顏青卿

摘 要： 本文闡述通過(guò)PID控制在MVR蒸發(fā)濃縮實(shí)際工藝生產(chǎn)中的應(yīng)用，指出復(fù)雜控制與實(shí)際工藝緊密結(jié)合過(guò)程，同時(shí)在當(dāng)今智能化要求下的自動(dòng)化形勢(shì)下，真正解決企業(yè)人力資源緊張局面。

關(guān)鍵詞： PID、PLC、MVR蒸發(fā)、結(jié)晶、控制

【中圖分類號(hào)】TP273 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）07-0213-02

1 概述

MVR蒸發(fā)器是蒸汽機(jī)械再壓縮技術(shù)（mechanical vapor recompression ）的簡(jiǎn)稱。MVR蒸發(fā)器是上個(gè)世紀(jì)九十年代末開(kāi)發(fā)出來(lái)的新型高效蒸發(fā)設(shè)備，是一種重新回收利用它自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量，從而減少對(duì)外界能源需求的一項(xiàng)環(huán)保節(jié)能技術(shù)。

一套完整的MVR蒸發(fā)器系統(tǒng)主要是由進(jìn)料泵、預(yù)熱器、蒸發(fā)器、分離器、壓縮機(jī)、真空泵、循環(huán)泵、操作平臺(tái)、電控、儀表、PLC控制系統(tǒng)及閥門、管路等系統(tǒng)組成。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便，MVR蒸發(fā)器已經(jīng)成功廣泛應(yīng)用于化工、造紙、醫(yī)藥、食品、海水淡化及污水處理等領(lǐng)域。

其主要特點(diǎn)是：節(jié)能、環(huán)保、無(wú)需原生蒸汽、無(wú)需額外配置鍋爐、無(wú)需燒煤加熱蒸汽、無(wú)需配設(shè)備冷卻水管路，系統(tǒng)設(shè)備相比之前的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，公用工程配套少、工程總投資少、生產(chǎn)運(yùn)行成本降低、占地面積小;同時(shí)要求相應(yīng)的自動(dòng)化程水平高，減少了人工操控的工作量，以滿足當(dāng)前工藝生產(chǎn)自動(dòng)化、生產(chǎn)智能化的要求。

在MVR蒸發(fā)器投入生產(chǎn)使用過(guò)程中，只有當(dāng)以下生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)參數(shù)精確控制才能達(dá)到生產(chǎn)所需的目標(biāo)：

1.1 系統(tǒng)壓力保持穩(wěn)定;

1.2 各罐的液位如何保持;

1.3 蒸發(fā)結(jié)晶的溶液密度的保持;

1.3 蒸發(fā)部分溫度保持協(xié)調(diào);

2 MVR控制結(jié)構(gòu)

MVR蒸發(fā)器控制系統(tǒng)，電控部分主要是為壓縮機(jī)、泵等提供驅(qū)動(dòng)和調(diào)速;儀表部分主要是測(cè)量生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中的壓力、溫度、流量、液位、密度等生產(chǎn)工藝參數(shù)，PLC系統(tǒng)將這些工藝參數(shù)采集，按照工藝要求來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。其中，主要是通過(guò)調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)這些生產(chǎn)工藝參數(shù)，以滿足整個(gè)系統(tǒng)的原液、蒸汽的流動(dòng)和熱交換等。

儀表檢測(cè)工藝參數(shù)，溫度分別檢測(cè)蒸發(fā)液在各階段的溫度變化，壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的殼程壓力，整個(gè)系統(tǒng)在負(fù)壓下運(yùn)行;蒸發(fā)器、分離器需要檢測(cè)內(nèi)部的液位以反映運(yùn)行情況下物料多少。密度是該系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，物料密度由23%濃縮到46%，檢測(cè)物料達(dá)到目標(biāo)密度，然后決定是否將產(chǎn)品出到下一級(jí)的儲(chǔ)料罐。

按照工藝要求，整個(gè)系統(tǒng)按工藝可分為：進(jìn)料、蒸發(fā)、分離等幾個(gè)環(huán)節(jié)。

2.1 進(jìn)料：

進(jìn)料是從母液罐用泵打入蒸發(fā)器內(nèi)，為了保證進(jìn)料的流量和提升溫度，這個(gè)環(huán)節(jié)增加流量檢測(cè)的電磁流量計(jì)和流量調(diào)節(jié)閥。

為了提升溫度，進(jìn)料管道設(shè)置板式換熱器，用新鮮蒸汽來(lái)加熱進(jìn)料的母液，目標(biāo)溫度是根據(jù)具體工況而定，可在70℃-90℃之間設(shè)定目標(biāo)值。

2.2 蒸發(fā)：

蒸發(fā)后的結(jié)晶階段，結(jié)晶器的液位LISA007時(shí)刻發(fā)生變化，通過(guò)轉(zhuǎn)料調(diào)節(jié)閥FV003進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)該生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)液位的平衡操作控制。

2.3 結(jié)晶分離：

蒸發(fā)過(guò)后，母液的濃度逐漸增加。

結(jié)晶的濃度隨著蒸發(fā)量的累計(jì)逐漸增加，直到滿足結(jié)晶要求的濃度，將出料調(diào)節(jié)閥FV004打開(kāi)送到下一道的工序儲(chǔ)料罐——結(jié)晶釜。

3 PID控制

為了保證連續(xù)生產(chǎn)，必須確保各工藝段自身的自動(dòng)調(diào)節(jié)。這種情況下，采用PID調(diào)節(jié)就是最佳選擇。

目前，PID控制及其控制器已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。PID控制器問(wèn)世至今已有70多年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。

PLC可編程系統(tǒng)利用PID控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的壓力、溫度、流量、液位、密度的控制功能。

PID調(diào)節(jié)解決了自動(dòng)控制理論所要解決的最基本問(wèn)題，既系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力，同時(shí)，在PID調(diào)節(jié)器中引入積分項(xiàng)，系統(tǒng)增加了一個(gè)零積點(diǎn)，使之成為一階或一階以上的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。在工藝生產(chǎn)控制中，采用PID控制器，并加入反饋回路來(lái)影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)，可以讓系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1 進(jìn)料流量的控制：

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)入料量最大為40噸/小時(shí)，但是入料量是根據(jù)蒸發(fā)量和出液量不斷調(diào)整的。

進(jìn)料調(diào)節(jié)閥FV001根據(jù)降膜蒸發(fā)器的液位LICAS001來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)流量補(bǔ)充，在該生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制應(yīng)用中，采用PI調(diào)節(jié)器，來(lái)穩(wěn)定液位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)料流量的自動(dòng)控制（如圖2中所示）。

3.2 進(jìn)料溫度的調(diào)節(jié)控制：

進(jìn)料溫度調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)換熱器入口調(diào)節(jié)閥FV005的開(kāi)度，改變蒸汽的流量，來(lái)實(shí)現(xiàn)換熱器進(jìn)料出口溫度的調(diào)節(jié)。

在生產(chǎn)該工藝環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，自動(dòng)根據(jù)進(jìn)料的換熱器出口溫度來(lái)調(diào)節(jié)FV005調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)料溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。如下圖6中所示。

3.3 蒸發(fā)結(jié)晶的液位調(diào)節(jié)控制：

蒸發(fā)結(jié)晶的液位調(diào)節(jié)是通過(guò)轉(zhuǎn)料調(diào)節(jié)閥FV003的開(kāi)度，來(lái)調(diào)節(jié)結(jié)晶蒸發(fā)器的液位LICAS007。

在該生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，自動(dòng)根據(jù)進(jìn)結(jié)晶蒸發(fā)器的液位LICAS007來(lái)調(diào)節(jié)FV003調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)結(jié)晶的液位自動(dòng)調(diào)節(jié)。（如圖3中所示）

3.4 溶液的密度調(diào)節(jié)：

蒸發(fā)結(jié)晶的溶液密度達(dá)到預(yù)定的設(shè)定值，F(xiàn)V004調(diào)節(jié)閥根據(jù)密度計(jì)ρIC001檢測(cè)到的密度大小來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)度。密度不能太高，過(guò)高則容易在管道里面結(jié)晶造成堵塞;密度太低則在結(jié)晶釜內(nèi)等待時(shí)間過(guò)久。

在該生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，控制系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)結(jié)晶蒸發(fā)器的密度計(jì)ρIC001檢測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)FV004調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)結(jié)晶溶液密度的自動(dòng)控制。（如圖4中所示）

4 總結(jié)

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)是目前最新型的蒸發(fā)結(jié)晶方式，相關(guān)部分采用PID控制方式才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

使用過(guò)程中，降膜蒸發(fā)器、結(jié)晶蒸發(fā)器的液位控制有著十分重要的意義。在產(chǎn)品出料時(shí)，根據(jù)濃縮液的密度確定出料量的控制也十分關(guān)鍵。

MCR蒸發(fā)系統(tǒng)作為新型蒸發(fā)濃縮方式，用于工業(yè)生產(chǎn)的廢液處理等場(chǎng)合，可以節(jié)約蒸汽的使用量，從而降低能耗，減少生產(chǎn)運(yùn)行成本，降低了生產(chǎn)帶來(lái)的大氣碳排放量，從而實(shí)現(xiàn)了環(huán)保、節(jié)能、減排的目標(biāo)。

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