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空分装置纯化系统的节能控制系统的研究

作　者: 陈亮
导　师: 刘克平
学　校: 长春工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 空分装置纯化系统 集散控制系统 部分最小二乘回归法 节能
分类号: TQ116.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


空分装置是石化工业中重要的生产设备之一,也是我国节能减排的重要目标对象之一。本文以空分装置中的分子筛纯化系统为研究对象,利用集散控制系统(DCS, Distributed Control System)对分子筛纯化系统切换控制进行改造,实现节能减排的目的。在控制方案的选取上,原有分子筛纯化系统是一个按固定时间切换的开环控制系统,它的2台分子筛吸附器按固定时间交替工作,吸附水分和杂质,消耗了大量的污氮,减少了分子筛的使用寿命。而改造后的控制系统被设计为一个闭环控制系统,不但具有一定的抗干扰能力和自调节能力,而且能够通过系统反馈值(分子筛出口二氧化碳含量)与标准值比较决定是否切换分子筛,既节省了污氮冷吹量,又延长了分子筛的使用寿命。在设备的改造上,采用具有极强抗干扰能力和通信功能的可编程控制器作为控制器。检测仪表采用红外线气体分析仪在线检测分子筛出口二氧化碳含量,通过集散控制系统实现空分装置分子筛纯化系统的自动控制。在控制策略的更新上,由于过程之间存在着较强的相关性,故本文采用部分最小二乘PLS (Partial Least Square)回归法分析少量不相关的量,以达到对整个过程进行控制的目的。根据总的空气压力、空气温度和相关的湿度以及氧化铝和分子筛的厚度等计算氧化铝的最大循环时间和分子筛的最大循环时间,从分子筛纯化系统的历史数据中提炼出统计信息,利用部分最小二乘回归法建立分子筛纯化系统的统计模型,实现对分子筛纯化系统切换控制时间的预测。经过实验和现场运行结果表明,本文所设计的空分装置纯化控制系统实现了分子筛切换的自动控制,有效地降低了能耗,满足了节能控制要求,实现了分子筛纯化系统节能减排的目标。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
主要符号表  7-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 本课题的来源及研究意义  9-10
  1.2 空分装置国内外发展现状  10-11
  1.3 空分纯化系统概述  11
  1.4 空分纯化系统存在的问题  11-12
  1.5 本文的主要研究内容  12-13
第二章 空分装置纯化系统的工作原理及集散控制系统简介  13-22
  2.1 吸附的基本原理  13-15
  2.2 分子筛简介  15-18
  2.3 纯化系统的节能方法  18
  2.4 集散控制系统(DCS)简介  18-21
    2.4.1 集散控制系统的基本构成  19-20
    2.4.2 集散控制系统特点  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第三章 空分装置纯化系统的节能控制研究  22-39
  3.1 分子筛纯化系统再生时间理论分析  23-25
    3.1.1 氧化铝的最大再生时间计算  23-24
    3.1.2 分子筛最大再生时间计算  24-25
  3.2 分子筛曲线分析  25-28
    3.2.1 吸附温度曲线  25-26
    3.2.2 再生温度曲线  26-28
  3.3 部分最小二乘回归法  28-34
    3.3.1 部分最小二乘回归法原理  28-29
    3.3.2 部分最小二乘回归法的计算方法推导  29-33
    3.3.3 部分最小二乘回归模型的检验  33-34
  3.4 分子筛纯化系统统计模型建立及数据分析  34-38
    3.4.1 正交信号修正方法  34-35
    3.4.2 改进的OSC方法  35-36
    3.4.3 分子筛纯化系统切换控制时间统计模型的分析  36-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章 空分装置纯化系统的集散控制系统(DCS)设计  39-51
  4.1 硬件系统构成  39-44
    4.1.1 PLC的选型与设计  39-41
    4.1.2 模拟量扩展模块选择  41
    4.1.3 触摸屏  41-42
    4.1.4 气体分析仪  42-44
  4.2 软件系统构成  44-49
    4.2.1 系统监控  45
    4.2.2 系统组态  45
    4.2.3 OPC实时数据服务器  45-47
    4.2.4 分子筛纯化系统组态软件设计  47-49
  4.3 节能效果分析  49-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章 结论  51-52
致谢  52-53
参考文献  53-56
附录一 空分装置相关数据表  56-59
攻读硕士学位期间研究成果  59-60

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本无机化学工业 > 工业气体 > 氧气及氮气 > 空气的液化分离
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