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关于多回转电动执行机构在苯酐盐阀中的应用

目前,我公司是亚州苯酐年产量最大(18万吨/年)的生产厂家,苯酐装置中最重要的核心设备是苯酐反应发生器,而苯酐反应发生器中最重要的控制系统就是熔盐控制系统。虽然它仅是一个单回路PID控制系统,但却发挥着重要作用。我公司单套苯酐反应器的生产能力由原来的5千吨/年,逐渐增加到现在的2万吨/年。在原来的盐阀中,执行机构一直使用西安仪表机床厂的ZSL型气动长行程执行机构,但在2万吨/年反应发生器的熔盐循环系统中使用时,却发生了调节阀执行机构无法定位,上下严重振荡的情况,致使反应器无法正常生产。

1 原因分析

振荡原因来自苯酐反应器的熔盐循环。熔盐通常是指硝酸钾、硝酸钠按一定比例混合,温度在140℃~400℃之间形成的液体。

苯酐是邻二甲苯和氧气(在高温和催化剂的条件下)反应生成,同时产生大量的热能。轴流泵带动熔盐循环带走多余热量,盐阀开启大小控制熔盐循环量的大小。熔盐的循环情况为:大功率电机带动轴流泵转动,使熔盐液体在其间循环。蒸汽发生器也就是给高温的熔盐液体降温的冷却器,采用注入无离子脱氧水遇到高温变成蒸气后熔盐降温,较高温度的熔盐由蒸汽发热器下端进入,注水降温后,较底温度的熔盐又循环回到反应器,达到了带走反应后多余热量的目的,而盐阀开度的大小直接决定了熔盐带走热量的多少,从而进一步影响了反应的过程。由于生产能力扩大,熔盐的循环量加大,熔盐对阀体的冲击力加大,造成阀体上下振荡。盐阀所控制的参数是熔盐进口的温度,控制的温度波动在正常温度±1℃范围内。如果反应器盐温控制不平稳,温度过低则物料反应不完全,温度过高则烧坏催化剂甚至反应器内发生爆炸事故,所以盐阀的平稳控制在苯酐的生产中有着关键的作用。

原来使用的是西安仪表机床厂生产的2SL型气动长行程机构,以压缩空气为动力,输出与控制信号成线性比例的直行程,以一定行程的推力推动盐阀调节装置。阀体的上下振动,直接带动了气缸活塞的上下动作,导致滑阀无法准确定位,以至于控制系统产生了严重振荡,使反应器无法正常工作。

2 解决办法

第一次解决办法是换成面积大的气缸来控制,结果推力越大,产生的振荡也越大,解决方案遭到失败。后来根据实际情况,我公司采用了扬州电力设备修造厂利用德国西门子技术生产的2SA3521多回转电动执行机构,配用智能型功率换向模块(LU)来控制盐阀,解决了问题,收到了良好的效果。

其电动执行机构工作原理如下。

电动机输出动力,通过蜗杆传至蜗轮及离合器,最终至输出轴套。蜗杆可以做轴向移动,由于碟簧组件的预紧力使蜗杆处于蜗轮的中心位置,当作用于输出轴套上的负载大于碟簧紧力时,蜗杆将会做轴向位移动作并偏离中心位置,此时曲拐将摆动,传递位移至传控制机构,若超过设定力矩则开关动作,切断电源,电动执行机构停止运行。

电动执行机构工作原理如下。

输出轴套和连接盐阀的丝杠咬合。DCS控制系统发出4mA~20mA电流讯号,控制电动执行机构的输出,轴套转动带动丝杠上下运动,实现了盐阀的控制,轴套的转动圈数,由盐阀的行程确定,在相当大的范围内,可以通过LU来任意确定转动圈数,达到调节行程的目的,更重要的是利用轴套和丝杆的紧密咬合解决盐阀的振荡,实现了平稳控制。CPU板是采用微处理器80C535对电动执行机构以及自动系统的参数进行调整,其程序储存在EPROM内,以保证最重要的参数在矢电期间不丢失,固态继电器(ELR)的通与断是由与电源板相连的电子器件输出的二进制信号来控制的。

和其它执行机构相比2SA35有如下特点。

(1)行程任意确定。

(2)输出力矩大。

(3)开、关力矩保护。

(4)通过LU单元,可以查看故障显提示,并可以任意组态,确定正反转,没有讯号时的开关位置等。

(5)万一出现各种故障执行机构保持原来的位置,不会全开或全关,危及安全生产,并可以现场手动.电动控制。

我公司的苯酐装置控制系统是采用浙大中控公司的DCSSUPCONJX-300系列,其组态工作通过SCKEY来完成,操作方便,充分支持各种控制方案,就单回路PID调节而言,其组态只须注意阀体是正作用还是负作用,调节器是正作用还是负作用两个方面。它的历史趋势的观察相当方便直观,调节设定好PID三个参数,能够实现盐阀平稳控制。

3 注意事项

(1)我们所控制温度范围在所控制温度±1℃,不仅需要执行机构动作精确,还得准确设置PID参数,才能快速响应,平稳控制。

(2)输出轴套和丝杠长时间工作产生磨损,造成咬合不紧,容易造成不能快速定位,所以在连续使用大约两年时间后,可更换新的轴套和丝杠。

(3)2SA3521电动执行机构和其它执行机构相比不足之处是价格比较高。

(4)2SA3521电动执行机构的维修及保养:一般情况下,电动执行机构无需维修(除了输出推力的连接部分要定期润滑歪),通常每3个月进行一次例行检查,以确定①是否符合规定的技术参数。②电动执行机构的运行情况是否正常(如振动与噪音等)。③紧固零件是否松动。④是否有油渗漏。

3 结语

我公司现有十多套2SA35多回转电动执行机构,其中五+套2SA35多回转电动执行机构用与熔盐控制系统,从运行情况看,运行平稳、控制准确,完全满足了生产工艺的要求。随着工业自动化水平的提高,各种电动调节阀逐渐得到了广泛的应用,作为工程控制技术人员,应了解多种调节阀阀体的功能,选着更好的产品。