一種控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法
2023-09-21 17:41:10 2
一種控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法
【專利摘要】本發明公開了一種控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法，判斷氪氙精餾塔的純化器的吸附筒是否進入升壓階段，並通過用所述純化器的液氧活塞泵的功率的調節器，控制液氧活塞泵的功率負荷，從而實現調節經液氧活塞泵加壓後進入純化器中純化後送入氪氙精餾塔中的氧氣的進氣流量，最終使所述純化器的吸附筒進入升壓階段或退出升壓階段兩種調節狀態可無擾動、穩定的切換；本發明所述的方法不僅可以在維持純化器再生時吸附筒工作壓力穩定，還可維持正常的氣體出口流量，可以穩定所述氪氙精餾塔進氣流量，保證所述氪氙精餾塔入塔氣體流量以及所述純化器的吸附筒中氣體壓力的穩定。
【專利說明】一種控制氦氙精餾塔入塔氣體流量的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種氪氙氣體精餾的工藝，尤其涉及一種控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法。
【背景技術】
[0002]氪、氙是大氣中的稀有氣體，也是現代高純金屬工業、化學成分分析、雷射器件等的重要原料或保護氣體。此外，氪氣和氙氣還可用於照明和雷射，其中氙氣還可用於作為麻醉劑。對於氪、氙氣體的需求已經隨著時間推移而增長，為了滿足日益增多的氪、氙氣體的需求，目前工業上主要通過低溫蒸餾從空氣中回收氪氣和氙氣，具體通過壓縮、冷卻空氣並在蒸餾塔中精餾空氣，並使富氧塔底產物聚集在低壓塔中，氪氣和氙氣聚集在產生於低壓塔中的氧氣中，並從氧氣中提取氪氙氣體，如專利CN103039589A中公開了一種用於從管道氧氣中回收氪、氙的方法及其設備，主要通過低溫精餾裝置，從蒸餾塔的塔底產物中產生的富氪、氙流，從而實現氪、氙氣的回收。
[0003]除了上述的方法，還可從空分設備、合成氨排放氣或核反應堆的裂變氣等空分設備的副產品中產生的液氧中提取氪氣、氙氣。在氪氙精製裝置中，液氧經過活塞泵的加壓後氣化進入除甲烷系統，除去甲烷、水及二氧化碳的氧氣被送入氪氙精餾塔，此時入塔的氧氣流量對精餾塔的工況穩定性非常重要，如果流量過大會造成精餾塔底部的氪氙濃縮物中的氧含量增大，影響最終產品純度，而如果流量過小則會導致蒸發出塔的氧氣中含有微量氪、氣，影響氣氣廣品的提取率。
[0004]但是現有的技術中原本利用流量的大小對液氧活塞泵的負荷進行PID調節，在純化器再生時，吸附筒升壓階段需要的氧氣流量相較於其他階段會陡然增加，此時傳統的PID調節無法在保證吸附筒工作壓力的同時維持正常的出口流量，從而存在無法實現有效的在穩定吸附筒正常工作壓力的同時維持精餾塔所需的進氣流量，使精餾塔內氣流量不穩定，從而影響氪、氙氣體的精製工藝流程，無法實現無擾動切換狀態。
[0005]因此，亟待提供一種特殊的控制手段用於穩定吸附筒正常工作壓力的同時維持氪氙精餾塔所需的進氣流量，從而可以維持氪氙精餾塔的穩定。
【發明內容】
[0006]本發明旨在為上述現有技術中存在的問題提供一種有效方法。具體為通過控制入塔氣流的流量，從而維持氪氙精餾塔塔內氣流量的穩定。
[0007]本發明具體提供了一種控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法，具體包括以下的步驟:
[0008]步驟1:判斷氪氙精餾塔的純化器的吸附筒是否進入升壓階段，若否，轉至步驟6執行；
[0009]步驟2:記錄用以調節所述純化器的液氧活塞泵的功率的調節器功率當前的輸出值以及當前的設定值；[0010]步驟3:檢查氪氙精餾塔實際入塔氣體流量與預設入塔氣體流量的差值，當所述差值大於一預設的第一閾值時，則增加所述調節器的功率輸出，當所述差值小於一預設的第二閾值時，則減少所述調節器的功率輸出；
[0011]步驟4:判斷所述吸附筒是否退出升壓階段，若否，則轉至所述步驟3執行；
[0012]步驟5:根據所述步驟2的記錄還原所述調節器的所述輸出值以及所述設定值後，所述調節器進行PID調節，並轉至所述步驟I執行；
[0013]步驟6:所述調節器進行PID調節，並退出流程。
[0014]在本發明一個較為優選的實施例中，所述步驟I中以及步驟4中，依照所述吸附筒的實際氣體壓力值與預設的氣體壓力值的關係，判斷所述吸附筒進入或退出升壓階段。優選地，還包括於所述的步驟4中判斷所述吸附筒的所述實際氣體壓力值是否維持在所述預設的氣體壓力值的一定的範圍內。
[0015]其中，執行所述步驟5之前，判斷所述吸附筒內的實際氣體壓力值是否維持在預設的氣體壓力值的0.98-1.02倍的範圍內，若否，則轉至所述步驟3執行。
[0016]在本發明一個較為優選的實施例中，於所述的步驟2中記錄所述吸附筒進入升壓階段的起始時間。
[0017]優選地，所述步驟2中還可以包括使所述調節器退出PID調節。
[0018]在本發明一個較為優選的實施例中，所述的步驟3中，每經過一第一時間閾值判斷實際入塔氣體流量與預設入塔氣體流量的差值是否大於所述第一閾值。
[0019]優選地，所述第一時間閾值為當前時間與所述吸附筒進入升壓階段的起始時間的差值的1/n。
[0020]優選地，若所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值不大於所述第一閾值，則維持所述調節器功率輸出不變。
[0021]在本發明一個較為優選的實施例中，所述的步驟3中，每經過一第二時間閾值判斷實際入塔氣體流量與預設入塔氣體流量的差值是否大於所述第二閾值。
[0022]優選地，所述第二時間閾值為當前時間與所述吸附筒進入升壓階段的起始時間的差值的1/m。
[0023]優選地，若所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值不小於所述第二閾值，則維持所述調節器功率輸出不變。
[0024]在本發明一個較為優選的實施例中，所述第一閾值與第二閾值、第一時間閾值與第二時間閾值可相等或不相等。
[0025]在本發明一個較為優選的實施例中，所述的步驟3中，所述n、m為正整數。
[0026]在本發明一個較為優選的實施例中，所述增加輸出周期性檢查與所述減少輸出周期性檢查為同步進行。
[0027]本發明所述的控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法，通過控制液氧活塞泵的功率，從而控制經活塞泵加壓後進入純化器中(除甲烷系統，可除去甲烷、水及二氧化碳)進行純化、再進入氪氙精餾塔中的氧氣的進氣流量，實現所述純化器的吸附筒進入升壓階段或退出升壓階段兩種調節狀態的無擾動切換，從而保證入塔流量及吸附筒中氣體壓力的穩定。
[0028]本發明所述的控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法可以在維持純化器再生時吸附筒工作壓力穩定的前提下，還可維持正常的氣體出口流量，從而可以穩定氪氙精餾塔所需的進氣流量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明所述控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法簡要流程示意圖；
[0030]圖2為本發明所述控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法的具體流程示意圖。
具體實施例
[0031]下面結合附圖與具體實施例對本發明做進一步說明，但不作為本發明的限定。
[0032]實施例1
[0033]圖1為本發明所述控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法簡要流程示意圖，從圖1中可以看出，本實施例中所述的控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法的具體步驟如下:
[0034]SlOl:判斷所述純化器的吸附筒是否進入升壓階段，若否，轉至步驟6執行。具體可依照所述吸附筒的實際氣體壓力值與預設的氣體壓力值，確定所述吸附筒進入升壓階段。
[0035]S102:記錄用以調節所述純化器的液氧活塞泵的功率的調節器的功率當前的輸出值以及當前的設定值，並記錄所述吸附筒進入升壓階段的起始時間，並使液氧活塞泵功率調節器退出PID調節。
[0036]S103:檢查氪氙精餾塔實際入塔氣體流量與預設入塔氣體流量的差值，當所述差值大於預設的閾值時，則增加功率輸出，當所述差值小於預設的閾值時，則減少功率輸出。
[0037]S104:判斷所述吸附筒是否退出升壓階段，若否，則轉至所述步驟3執行。具體可依照所述吸附筒的實際氣體壓力值與預設的氣體壓力值之間的關係，確定所述吸附筒退出升壓階段。
[0038]S105:根據所述步驟2的記錄還原所述調節器的所述輸出值以及所述設定值後，所述調節器進行PID調節，並轉至所述步驟I執行。
[0039]S106:所述調節器進行PID調節，並退出流程。
[0040]實施例2
[0041]本實施例中，所述的控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法的具體步驟如下:
[0042]步驟1:判斷氪氙精餾塔的純化器的吸附筒是否進入升壓階段，若否，轉至步驟6執行。
[0043]步驟2:記錄用以調節所述純化器的液氧活塞泵的功率的調節器的功率當前的輸出值以及當前的設定值，並記錄所述吸附筒進入升壓階段的起始時間；
[0044]步驟3:每經過一第一時間閾值時，判斷所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值是否大於以預設的第一閾值；
[0045]所述第一時間閾值為當前時間與所述吸附筒進入升壓階段的起始時間的差值的1/η, η為正整數(例如1、2、3、4等等);
[0046]若所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值大於所述第一閾值，則增加所述調節器功率輸出；若所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值不大於所述第一閾值，則維持所述調節器功率輸出不變。[0047]步驟4:判斷所述吸附筒是否退出升壓階段，若否，則轉至所述步驟3執行；
[0048]步驟5:根據所述步驟2的記錄還原所述調節器的所述輸出值以及所述設定值後，所述調節器進行PID調節，並轉至所述步驟I執行。
[0049]步驟6:所述調節器進行PID調節，並退出流程。
[0050]實施例3
[0051]本實施例中，所述的控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法的具體步驟如下:
[0052]步驟1:判斷氪氙精餾塔的純化器的吸附筒是否進入升壓階段，若否，轉至步驟6執行。
[0053]步驟2:記錄用以調節所述純化器的液氧活塞泵的功率的調節器的功率當前的輸出值以及當前的設定值，並記錄所述吸附筒進入升壓階段的起始時間；
[0054]步驟3:每經過一第二時間閾值時，判斷所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值是否小於所述第二閾值；
[0055]所述第二時間閾值為當前時間與所述吸附筒進入升壓階段的起始時間的差值的1/m, m為正整數(例如1、2、3、4等等)；
[0056]若所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值不小於所述第二閾值，則維持所述調節器功率輸出不變。
[0057]步驟4:判斷所述吸附筒是否退出升壓階段，若否，則轉至所述步驟3執行；
[0058]步驟5:根據所述步驟2的記錄還原所述調節器的所述輸出值以及所述設定值後，所述調節器進行PID調節，並轉至所述步驟I執行。
[0059]步驟6:所述調節器進行PID調節，並退出流程。
[0060]實施例4
[0061]本實施例中，所述的控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法的具體步驟如下:
[0062]步驟1:判斷氪氙精餾塔的純化器的吸附筒是否進入升壓階段，若否，轉至步驟6執行。
[0063]步驟2:記錄用以調節所述純化器的液氧活塞泵的功率的調節器的功率當前的輸出值以及當前的設定值，並記錄所述吸附筒進入升壓階段的起始時間；
[0064]步驟3:每經過一第一時間閾值時，判斷所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值是否大於以預設的第一閾值；
[0065]所述第一時間閾值為當前時間與所述吸附筒進入升壓階段的起始時間的差值的1/η, η為正整數(例如1、2、3、4等等);
[0066]若所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值大於所述第一閾值，則增加所述調節器功率輸出；若所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值不大於所述第一閾值，則維持所述調節器功率輸出不變；
[0067]此外，本實施例中還可以同步經過一第二時間閾值，每經過一第二時間閾值時，判斷所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值是否小於所述第二閾值；
[0068]所述第二時間閾值為當前時間與所述吸附筒進入升壓階段的起始時間的差值的1/m, m為正整數(例如1、2、3、4等等)；
[0069]若所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值不小於所述第二閾值，則維持所述調節器功率輸出不變。[0070]步驟4:判斷所述吸附筒是否退出升壓階段，若否，則轉至所述步驟3執行；
[0071]此外，執行所述步驟5之前，判斷所述吸附筒內的實際氣體壓力值是否維持在預設的氣體壓力值的0.98-1.02倍的範圍內，若否，則轉至所述步驟3執行。
[0072]步驟5:根據所述步驟2的記錄還原所述調節器的所述輸出值以及所述設定值後，所述調節器進行PID調節，並轉至所述步驟I執行。
[0073]步驟6:所述調節器進行PID調節，並退出流程。
[0074]此外，上述的步驟2中還可以包括所述調節器退出PID調節。
[0075]上述的步驟3中，當所述吸附筒進入升壓階段時，設於所述純化器上的進出口閥門會關閉，而設於所述純化器上的升壓閥會打開，依據所述純化器的閥門為關閉狀態可判斷所述純化器內的所述吸附筒進入升壓階段的；
[0076]上述的步驟4中，當所述吸附筒退出升壓階段時，設於所述純化器上的進出口閥門會開啟，而設於所述純化器上的升壓閥會關閉，依據所述純化器的閥門為開啟狀態也可判斷所述純化器內的所述吸附筒退出升壓階段的。
[0077]實施例5
[0078]圖2為本發明所述控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法的流程示意圖，如圖2中所示，本實施例中所述的方法主要分為六個步驟，如圖2中所述的S1-S6，具體地:
[0079]在本實施例中，調節器為液氧活塞泵功率調節器，第一閾值表示為SP1，第二閾值表示為SP2，第一時間閾值表示為T1，第二時間閾值表示為T2,當前時間與所述純化器的吸附筒進入升壓階段的起始時間的差值用T表示，n、m表示為正整數(例如可以是1、2、3、4等等);
[0080]此外，SI表示判斷所述純化器的吸附筒是否進入升壓階段；
[0081]S2表示記錄調節器功率的實時輸出值並預設設定值，並使液氧活塞泵功率調節器退出PID調節；具體可分為:
[0082]S21表示記錄活塞泵功率調節器當前的輸出值MV以及當前的設定值SV，並記錄所述純化器的吸附筒進入升壓階段的起始時間；
[0083]S22表示活塞泵功率調節器退出PID調節；
[0084]S31表示判斷當前時間與記錄的所述起始時間之間的差值T是否為T = IiT1或mT2 ；
[0085]S32表示當T = IiT1時，判斷(實際入塔流量_設定入塔流量)WP1是否成立；
[0086]S33表示當T = HiT2時，判斷(實際入塔流量-設定入塔流量)<SP2是否成立；
[0087]S34表示所述調節器功率輸出不變；
[0088]S35表示所述調節器功率輸出增加Λ MV1 ；
[0089]S36表示所述調節器功率輸出減少Λ MV2 ；
[0090]其中，Λ MV1與八MV2是指在所述輸出值MV的基礎上增加或減少的所述調節器功率的值。
[0091]S4表示判斷所述吸附筒是否退出升壓階段且氪氙精餾塔內的實際氣體壓力值與預設的氣體壓力值的關係是否滿足實際氣體壓力值=(1±0.02) X預設的氣體壓力值(即為實際氣體壓力值等於0.98-1.02倍的預設的所述氣體壓力值)；
[0092]S51表示還原液氧活塞泵功率調節器的初始輸出值MV、初始設定值SV ；[0093]S52表示液氧活塞泵功率調節器進行PID調節；
[0094]S6表示使所述液氧活塞泵功率調節器進行PID調節。
[0095]從圖2中還可知:
[0096]在SI中進行所述純化器的吸附筒是否進入升壓階段的判斷，SI的判斷結果若為否，則直接進入S6中，SI中的判斷結果若為是，則依次進入S2中的S21、S22後，進入S3中的 S31 ；
[0097]S31中對T1 = 1/n T和/或T2 = 1/mT進行同步判斷:
[0098]S31的判斷結果若為T1 = l/ηΤ，則進入S32 ；
[0099]S31的判斷結果若為T2 = 1/mT,則進入S33 ；
[0100]S31的判斷結果若為T1 = l/ηΤ和T2 = l/mT(即增加輸出功率周期IiT1與減少輸出功率周期mT2相等，則進入S32和/或S33中；
[0101]S31的判斷結果若為T不等於IiT1或mT2時，則不進行下一步驟，等待當前時間與記錄的所述起始時間之間的差值T變化至符合上述的T = IIT1和/或T = mT2後，再進行
下一步驟。
[0102]S32的判斷結果若為是，則經過S35後，進入S3中，S32的判斷結果若為否，則經S34後進入S3中。
[0103]S33的判斷結果若為是，則經過S36後，進入S3中，S32的判斷結果若為否，則經S34後進入S3中。
[0104]在S4中判斷結果若為否，則轉至S3的S31中執行，S4中判斷結果若為是，則進入S5中，具體包括進行S51、52後，轉至SI中執行；
[0105]S6為所述液氧活塞泵功率調節器進行PID調節後，退出流程。
[0106]實施例6
[0107]本實施例中所述控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法在吸附筒進入升壓階段時，將DCS系統(Distributed Control System,分散控制系統)中記錄負責控制液氧活塞泵功率負荷的PID自動調節器的輸出值與設定值，同時周期性的檢查當前實際入塔流量與設定入塔量的差值:
[0108]當差值高於第一閾值時，則在當前的功率輸出值MV的基礎上增加輸出功率AMVl ；
[0109]當差值低於第二閾值時，則在當前的功率輸出值MV的基礎上減少輸出功率AMV2 ；
[0110]其中第一時間閾值及第二時間閾值均根據實際需要進行修改。
[0111]當所述吸附筒退出升壓階段，且實際吸附筒壓力維持在預設的正常工作壓力的±2%內，則將活塞泵功率調節器的設定值與輸出值還原為初始記錄的輸出值以及設定值(所述的初始記錄的輸出值以及設定值即為初始輸出值MV以及初始設定值SV，每次所述純化器的吸附筒進入升壓階段之前的所述液氧活塞泵功率調節器的輸出值以及設定值)，並進行PID調節。
[0112]其中，當所述吸附筒進入升壓階段時，設於所述純化器上的進出口閥門會關閉，而設於所述純化器上的升壓閥會打開，依據所述純化器的閥門為關閉狀態可判斷所述純化器內的所述吸附筒進入升壓階段的；同時還可進一步依據上位機的控制程序中對應的狀態顯示判斷所述吸附筒進入升壓階段；
[0113]當所述吸附筒退出升壓階段時，設於所述純化器上的進出口閥門會開啟，而設於所述純化器上的升壓閥會關閉，依據所述純化器的閥門為開啟狀態也可判斷所述純化器內的所述吸附筒退出升壓階段的；同時還可進一步依據上位機的控制程序中對應的狀態顯示判斷所述吸附筒退出升壓階段。
[0114]本實施例中所述的方法可實現兩種調節狀態的無擾動切換，保證入塔氣體流量及吸附筒壓力的穩定。
[0115]以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對該實用進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。
【權利要求】
1.一種控制氪氙精餾塔入塔氣體流量的方法，其特徵在於，具體包括以下的步驟: 步驟1:判斷氪氙精餾塔的純化器的吸附筒是否進入升壓階段，若否，轉至步驟6執行； 步驟2:記錄用以調節所述純化器的液氧活塞泵的功率的調節器的功率當前的輸出值以及當前的設定值； 步驟3:檢查氪氙精餾塔實際入塔氣體流量與預設入塔氣體流量的差值，當所述差值大於一預設的第一閾值時，則增加所述調節器的功率輸出，當所述差值小於一預設的第二閾值時，則減少所述調節器的功率輸出； 步驟4:判斷所述吸附筒是否退出升壓階段，若否，則轉至所述步驟3執行； 步驟5:根據所述步驟2的記錄還原所述調節器的所述輸出值以及所述設定值後，所述調節器進行PID調節，並轉至所述步驟I執行； 步驟6:所述調節器進行PID調節，並退出流程。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟3中，每經過一第一時間閾值時，判斷所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值是否大於所述第一閾值。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述第一時間閾值為當前時間與所述吸附筒進入升壓階段的起始時間的差值的1/n。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，若所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值不大於所述第一閾值，則維持所述調節器功率輸出不變。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟3中，每經過一第二時間閾值時，判斷所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值是否小於所述第二閾值。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述第二時間閾值為當前時間與所述吸附筒進入升壓階段的起始時間的差值的1/m。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，若所述實際入塔氣體流量與所述預設入塔氣體流量的差值不小於所述第二閾值，則維持所述調節器功率輸出不變。
8.根據權利要求3或6中所述的方法，其特徵在於，於所述步驟2中記錄所述吸附筒進入升壓階段的起始時間。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，執行所述步驟5之前，判斷所述吸附筒內的實際氣體壓力值是否維持在預設的氣體壓力值的0.98-1.02倍的範圍內，若否，則轉至所述步驟3執行。
【文檔編號】F25J3/02GK103968641SQ201410212020
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2014年5月19日
【發明者】陳雲凱, 俞建 申請人:上海啟元空分技術發展股份有限公司