時檢測在線氣體回收系統(tǒng)的壓力、調節(jié)閥和泵運行的情況，避免回收系統(tǒng)出現(xiàn)故障得不到及時解決。防爆等級Zone1，IIB+H2，T3防護等級IP55

 

2氣體回收系統(tǒng)操作

氣體回收系統(tǒng)緩沖罐目前控制的平衡壓力值在-15～15Pa波動。如因現(xiàn)場或其他原因的影響，使回收系統(tǒng)或氣相在線分析儀表無法正常工作。此時PLC程序將執(zhí)行聲光報警、大氣放空電磁閥打開排放，確保回收系統(tǒng)、氣相在線分析儀表在正常平衡壓力值內工作。當超壓報警解除時，大氣排空電磁閥關閉，回收系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。回收系統(tǒng)如遇緊急跳電的情況使回收系統(tǒng)各負載無法投入工作時，緩沖罐內部壓力超過100Pa，此時通過液位水封放空，避免損壞在線分析儀表。防爆等級Zone1，IIB+H2，T3防護等級IP55

 

3氣體回收系統(tǒng)操作

在操作氣體回收系統(tǒng)之前，要確保氣相在線分析儀表和分析小屋預處理處于停止工作狀態(tài)。避免回收系統(tǒng)緩沖罐憋壓，造成氣相在線分析儀表無法正常檢測。操作氣體回收系統(tǒng)時，將氣體回收系統(tǒng)通電→氣體回收系統(tǒng)PLC進入自整定→打開調節(jié)閥助力氣（通常為儀表空氣）→選取打開泵1、泵2開關→依次開啟氣相在線分析儀表出口的樣品流量和分析小屋樣品預處理的旁通流量。氣體回收系統(tǒng)應用天秤平衡原理，開啟完成后不需要任何操作自行判斷整定。氣體回收系統(tǒng)緩沖罐正常壓力控制范圍-15～15Pa。調節(jié)過程中依靠緩沖罐調節(jié)閥補氣、氣體隔膜泵抽吸來互補緩沖罐壓力平衡。上電后約10min，氣體回收系統(tǒng)將進入正常工作狀態(tài)。

 

需要注意的是：緩沖罐下方配備有手動放空閥，有利于氣相在線分析儀表處于工作狀態(tài)時，維修氣體回收系統(tǒng)。

 

4應用實例

化工在線分析儀表氣體回收系統(tǒng)自控技術已經(jīng)投入實際應用的項目如下：

 

a.斯爾邦石化EO/EG分析系統(tǒng)，穩(wěn)壓效果-30～30Pa；

b.賽科石化丁二烯分析系統(tǒng)，穩(wěn)壓效果-15～30Pa；

c.中沙石化苯酚丙酮分析系統(tǒng)，穩(wěn)壓效果-5～5Pa；

d.中沙石化丁二烯分析系統(tǒng)，穩(wěn)壓效果-5～5Pa；

e.中沙石化裂解分析系統(tǒng)，穩(wěn)壓效果-3～3Pa。

 

5結束語

目前大多化工企業(yè)認為技術不成熟是實現(xiàn)節(jié)能減排#大的難題。在通過設備改造和技術革新實現(xiàn)節(jié)能減排的企業(yè)中，僅有少數(shù)達到了大幅度節(jié)能減排的目的。可見，技術落后是節(jié)能減排的瓶頸。天華化工機械及自動化研究設計院有限公司蘇州研究所設計研發(fā)的化工在線分析儀表氣體回收系統(tǒng)自控技術，為提高化工裝置環(huán)保和節(jié)能減排提供了新思路和新方法。在實際應用中，在線分析儀表的穩(wěn)定性有了顯著提高，達到了在線分析儀表現(xiàn)場分析尾氣零排放的效果，得到了化工企業(yè)的認可，具有推廣應用價值。