多回转电动执行机构在苯酐盐阀中的应用

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4m A~20m A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DCS SUPCON JX-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, 应了解多种阀体的功能, 以便更好的为生产服务。

摘要：采用2SA3521多回转电动执行机构, 实现盐阀阀体的平稳运行, 温度控制在设定温度±1℃范围内。

关键词：熔盐,盐阀,振荡,执行机构