一种高纯氧精馏控制方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及空气分离技术领域，更具体地，涉及一种高纯氧精馏控制方法及其装置，其中方法包括：设定高纯氧产量需求FPO，采集进料中氧含量数据和精馏塔顶的压力数据，逻辑控制器FUN01自动计算出不同位置处的流量控制函数设定点，并通过逻辑控制器FUN01控制精馏塔进料控制阀V01、精馏塔顶进料控制阀V02及精馏塔顶出料控制阀V05的开度，以使精馏塔的运行压力、温度分布及精馏塔顶的杂质含量在控制范围内，最终将合格的高纯氧产品平稳的输出。本发明专利技术提出结合精馏塔运行压力，温度分布和杂质含量在线监测，通过逻辑控制器和多个控制阀，可以对高纯氧精馏过程实现闭环的前馈控制，提高产品供应的稳定性。供应的稳定性。供应的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯氧精馏控制方法及其装置


[0001]本专利技术涉及空气分离
，更具体地，涉及一种高纯氧精馏控制方法及其装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着半导体、电子信息产业的崛起，作为该行业的基础材料
‑
电子气体需求量也是逐年增长。电子气体是发展半导体、电子信息产业，特别是半导体材料、超大规模集成电路、液晶显示器制造过程中不可缺少的基础性消耗材料，被称为半导体和电子产业的“血液”。
[0003]常规工业气体纯度要求某个单一杂质含量在ppm级(百万分之一)，电子气体纯度则要求其中多个杂质含量在ppb级(十亿分之一)，甚至是ppt级(万亿分之一)。电子气的纯度和洁净度直接影响到产品的质量和成品率，从根本上影响着电子产品的精确性和稳定性。高纯氧气作为电子气体的一种，要求其中氮和氩杂质含量在ppb级别。因为精馏分离效果直接决定高纯氧产品纯度和产品供应的稳定性，对其精馏分离控制有着严格的要求。
[0004]目前高纯氧的精馏控制都是根据高纯氧产品纯度分析结果，反馈调节精馏的进料和出料，这种方式是一种简单的结果控制。如果纯度合格，高纯氧就作为产品送往客户；如果纯度不合格，高纯氧就作为废料排放，同时还要花费时间和原料去置换和清洗精馏塔，直到纯度合格。考虑到高纯氧产品供应的持续稳定性，目前所采用的控制方式存在时间有滞后性，不能及时反映高纯氧产品品质，不能连续调节精馏塔过程参数，无法减低高纯氧产品不合格的风险及减少置换和清洗对原料的浪费。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服上述现有技术所述的控制方式存在时间有滞后性，不能及时反映高纯氧产品品质，不能连续调节精馏塔过程参数的技术问题，提供一种通过精馏塔多个过程变量来判断高纯氧品质，并可实时地调节精馏塔的运行参数的高纯氧精馏控制方法及其装置。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高纯氧精馏控制方法，包括：
[0007]设定高纯氧产量需求FPO；
[0008]通过精馏塔进料分析仪AI01检测进料中氧含量；
[0009]通过第一压力仪表PI01检测精馏塔顶的压力；
[0010]将检测得到的进料中氧含量数据和精馏塔顶的压力数据反馈给逻辑控制器FUN01，逻辑控制器FUN01自动计算出精馏塔进料流量计FI01的控制函数设定点、精馏塔顶进料流量计FI02的控制函数设定点及精馏塔顶出料流量计FI03的控制函数设定点；
[0011]逻辑控制器FUN01依据精馏塔进料流量计FI01的控制函数设定点、精馏塔顶进料流量计FI02的控制函数设定点及精馏塔顶出料流量计FI03的控制函数设定点，根据预先设
定的控制运算逻辑，自动控制精馏塔进料控制阀V01的开度、精馏塔顶进料控制阀V02的开度和精馏塔顶出料控制阀V05的开度，使精馏塔的进料流量、精馏塔顶的进料流量以及精馏塔顶出料流量调节至相应的设定流量；
[0012]实时监控精馏塔的运行压力；并将检测数据反馈给逻辑控制器FUN01；
[0013]通过若干个温度探头实时监控精馏塔的温度分布，并将检测数据反馈给逻辑控制器FUN01；
[0014]通过精馏塔顶分析仪AI02实时监控精馏塔顶的杂质含量，当逻辑控制器FUN01接收到的精馏塔顶的杂质含量数据与控制目标有偏差时，逻辑控制器FUN01根据预先设定的控制运算逻辑，控制精馏塔顶进料控制阀V02的开度和精馏塔顶出料控制阀V05的开度，使精馏塔的运行参数调节到控制目标范围内。
[0015]通过塔釜液位仪LI01检测精馏塔釜的液位，通过精馏塔釜分析仪AI03检测精馏塔出料高纯氧产品中杂质含量，并将检测数据反馈给逻辑控制器FUN01，当精馏塔釜的液位和精馏塔出料高纯氧产品中杂质含量满足逻辑控制器FUN01的预设条件时，逻辑控制器FUN01自动控制精馏塔釜产品控制阀V04的开度，将合格的高纯氧产品平稳的输出。
[0016]本专利技术在设定高纯氧的产量需求的基础上，结合进料中氧含量数据、精馏塔顶的压力数据通过逻辑控制器FUN01自动计算出精馏塔进料流量计FI01的控制函数设定点、精馏塔顶进料流量计FI02的控制函数设定点及精馏塔顶出料流量计FI03的控制函数设定点，即精馏塔的进料流量、精馏塔顶的进料流量以及精馏塔顶出料流量的设定值，逻辑控制器FUN01依据这些流量设定值，并预先设定的控制运算逻辑自动控制精馏塔顶进料控制阀V02的开度和精馏塔顶出料控制阀V05的开度，以实现对精馏塔的进料量和出料量的在线监测调控，进而可以对高纯氧精馏过程实现稳态控制，降低工况波动对高纯氧产品品质影响的风险。
[0017]另外，在精馏过程中实时监控精馏塔的运行压力、温度分布及精馏塔顶的杂质含量，可以提前预判高纯氧产品品质，进行提前控制调节，当其中一些运行参数偏离控制目标时，及时调整精馏塔顶进料控制阀V02的开度和精馏塔顶出料控制阀V05的开度，以维持精馏塔的操作压力、温度分布及精馏塔顶的杂质含量在控制范围内，可以对高纯氧精馏过程实现闭环的前馈控制，相比较现有根据产品纯度的结果反馈，实现较为简单，且反映快速，无需人工干预，能够有效减少高纯氧产品不合格的风险，极大程度的减低运行成本。
[0018]优选的，所述精馏塔进料流量计FI01的控制函数设定点的计算公式如下：
[0019]FI01＝FPO/X％/R；
[0020]其中，FPO为高纯氧产量需求，X％为进料中氧含量，R为精馏塔提取率；
[0021]所述精馏塔顶出料流量计FI03的控制函数设定点的计算公式如下：
[0022]F103＝f(PI01)，即精馏塔顶的压力的函数；
[0023]所述精馏塔顶进料流量计FI02的控制函数设定点的计算公式如下：
[0024]FI02＝FI03*β
‑
FI01；
[0025]其中，β为精馏塔控制参数。
[0026]优选的，所述逻辑控制器FUN01选用DCS离散控制系统或PRC可编程控制器。
[0027]优选的，所述精馏塔的温度分布的控制目标如下：
[0028]精馏塔上温度分布测量值在[Tm
‑
2*σ，Tm+3*σ]范围；
[0029]其中，Tm为精馏塔温度控制值；σ为标准偏差。
[0030]优选的，当精馏塔温度分布不在控制的温度分布范围，可以侧面反映出精馏运行状态偏离了目标状态，逻辑控制器FUN01会触发报警，提示操作员要检查工艺运行参数和控制设定点。
[0031]优选的，所述精馏塔顶的杂质含量的控制目标如下：
[0032]O％>98.5％；
[0033]Y％<0.9％；
[0034]其中，O％为精馏塔顶氧含量；Y％为精馏塔顶杂质含量。
[0035]优选的，当O％和Y％超出控制范围时，逻辑控制器FUN01对FI02设定点进行修正，即：
[0036]FI02correct＝FI02+f(AI02)；
[0037本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯氧精馏控制方法，其特征在于：包括：设定高纯氧产量需求FPO；通过精馏塔进料分析仪AI01检测进料中氧含量；通过第一压力仪表PI01检测精馏塔顶的压力；将检测得到的进料中氧含量数据和精馏塔顶的压力数据反馈给逻辑控制器FUN01，逻辑控制器FUN01自动计算出精馏塔进料流量计FI01的控制函数设定点、精馏塔顶进料流量计FI02的控制函数设定点及精馏塔顶出料流量计FI03的控制函数设定点；逻辑控制器FUN01依据精馏塔进料流量计FI01的控制函数设定点、精馏塔顶进料流量计FI02的控制函数设定点及精馏塔顶出料流量计FI03的控制函数设定点，根据预先设定的控制运算逻辑，自动控制精馏塔进料控制阀V01的开度、精馏塔顶进料控制阀V02的开度和精馏塔顶出料控制阀V05的开度，使精馏塔的进料流量、精馏塔顶的进料流量以及精馏塔顶出料流量调节至相应的设定流量；实时监控精馏塔的运行压力；并将检测数据反馈给逻辑控制器FUN01；通过若干个温度探头实时监控精馏塔的温度分布，并将检测数据反馈给逻辑控制器FUN01；通过精馏塔顶分析仪AI02实时监控精馏塔顶的杂质含量，当逻辑控制器FUN01接收到的精馏塔顶的杂质含量数据与控制目标有偏差时，逻辑控制器FUN01根据预先设定的控制运算逻辑，控制精馏塔顶进料控制阀V02的开度和精馏塔顶出料控制阀V05的开度，使精馏塔的运行参数调节到控制目标范围内。通过塔釜液位仪LI01检测精馏塔釜的液位，通过精馏塔釜分析仪AI03检测精馏塔出料高纯氧产品中杂质含量，并将检测数据反馈给逻辑控制器FUN01，当精馏塔釜的液位和精馏塔出料高纯氧产品中杂质含量满足逻辑控制器FUN01的预设条件时，逻辑控制器FUN01自动控制精馏塔釜产品控制阀V04的开度，将合格的高纯氧产品平稳的输出。2.根据权利要求1所述的一种高纯氧精馏控制方法，其特征在于：所述精馏塔进料流量计FI01的控制函数设定点的计算公式如下：FI01＝FPO/X％/R；其中，FPO为高纯氧产量需求，X％为进料中氧含量，R为精馏塔提取率；所述精馏塔顶出料流量计FI03的控制函数设定点的计算公式如下：F103＝f(PI01)，即精馏塔顶的压力的函数；所述精馏塔顶进料流量计FI02的控制函数设定点的计算公式如下：FI02＝FI03*β
‑
FI01；其中，β为精馏塔控制参数。3.根据权利要求1所述的一种高纯氧精馏控制方法，其特征在于：所述逻辑控制器FUN01选用DCS离散控制系统或PRC可编程控制器。4.根据权利要求1所述的一种高纯氧精馏控制方法，其特征在于：所述精馏塔的温度分布的控制目标如下：精馏塔上温度分布测量值在[Tm
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2*σ，Tm+3*σ]范围；其中，Tm为精馏塔温度控制值；σ为标准偏差。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓韬，徐长喜，张建军，李英龙，张格明，
申请(专利权)人：广钢气体广州有限公司，
类型：发明
国别省市：