聯(lián)合制堿過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

李景林

（中鹽吉蘭泰鹽化集團(tuán)有限公司，內(nèi)蒙古 阿拉善盟 750333）

1 基于自動(dòng)控制系統(tǒng)的聯(lián)合制堿過(guò)程

聯(lián)合制堿程序是先將合成氨生產(chǎn)中的變換氣送入聯(lián)堿碳化塔，將生產(chǎn)的重堿經(jīng)濾堿機(jī)和煅燒兩道工序取得純堿，經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的母液再送人氯化銨工段備用。其過(guò)程主要有重堿、氯化銨和煅燒三個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程較為繁瑣，需要電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)、溫度點(diǎn)、壓力點(diǎn)、流量點(diǎn)和液位點(diǎn)進(jìn)行全面控制與檢測(cè)，具非線性、多參數(shù)、多回路等特點(diǎn)。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的聯(lián)合制堿流程中脫除二氧化碳（CO2）和生產(chǎn)重堿（NaHCO3）同時(shí)進(jìn)行，然后把過(guò)濾后的母液送入氯化銨生產(chǎn)工段，使純堿生產(chǎn)的碳化工序與合成氨生產(chǎn)的脫CO2工序合二為一，這也是新型變換氣聯(lián)合制堿過(guò)程的核心工序。

聯(lián)合制堿的核心工藝流程如圖1所示。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

在聯(lián)合制堿的過(guò)程中，我們采用了DCS系統(tǒng)的智能控制策略，DCS（Distributed Control System）即為集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了通訊、計(jì)算機(jī)、控制等多項(xiàng)技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是集中操作、分級(jí)管理與控制，組合方便，配置靈活。

圖1 聯(lián)合制堿核心工藝流程圖

在聯(lián)合制堿過(guò)程中，我們引進(jìn)的DCS系統(tǒng)采用不同的控制方式，根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)采用不同的控制方式，收到了較好的效果。

3 聯(lián)合制堿過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)

3.1 制堿溫度的控制系統(tǒng)

制堿溫度控制系統(tǒng)的控溫原理是基于軟測(cè)量技術(shù)的控溫。在制堿過(guò)程中，為了達(dá)到規(guī)定的制堿標(biāo)準(zhǔn)，要保持制堿塔內(nèi)反應(yīng)液溫度、液面高度h和塔內(nèi)壓力PZ數(shù)值恒定。由于制堿塔內(nèi)不同的位置其溫度有所差異，也會(huì)出現(xiàn)耦合反應(yīng)。鑒于這種狀況就必須引進(jìn)基于軟測(cè)量技術(shù)的智能控制技術(shù)，使它對(duì)塔內(nèi)60多個(gè)溫度點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

我們?cè)O(shè)Q1為反應(yīng)放出的熱量，m1為反應(yīng)液的質(zhì)量，t2－t1為上升后的溫度，C1為反應(yīng)液的比熱，那么其公式為（1）：Q1＝C1m1（t2－t1）。在反應(yīng)過(guò)程中，循環(huán)水的熱量Q2從原來(lái)的溫度t升到t2，C2為水的比熱，其公式則為（2）：Q2＝C2m2（t2－t）。由于C1、m1為已知項(xiàng)，則可推算出t2的值。根據(jù)熱平衡原理得知Q1＝Q2，因此如果確保合理的t值，就可以通過(guò)改變循環(huán)水流量的方法，移出全部反應(yīng)熱，來(lái)確保塔內(nèi)的反應(yīng)溫度t1恒定。由于其智能控制器采用了神經(jīng)元PID控制器，可以通過(guò)上述式子進(jìn)行計(jì)算得出。其智能控溫系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 控溫原理圖

3.2 變換氣恒流的智能控制系統(tǒng)

我們?cè)O(shè)Qs為變換氣量，Hs為低壓機(jī)出口壓力，ns為轉(zhuǎn)速，也是參變量，那么低壓機(jī)輸出流量Q和出口壓力H 就形成了低壓機(jī)的H－Q特性曲線，其交點(diǎn)就是低壓機(jī)輸送變換氣系統(tǒng)的整體特性解。如果流量發(fā)生變化，那么低壓機(jī)出口壓力也會(huì)發(fā)生變化，壓力傳感器相應(yīng)的就會(huì)輸出反饋信號(hào)，使低壓機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到n的原值上來(lái)，就會(huì)得到所需的流量Qs，進(jìn)而達(dá)到恒流量的控制目的。其控制系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)圖

由于受合成氨工序的影響，使得傳統(tǒng)的PID控制方法不能很好地發(fā)揮控制作用，而神經(jīng)元具有較好的控制功能，因此我們采用了神經(jīng)元PID控制器，通過(guò)實(shí)踐得知，此系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)了智能控制系統(tǒng)的恒壓力。

3.3 恒液位的智能控制系統(tǒng)

圖4 變換氣制堿塔示意圖

在圖4中，P1是氨母液Ⅱ的壓力，Q1是氨母液Ⅱ的流量；Q2是取出液流量；P2是塔內(nèi)頂部壓力；Q2為取出液流量；h是常數(shù)；其反應(yīng)條件是在P1＞P2的前提下進(jìn)行的，因此可以通過(guò)控制取出液的流量，就能保證液位h的恒定。恒液位控制框圖如圖5所示。

圖5 恒液位控制系統(tǒng)圖

3.4 煅燒爐頭壓力的智能控制系統(tǒng)

爐頭壓力是從重堿制得純堿的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，它是通過(guò)調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)擋風(fēng)板開(kāi)度實(shí)時(shí)控制的，它會(huì)受到重堿物料數(shù)量、含水量等多種因素影響。重堿及含水量給系統(tǒng)帶來(lái)的不確定性、洗滌除塵器的狀態(tài)變化和加熱用蒸氣量變化到擋風(fēng)板開(kāi)度控制存在著嚴(yán)重的時(shí)滯等是爐頭壓力控制的重點(diǎn)。因此鑒于這種狀況，如何對(duì)時(shí)變、非線性和不確定性系統(tǒng)加以控制是我們研究的重點(diǎn)，故此提出了智能專(zhuān)家控制方法。

智能專(zhuān)家控制系統(tǒng)的工作原理：首先由主控制器給出一加權(quán)平均值，對(duì)擋風(fēng)板進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)檢測(cè)的壓力數(shù)值，利用模糊控制方法對(duì)不同工況產(chǎn)生混合尾氣量的變化進(jìn)行補(bǔ)償；然后用BP網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)出的混合尾氣量數(shù)據(jù)做為模糊補(bǔ)償器的給定值。如果系統(tǒng)有故障或無(wú)輸入信號(hào)，系統(tǒng)則會(huì)主動(dòng)切換到專(zhuān)家控制狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)案例推理控制。該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)操作人員長(zhǎng)期控制得到的實(shí)際數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)由加權(quán)平均計(jì)算出平均控制量，然后利用Fuzzy補(bǔ)償器對(duì)主控制器的輸出量進(jìn)行補(bǔ)償，再通過(guò)BP預(yù)估器根據(jù)工況的變化，對(duì)系統(tǒng)的工作點(diǎn)進(jìn)行整定。BP預(yù)估器其實(shí)是一個(gè)三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其構(gòu)造如圖6所示。

圖6 BP三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖

4 結(jié) 語(yǔ)

本聯(lián)合制堿自動(dòng)控制系統(tǒng)融合了軟測(cè)量和智能控制等技術(shù)，并借用計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算控制回路給定值，從而使聯(lián)合制堿的質(zhì)量和效率大大提高，降低了生產(chǎn)成本，具有較強(qiáng)的借鑒意義和推廣價(jià)值。

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