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如何做好高压聚乙烯装置反应釜压力控制

浏览次数: 发布日期:2020-01-28 23:14
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1 前言
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搅拌式冷凝器列管式冷凝器专业生产厂家无锡天骥化工设备2020年1月28日讯  高压聚乙烯装置是企业的重点生产装置之一,装置生产的特点是高温高压,反应异常剧烈。通常釜内压力在200MPa、控制温度在270℃左右,根据生产牌号的不同,对反应温度、压力的控制会稍有不同。反应釜反应温度、压力控制的好坏是影响高压聚乙烯装置正常生产的重要因素之一。其中反应釜的压力控制是通过PCV5液压阀控制的,该阀是超高压液压阀,而在PCV5阀的实际运行过程中,对其实际阀位的准确控制至关重要,会直接影响到反应釜压力控制是否正常、装置生产是否能够安全稳定运行。本文重点对反应釜压力控制的实现方法即PCV5液压调节阀的系统构成及工作原理进行阐述。 

 

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2 PCV5液压调节阀的系统构成
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PCV5液压调节阀系统结构如图1所示:

 

搅拌式反应釜,列管式冷凝器,列管式换热器

 

整个系统可以分为三大部分:液压调节阀、液压单元和信号处理单元,其中信号处理单元又包括定位器、放大器两大关键部件。 
 

 

 

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3 结构及工作原理
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3.1 液压调节阀

 

 

液压调节阀即PCV5阀是实行部分,其上安装有伺服阀、液压实行器及LVDT。 

 

3.1.1 伺服阀

 

液压阀控制系统采用了高性能的直动式伺服阀,具有泄漏低、动态响应高、控制性能好等特点。其结构如图2所示。

 

搅拌式反应釜,列管式冷凝器,列管式换热器

 

控制信号经过定位器转换成一个脉宽调制(PWM)电流信号,作用在线性力马达上,线性力马达产生推力推动阀芯产生一定的位移。同时阀位返回信号LVDT产生一个与阀芯实际位移成正比的电压信号,经放大器进行信号处理,处理后的阀芯位移信号与输入指令信号相比较,比较后得到的偏差信号将改变输入至线性力马达的电流大小;直到阀芯位移达到所需值,阀芯位移的偏差信号为零。最后得到的阀芯位移与输入的电流信号成正比。这样伺服阀就实现了对阀芯位置进行闭环控制。 

 

3.1.2 液压实行器及LVDT 

 

3.1.2.1 液压实行器 

 

液压实行器实际上相当于一个油压千斤顶。其液压缸设计为双轴,在轴的两端分别连接阀杆和LVDT。由伺服阀控制液压实行器的2个缸充油和排油,来带动阀芯动作实现控制作用。 
 
液压实行器的工作原理如图3所示。

 

搅拌式反应釜,列管式冷凝器,列管式换热器

 

伺服阀的控制信号范围为-10mA到+10mA。当伺服阀控制线圈电流为0mA时,伺服阀油路不切换,液压阀保持不动。当伺服阀的控制电流为小于0mA时,伺服阀供油端口P端与液压实行器的B端相连,伺服阀回油端口T端与液压实行器的A端相连,从而使液压实行器的右缸进油左缸排油,进而使阀向开的方向移动。当伺服阀线圈电流为大于0mA时,伺服阀供油端P端与液压实行器的A端相连,伺服阀回油端口T端与液压实行器的B端相连,从而使液压实行器的右缸排油左缸进油,进而使阀向关的方向移动,而液压阀的阀位信息通过连接在实行器另一端的LVDT反映出来。因LVDT 是直接反应阀位信息的设备,故在3.1.2.2部分对其进行了较为详细的先容。 

 

3.1.2.2 LVDT 

 

LVDT(Linear Voltage Differential Transformer)即线性可变差动变压器,其主要功能是检测液压阀的开度值。LVDT工作原理如图4所示,它是由在圆柱形骨架上绕有螺旋形的原边和两个副边绕组所组成的线圈及一个可动铁芯构成。当原边供给振荡电压时,由于电磁感应,两副边就分别产生感应电压V1和V2。若铁芯处于线圈的中心位置时,两副边对原边的互感量正好相等,同时两副边的交流电压分别经检测电路检波后,把所得两直流电压取其差值,则输出差动直流电压V为零。

 

搅拌式反应釜,列管式冷凝器,列管式换热器

 

当铁芯往上位移时,上边的副边与原边的互感量增大,下边的减少,即出现V1>V2,则差动直流输出电压V>0,反之亦然。可见差动直流电压V与铁芯位移的大小在某一范围内是呈线性关系的。测量时把 LVDT壳体固定在阀体上,把和铁芯连接的测量杆紧固在液压实行器的一端被测点上,当液压阀动作时就带动铁芯相对于线圈运动,从而线性地改变LVDT的输出电压,这样通过测量LVDT输出电压的大小,即可测量出被测对象的位移量。 

 

3.2 液压单元

 

 

液压单元是液压系统的动力源,它提供满足系统运行所需的动力,是液压系统的重要组成部分。如图5 所示,液压单元主要由油泵、油箱组件、温控组件、蓄能器、过滤组件和油站保护仪表等6个部分组成。

 

搅拌式反应釜,列管式冷凝器,列管式换热器

 

3.2.1 油泵 

 

油泵的作用是为系统的正常运行提供动力。为了保证液压阀系统能够长时间、连续、可靠运行,在供油回路及冷却回路都采用了冗余的油泵。冗余的油泵平时不运行,而是处于等待状态,一旦系统油压不正常,它能马上开始工作,保证液压系统油压稳定。 

 

3.2.2 油箱组件 

 

油箱的主要功能是储油、散热、分离气体及沉淀污物等。本系统油箱分供油部分和冷却部分。 

 

3.2.3 温控组件

 

温控组件的功能是把系统中液压油的工作温度控制在一定的范围之内。对于高压大流量电液伺服系统,特别是阀控型电液伺服系统,突出的问题是:系统功率损失较大,引起液压油温度升高,从而使油液粘度降低、泄露增加、元件寿命缩短,并影响系统的 稳定性。因此,必须在系统中设置冷却器进行强制冷却。本系统采用换热效率较高的水冷式冷却器。 

 

3.2.4 蓄能器

 

蓄能器的功能是根据实际情况释放或吸取脉动压力、减少震动和噪声、补偿泄漏、维持工作压力,作为泵的辅助动力源而高效地利用能量。采用蓄能器组件后,可以按系统所需的平均流量来选择泵的规格,从而减小了泵的排量,并可减少系统的发热。本系统需要快速响应,采用的是皮囊式蓄能器。 

 

3.2.5 过滤组件

 

油液污染是导致液压系统故障的主要原因。对系统实施有效过滤是提高系统工作可靠性和延长元件使用寿命的重要途径。本系统采用过滤器清除油液中的固体污染物。 

 

3.2.6 油站保护仪表 

 

为保证液压系统的安全、可靠、连续运行,本系统通过现场各种仪表并借助于ESD系统对液压单元的启动、运行进行完善的安全保护和状态监控。其中 ESD程序如图6所示。

 

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3.2.6.1 过压保护  

 

在每台泵的出油管路设置安全阀,用于过压保护。在2台供油泵的出口设置压力开关BPK202A、 BPK202B,当一台泵出口压力低于设定值时,压力开关动作通过ESD程序启动另一台泵。在2台供油泵的供油总管设置了压力传感器BPK201,可对泵站的工作压力进行状态监控,当供油总管的压力低时也可通过 ESD程序启动另一台泵。 

 

3.2.6.2 油泵启停的联锁保护  

 

为避免油泵吸入空气,油箱内的液位必须高于最低液位,否则液位开关BLK202动作,将4台油泵全停掉。为避免系统油温过高,对系统造成不利影响,油箱内油液温度要低于最高工作温度,否则温度开关 BTK202动作,将4台油泵全停掉。 

 

3.3 信号处理单元

 

 

PCV5液压阀系统的信号处理单元主要有定位器及放大器2个关键部件。液压系统控制原理方块图如图7 所示。

 

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由图7可以看出定位器实际上相当于一个PID控制器,是液压阀系统的核心控制仪表。它接收由DCS送来的控制信号作为设定值,并接收现场返回放大器送 来的阀位返回信号作为测量值将二者进行比较,将比较的结果作为输出值来控制伺服阀动作,进而使液压实行器带动阀芯工作。 
 
在信号处理单元,将DCS的控制信号与阀位返回信号进行信号处理并进行对比,可以非常直观的判断 PCV5阀的实际阀位,从而在装置出现停车等异常情况时,对于准确判断故障原因起到了至关重要的参考因素。 

 

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4 结束语
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高压聚乙烯装置反应釜的压力控制最初采用的是气动调节阀,由于气动阀调节系统滞后时间长,导致反应器反应压力波动较大。系统压力经常在设定值上下波动高达40kg左右,这种情况在生产压力高牌号的聚乙烯产品时表现的更明显,经常会出现压力控制不稳定导致装置停车,影响了装置的平稳生产。采用 PCV5液压阀后,因液压油传递信号具有及时迅速的特点,所以整个控制系统的滞后时间很小,进而使反应器压力波动减小。即使在较高压力时,反应器压力波动也只在10kg左右,提高了控制精度,延长了装置的平稳运行周期,同时,因将液压阀系统的信号引入到 ESD中,对阀位的控制及返回信号有了高效的监控收到,从而也大大提高了装置运行的安全性。

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