一台40000m3/h制氧机分子筛空气进口阀控制系统的设计分析

    1 引言
    马鞍山钢铁股份有限公司气体分公司40000m3/h制氧机组投产于2004年初，该设备由林德公司设计制造，控制功能框图也由林德公司设计。控制系统采用日本横河公司的DCS系统，实现电控和仪控一体化的自动控制系统。40000m3/h制氧机分子筛的整个控制过程是由DCS内部编制的顺控程序来实现，必须严格按照规定的顺控程序和时间、压力、压差等条件，以及前一步动作完成之后，有关阀门的开关状态来进行。顺控程序是否完善是工艺稳定的关键。
    2 工艺流程
    分子筛吸附器是二组（只）卧式装的圆柱形容器，每只容器中均充有分子筛吸附剂。两组（只）分子筛吸附器A2626A、A2626B是交替工作的，即当一组（只）吸附器运行在工作状态时，另一组（只）则运行在再生状态，处在吸附工作状态的吸附器，通以经过冷却的原料空气，当空气通过分子筛时，空气中的水份、CO2和碳氢化合物被分子筛吸附，使空气得到净化。经过一段时间的吸附，分子筛就得进行再生，使分子筛吸附剂析出水份及CO2等，经过再生的吸附器又可以投入吸附工作，二组（只）吸附器是交替着工作的（见图1分子筛吸附器原理图）。

图1 分子筛吸附器原理图

    分子筛吸附器顺控过程实际上是分子筛吸附器的再生自控过程，该自控过程分18步进行，当按下DCS内部的分子筛启动按钮后，顺控步序即处在第0步（见图2分子筛步序图）。

图2 分子筛顺控步序图

    3 顺控程序功能图
    1#分子筛空气进口阀KV2621和2#分子筛空气进口阀KV2622的切换动作由顺控程序自动控制，OS26211#分子筛空气进口阀控制开关，OS26222#分子筛空气进口阀控制开关，分别控制1#分子筛空气进口阀电磁阀KN2621和2#分子筛空气进口阀电磁阀KN2622。分子筛OS2621开、关的请求由KL2601.6和MS-CHANGE两个条件实现，同理OS2622开、关的请求由KL2601.5和MS-CHANGE两个条件实现。KL2601.6为2#分子筛再生中和KL2601.5为1#分子筛再生中信号，这两个信号一个再生那么另外一个就再工作（见图3顺控程序功能图所示）。

图3 顺控程序功能图

    4 顺控程序的动作状况
    4.1 1#分子筛再生
    当KL2601.5再生时为1，OS2622为开状态，KV2622阀门全开。OS2621为关状态，KV2621全关。
    分子筛程序第八步，1#、2#分子筛切换信号MS-CHANGE到为1时，OS2621为开状态，KV2621全开，OS2622保持状态，1min等待，阀门反馈位置到后，完成切换。MS-CHANGE为0，到下一个步序KL2601.6和KL2601.5分子筛再生信号进行切换，KL2601.6为1再生中，KL2601.5为0，OS2621为开状态，OS2622为关状态（见图4原顺控程序的动作状态图）。    

图4 原顺控程序的动作状态    

 
    4.2 2#分子筛再生    
    当KL2601.6再生时为1，OS2621为开状态，KV2621阀门全开。OS2622为关状态，KV2622全关。
    第十七步，1#、2#分子筛切换信号MS-CHANGE到为1时，OS2622为开状态，OS2621保持状态，1min等待，阀门反馈位置到后，完成切换。MS-CHANGE为0，到下一个步序KL2601.6和KL2601.5分子筛再生信号进行切换，KL2601.5为1再生中，KL2601.6为0，OS2621为关状态，OS2622为开状态（同理也可见图4所示）。
    5 故障分析与处理
    KL2601.6和KL2601.5分子筛再生中的这两个信号切换，由分子筛的步序来控制，1#、2#分子筛切换开关为KL2601.5；IINP。当MS-CHANGE完成切换后状态为“0”后，到下一个步序KL2601.5；IINP开关由“1”变为“0”，此时，KL2601.6和KL2601.5存在有一个扫描周期的关断时间（见图5）。那么就存在电磁阀有一个失电的过程，对于分子筛阀门动作良好，可以不受短暂的失电的影响，如果此时分子筛阀门不好那么将是致命的，随着电磁阀的失电阀门将关闭，引起空压机的超压。

图5 KL2601.6和KL2601.5信号切换原理图

    根据故障的现象判断是分子筛再生中的这两个信号切换存在问题，在原程序中使用TOF延时断功能块，TOF延时断功能块的工作原理当IN存在Q立即输出，IN不存在PT时间后Q才不输出。用增加1s的延时断功能，来躲避一个扫描周期的关断时间，通常DCS的一个扫描周期为0.5s（图6为改进后顺控程序的动作状态图）。

图6 改进后顺控程序的动作状态图避

    6 结束语
    通过此次改进，分子筛顺控程序的动作状态满足了工艺的要求，避免了异常事件所带来的安全隐患。投入运行以来，没有发生大的故障，运行可靠，稳定，为同类型设备存在同类问题提供理论和实践经验，具有很好的推广价值。