脱丙烷塔控制系统设计
第二章 控制原理分析
1、提馏段的温度与蒸汽流量组成串级控制
下图是精馏塔底部示意图，在再沸器中，用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽，然后在塔釜中与下降物料进行传热传质。为了保证生产过程顺利进行，需要把提馏段温度θ。保持恒定。为此在蒸汽管路上装上一个调节阀，用它来控制加热蒸汽流量。从调节阀的做到温度θ发生变化，需要相继通过很多热容积。实践证明，加热蒸汽压力的波动对θ的影响很大。此外，还有来自液相加料方面的各种干扰，包括它的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质过程，以及再沸器中传热条件（塔釜温度、再沸器液面等），最后也影响到温度θ。很明显当加热蒸汽压力波动较大时，如果采用如图2-1所示的简单单回路温度控制系统，调节品质一般不能满足生产要求。由于存在这些扰动故考虑串级控制系统。
串级控制系统与单回路控制系统相比有一个显著的区别，即其在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环。
串级控制系统在结构上与电力传动自动控制系统中的双环系统相同，就其主回路（外环）来看是一个定值控制系统，而副回路（内环）则为一个随动系统。以加热炉串级控制系统为例，在控制过程中，副回路起着对炉出口温度的“粗调”作用，而主回路则完成对炉出口温度的“细调”任务。与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了一个测量变送器与一个控制器（调节器），增加的投资并不多（对计算
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机控制系统来说，仅增加了一个测量变送器），但控制效果却有显著的提高。其原因是在串级控制系统中增加了一个包含二次扰动的副回路，使系统有如下几点的改善：
①改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率。 ②对二次扰动有很强的克服能力。
③提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力 。
综上所述，根据系统工艺要求，决定在系统设计中采用闭环串级控制方式。 设计方框图：
采用如图所示的提馏段温度串级控制系统。副调节器QC2根据加热蒸汽流量信号控制调节阀，这样就可以在加热蒸汽压力波动的情况下，仍能保持蒸汽流量稳定。但副调节器QC2的给定值则受主调节器θC1的控制，后者根据温度θ改变蒸汽流量给定值Qr，从而保证在发生进料方面的扰动的情况下，仍能保持温度θ满足要求。用这个方法以非常有效地克服蒸汽压力波动对于温度θ的影响，因为流量自稳定系统的动作很快，蒸汽压力变化所引起的流量波动在2至3s以内就消除了，而这样短暂时间的蒸汽流量波动对于温度θ的影响是很微小的。
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2、分程控制
一般来说，一台调节器的输出仅操纵一只调节阀，若一只调节器去控制两个以上的阀并且是按输出信号的不同区间去操作不同的阀门，这种控制方式习惯上称为分程控制。
图表示了分程控制系统的简图。图中表示一台调节器去操纵两只调节阀，实施（动作过程）是借助调节阀上的阀门定位器对信号的转换功能。例如图中的A、B两阀，要求A阀在调节器输出信号压力为0.02～0.06MPa变化时，作阀得全行程动作，则要求附在A阀上的阀门定位器，对输入信号0.02～0.06MPa时，相应输出为0.02～0.1MPa，
而B阀上的阀门定位器，应调整成在输入信号为0.06～0.1 MPa时，相应输出为0.02～0.1MPa。按照这些条件，当调节器（包括电/气转换器）输出信号小于0.06MPa时A阀动作，B阀不动；当输出信号大于0.06MPa时，而B阀动作，A阀已动至极限；由此实现分程控制过程。
分程控制可以应用于调节塔顶压力中,以塔顶压力为被控变量，气态丙烯与去尾气管线组成的分程控制。
要保证反应的顺利进行，塔顶的压力恒定也是一个重要的参数。影响此压力的是再沸器的气态丙烯流量以及回流罐的压力。为了扩大控制阀的可调范围，改善控制系统的品质，满足工艺要求，以塔顶压力恒定为主要控制目的，当操纵变量气态丙烯流量的改变不足于控制塔顶压力时，调节去尾气管线上的流量，以达到控制塔顶压力。 3、单回路均匀控制回路
均匀控制是指一种控制方案所起的作用而言，因为就方案的结构
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看，有时像一个简单液位（或压力）定值控制系统，有时又像一个液位与流量（或压力与流量）的串级控制系统。
根据工艺要求，塔的进料为单管传输，流量较平稳，回路扰动不大，控制要求不高。为了保证液位稳定在一定的的范围内，从而保证生产的正常进行，可采用均匀控制的方案。从经济和控制效果的角度综合考虑进料回路可选用简单均匀控制方案。
4、液位报警系统
采用ON\\OFF输出方式用电极点做液位检测，在液体中给予一定的电视，当导线触到水时电势发生改变。并且采用单片机进行报警控制。
如图,采用继电器和发光二极管进行液位报警指示。
5、温度检测系统
根据要求，我们需要对进料温度、回流物温度、塔顶、塔底的温
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