基于PID控制的自适应智能化注水系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于PID控制的自适应智能化注水系统。该系统包括注水部分、动力部分、控制部分和测量变送部分。在各个换热器进出口管道处加装温度变送器、压力变送器和流速变送器，并设置注水点。本发明专利技术通过对换热设备进出口管道温度、压力和流速信号的监测，控制台对这三个信号做误差分析，并使用PID控制算法控制各调节阀改变阀门的开度，实时调整注水量，解决了传统间歇性注水滞后性的弊端，以达到缓解石化企业加氢装置中铵盐腐蚀失效问题的目的，且符合节能环保的理念。本发明专利技术可适用于石油化工等领域加氢装置中，工艺简单，实用性强，改装方便，可适用于有不同数量的换热设备加氢工艺。

【技术实现步骤摘要】
基于PID控制的自适应智能化注水系统
本专利技术涉及石油化工中的换热设备智能注水系统，具体涉及一种基于PID控制的自适应智能化注水系统。
技术介绍
换热器、空冷器作为一种换热设备被广泛应用于冶金、炼油、化工等行业中。然而随着加工原油的劣质化，加氢原料中的S，N和Cl等腐蚀介质含量越来越多，加剧了加氢装置腐蚀风险，其中铵盐的腐蚀尤为严重。目前国内大部分石化企业采用注水的方式来缓解铵盐腐蚀风险，取得了一定的效果。然而，传统的注水方式存在如下缺陷：(1)铵盐腐蚀存在实时性，传统的间歇性注水具有周期性，每隔一段时间注水一次，每次注水量m吨，无法根据铵盐结晶量来实时调整注水量，存在滞后性，难以应对突发情况，如铵盐结晶量突然大量增加；间歇性注水方式必须将换热设备和管道中的铵盐彻底清洗干净，不留残余，否则会对下游管线和设备产生严重的腐蚀。(2)目前，随着国家环保政策的日益严格，对企业水资源的利用率提出了更高的要求，传统的连续性注水对水资源存在一定的浪费，违背节能减排的企业理念。综上所述，因传统的注水方式存在上述不足，企业亟需一种能够实时调节注水量，最大限度节约水资源的新型智能注水方法，以提高复杂工况下换热设备的适应性，保证装置长周期安全稳定运行。因此，在加氢装置的设计过程中，必须充分重视反应流出物注水系统的设计，尤其是在新建装置的设计或者旧装置的改造过程中，更加要有适合该加氢装置的注水系统。
技术实现思路
针对石化工艺中传统注水方法存在滞后性、资源浪费等突出问题，本专利技术的目的在于提出一种基于PID控制的自适应智能化注水系统，在充分利用水资源的情况下，针对换热设备及周围管道中铵盐结晶速率，实时调整注水量，及时缓解铵盐对设备的腐蚀，保证设备平稳运行，避免因腐蚀介质浓度突然升高而引发流动腐蚀失效问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术包括：注水部分、动力部分、控制部分和测量变送部分；注水部分包括：加氢反应器、N级管壳式的换热器、空冷器和分离罐；加氢反应器底部的加氢反应流出物介质经N级管壳式的换热器、空冷器进口联接，加氢反应流出物经多台并联的空冷器冷却后，经空冷器出口集合管与位于分离罐侧面的进口相联接，加氢反应流出物经分离罐分离为三相，其中，气相从分离罐顶部流出，油相从分离罐与进口相对应的侧面流出，酸性水相从分离罐底部流出；N级管壳式的换热器之间的管道、首个换热器入口管道、末个换热器与空冷器之间的管道分别引出N-1条管路、1条管路、1条管路，共N+1条管路构成并联管道，并联管道的各支路管道分别经N+1只规格相同的调节阀节流后汇总至直管与动力部分联接；每级管壳式的换热器的进出口管路分别接有温度变送器、压力变送器和流速变送器，共同构成测量变送部分，所述三种变送器的信号接控制部分控制各个调节阀所需开度。所述动力部分包括：电机和水泵；电机带动水泵转动，水泵出口与直管进口联接。所述控制部分包括：控制台和RS485总线；所述三种变送器的信号通过RS485总线传送至控制台，通过PID控制算法，控制各个调节阀(8)所需开度。所述N级管壳式的换热器，根据工业现场实际需要设定。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术通过对换热设备进出口管道温度、压力和流速信号的监测，控制台对这三个信号做误差分析，并使用PID控制算法控制调节阀改变阀门的开度，实时调整注水量，以达到缓解石化企业加氢装置中铵盐腐蚀失效问题的目的，且符合节能环保的理念。本专利技术可适用于石油化工等领域加氢装置中，工艺简单，实用性强，改装方便，可适用于有不同数量的换热设备加氢工艺。附图说明图1是基于PID控制的自适应智能化注水系统结构图。图1中：1、注水部分，2、动力部分，3、控制部分，4、测量变送部分，5、电机，6、水泵，7、控制台，8、调节阀，9、温度变送器(简称TT)，10、压力变送器(简称PT)，11、流速变送器(简称FT)，12、换热器，13、空冷器，14、直管，15、分离罐，16、加氢反应器，17、RS485总线，18、油相，19、气相，20、酸性水相。图2是基于PID控制的自适应智能化注水系统程序控制框图。图2中：在测量变送器检测到温度信号Ti、压力信号Pi、流速信号Vi后，通过RS485总线传送给控制台，控制台对这三组信号进行误差分析，求出各组信号的平均误差eX(i)，并根据高斯分布和3σ原则判断是否有离群的数据点，若有离群数据点则检查对应的第k个温度变送器、压力变送器、流速变送器并采取相应措施，如检修或者更换等。在无离群数据点或者有离群数据点且剔除后，求出平均误差判断是否大于等于2％，若是，则把该平均误差输入到PID控制系统中，通过PID控制算法，得到调节阀所需开度，并将此输出信号传送给相应的调节阀，调节阀改变阀门开度，调整注水量，重复上述流程，直到满足控制系统输出为零，调节阀的开度不再改变。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明。如图1所示，本专利技术包括：注水部分1、动力部分2、控制部分3和测量变送部分4；注水部分1包括：加氢反应器16、N级管壳式的换热器12、空冷器13和分离罐15；加氢反应器16底部的加氢反应流出物介质经N级管壳式的换热器12、空冷器13进口联接，加氢反应流出物经多台并联的空冷器13冷却后，经空冷器13出口集合管与位于分离罐15侧面的进口相联接，加氢反应流出物经分离罐分离为油相18、气相19、酸性水相20三相，其中气相19从分离罐15顶部流出，油相19从分离罐15与进口相对应的侧面流出，酸性水相19从分离罐15底部流出；N级管壳式的换热器之间的管道、首个换热器入口管道、末个换热器与空冷器13之间的管道分别引出N-1条管路、1条管路、1条管路，共N+1条管路构成并联管道，并联管道的各支路管道分别经N+1只规格相同的调节阀8节流后汇总至直管14，每只调节阀8一端通过三通管与加氢反应流出物主管路联通，另一端通过弯头或三通管与直管14联通，直管14与动力部分2联接；每级管壳式的换热器12分别接有温度变送器9、压力变送器10和流速变送器11，共同构成测量变送部分4，所述三种变送器的信号接控制部分3控制各个调节阀8所需开度。所述动力部分2包括：电机5和水泵6；电机5带动水泵6转动，水泵6出口与直管14进口联接。所述控制部分3包括：控制台7和RS485总线17；所述三种变送器的信号通过RS485总线17传送至控制台7，通过PID控制算法，控制各个调节阀8所需开度。所述N级管壳式的换热器12，根据工业现场实际需要设定。如图2所示，该注水方法的步骤如下：步骤1)：系统稳定运行后，加氢反应流出物自加氢反应器17底部依次通过N台换热器12(图中为3台)和多台并联的空冷器13后进入分离罐15中；步骤2)：N级串联的换热器12的进出口均布设温度变送器9、压力变送器10和流速变送器11，三种变送器的总数各为N+1个；三种类型的变送器分别将检测到的温度信号Ti、压力信号Pi、流速信号Vi通过RS485总线传送给控制台7，其中i的取值范围为i∈[1,N+1]；步骤3)：控制台7收到温度信号Ti、压力信号Pi、流速信号Vi后，对信号作如下过滤分析：由于在正常工况下，换热器或者空冷器两端的温差基本保持恒定，即换热器内无结盐现象；因此，不能直接对相邻两个换热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于PID控制的自适应智能化注水系统，其特征在于，包括：注水部分（1）、动力部分（2）、控制部分（3）和测量变送部分（4）；注水部分（1）包括：加氢反应器（16）、N级管壳式的换热器（12）、空冷器（13）和分离罐（15）；加氢反应器（16）底部的加氢反应流出物介质经N级管壳式的换热器（12）、空冷器（13）进口联接，加氢反应流出物经多台并联的空冷器（13）冷却后，经空冷器（13）出口集合管与位于分离罐（15）侧面的进口相联接，加氢反应流出物经分离罐分离为三相，其中气相（19）从分离罐（15）顶部流出，油相（18）从分离罐（15）与进口相对应的侧面流出，酸性水相（20）从分离罐（15）底部流出；N级管壳式的换热器之间的管道、首个换热器入口管道、末个换热器与空冷器（13）之间的管道分别引出N‑1条管路、1条管路、1条管路，共N+1条管路构成并联管道，并联管道的各支路管道分别经N+1只规格相同的调节阀（8）节流后汇总至直管（14）与动力部分（2）联接；每级管壳式的换热器（12）的进出口管路分别接有温度变送器（9）、压力变送器（10）和流速变送器（11），共同构成测量变送部分（4），所述三种变送器的信号接控制部分（3）控制各个调节阀（8）所需开度。...

【技术特征摘要】
1.基于PID控制的自适应智能化注水系统，其特征在于，包括：注水部分（1）、动力部分（2）、控制部分（3）和测量变送部分（4）；注水部分（1）包括：加氢反应器（16）、N级管壳式的换热器（12）、空冷器（13）和分离罐（15）；加氢反应器（16）底部的加氢反应流出物介质经N级管壳式的换热器（12）、空冷器（13）进口联接，加氢反应流出物经多台并联的空冷器（13）冷却后，经空冷器（13）出口集合管与位于分离罐（15）侧面的进口相联接，加氢反应流出物经分离罐分离为三相，其中气相（19）从分离罐（15）顶部流出，油相（18）从分离罐（15）与进口相对应的侧面流出，酸性水相（20）从分离罐（15）底部流出；N级管壳式的换热器之间的管道、首个换热器入口管道、末个换热器与空冷器（13）之间的管道分别引出N-1条管路、1条管路、1条管路，共N+1条管路构成并联管道，并联管道的各支路管道分别经N+1只规格相同的调节阀（8）...

【专利技术属性】
技术研发人员：金浩哲，顾镛，偶国富，刘骁飞，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33