CN217739789U - 一种乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，包括：预处理单元，pH获取单元，所述pH获取单元连接模糊控制单元，所述pH获取单元用于测量样水pH值并将包含有pH值的信号传送至模糊控制单元；预处理单元包括：监测箱、设置在监测箱内的隔板、被隔板分隔成的左腔体和右腔体、隔板内设置的隔板腔、隔板腔内设置的pH计。本实用新型能在预处理单元进行降温和降压的操作，保证pH检测的精确性。

Description

一种乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置

技术领域

本实用新型涉及监测装置领域，具体为一种乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置。

背景技术

pH值在石油化工工业生产中是常见的过程控制对象，在乙烯生产工艺过程中，原料在裂解炉分解，经过急冷水***冷却及分离设备后得到乙烯。作为乙烯生产装置中的重要组成部份，控制急冷水pH值就是控制这一关键环节的重要手段和最直接的方法，在整个乙烯装置的生产过程中，急冷水装置是乙烯产品生产中的关键性环节，乙烯生产装置中急冷水***的pH值波动问题一直是长期以来困扰着国内石油化工行业各企业的传统问题，具体问题表现在pH值过高会引起急冷水外排水乳化，甚至可能会造成裂解炉管堵塞、损坏、危及安全生产，造成非计划性停车。pH值过低会导致工艺换热器等设备及管线的腐蚀，影响设备寿命，有可能造成物料泄露、水气厂等公用设施受到污染，进而影响装置的长周期运行。造成污染，严重危害安全生产和企业的经济效益、社会效益。

由于pH值控制困难，在大多数情况下，控制过程中只能处于开环控制状态，无法实现在线、连续的调节控制，这种控制状况显然无法满足对于pH值要求较高的石油化工生产过程的需要。并且在处理时，如果直接将pH监测装置与液体接触，会导致pH监测装置表面被石油副产物污染，大幅减少pH监测装置的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型提供了一种pH监测控制的装置，采用该装置，可实时、闭环、在线监测控制pH值，满足石油化工生产对pH值的要求，并使得监测时pH监测装置能不被预处理液中的杂质污染。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，包括：

pH获取单元，所述pH获取单元连接模糊控制单元，所述pH获取单元用于测量样水pH值并将包含有pH值的信号传送至模糊控制单元；

模糊控制单元，用于接收所述信号，获得控制指令、并根据所述控制指令调节变频器的频率；

计量加药单元，连接所述变频器，用于根据所述变频器频率调整注药量；

预处理单元，安装在pH获取单元之前，用于待测溶液的降温降压和过滤分离，获得待测样水；

所述预处理单元包括：监测箱、设置在监测箱内的隔板、被隔板分隔成的左腔体和右腔体、隔板内设置的隔板腔、隔板腔内设置的pH计；

所述右腔体内设置有过滤板、设置在右腔体侧面的右腔体冷却口、设置在右腔体侧面的密封板、设置在密封板下方的推板；

左腔体和右腔体经隔板下方的通路连通，并将处理后的液体经左腔体顶部排出。

优选的，所述右腔体背面设置有杂质出口。

优选的，所述隔板上设置有隔板通孔与密封板适配插合。

优选的，所述pH计底部设置有密封板连接板与密封板适配。

优选的，所述隔板顶部设置有隔板顶板密闭所述隔板。

优选的，所述pH获取单元包括pH检测计和pH变送器，pH检测计测得pH值经 pH变送器将所述信号传送至模糊控制单元。

优选的，所述模糊控制单元内置模糊推理模块，用于获得所述控制指令。

优选的，还包括远程控制单元，用于发送远程控制指令，远程监控pH值。

优选的，远程控制方式为自动或手动。

优选的，所述远程控制单元包括：操作员站、远程监控站、DCS***；操作员站与模糊控制单元连接，远程监控站与操作员站连接，DCS***与远程监控站连接，其中操作员站与远程监控站之间有防火墙。

本实用新型还提供一种pH监测控制方法，采用上述乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，包括以下步骤：

1)测量样水pH值，获得包含有pH值的信号，并发送至模糊控制单元；

2)模糊控制单元接受所述pH值信号，由模糊推理模块将接收的pH值信号与预设pH值进行比较，获得控制指令；

3)模糊控制单元根据所述控制指令调整变频器频率，计量加药单元调整注药量；

重复步骤上述步骤直至测得pH值与预设pH值一致。

优选的，还包括预处理步骤，待测溶液经降温降压、过滤分离后获得待测样水。

优选的，还包括远程监控步骤。

本实用新型与现有技术相比的技术效果在于，能够在石油化工生产过程中有效的控制急冷水，工艺水，稀释蒸汽的pH值，将pH值的波动控制及误差控制在±0.5 以内，实现了pH值的在线、实时，闭环检测与控制，通过加药注碱或者注胺来实现对pH的调节，同时提高了pH值测量的准确度，延长了pH电极的使用寿命，降低了碱的用量。

本实用新型能在预处理单元进行降温和降压的操作，保证pH检测的精确性。

具体的，本实用新型在保证急冷水、工艺水、稀释蒸汽的pH值在有效范围内的前提下，降低了碱量的注入，减少量超过15％以上。实现了急冷水的pH控制， pH值控制在6.0-8.0的范围内，在线仪表测量pH值波动控制±0.5范围内。采用实验室离线分析仪表测量数值与本实用新型的在线仪表测量数值进行对比测量，误差值≤±0.5。实现了工艺水的pH控制，pH值控制在7.0-10.0的范围内，在线仪表测量pH值波动控制±0.5范围内，采用实验室离线分析仪表测量数值与本实用新型在线仪表测量数值，进行对比测量，误差值≤±0.5。实现了稀释蒸汽凝液pH控制，pH值控制在7.0-10.0的范围内，在线仪表测量pH值波动控制±0.5 范围内。采用实验室离线分析仪表测量数值与在线仪表测量数值，进行对比测量，误差值≤±0.5。实现了物理过滤样水，在不改变样水任何性质的前提下，保证pH 测量的准确性，延长pH电极的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的预处理单元的正面图；

图2为本实用新型的预处理单元的剖视图；

图3为本实用新型的预处理单元的立体图；

图4为本实用新型的预处理单元的立体透视图；

图5为本实用新型的pH检测控制装置的流程图；

图6为本实用新型的pH检测控制装置的模糊自整定控制***原理图。

具体附图标记为：

1监测箱；2隔板；3左腔体；4右腔体；5隔板腔；6pH计；21隔板通孔；22 密封板连接板；23隔板顶板；24隔板顶板通孔；41过滤板；42右腔体冷却口；43 密封板；44推板；45杂质出口。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解实用新型的技术方案，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型提供了一种乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，本实用新型与现有技术相比的技术效果在于，能够在石油化工生产过程中，可有效的控制急冷水，工艺水，稀释蒸汽的pH值，将pH值的波动控制及测量误差控制在±0.5范围内，实现了pH值的在线、实时，闭环检测与控制，同时提高了pH值测量的准确度，延长了pH电极的使用寿命，降低了加药泵碱的用量。

上述为本实用新型的详细阐述，下面为本实用新型实施例。

实施例一

本实用新型的实验装置如图1-5所示，本装置包括预处理单元、pH获取单元、模糊控制单元、变频器、计量加药单元及远程控制单元。

生产过程中产生的待测溶液，首先进入预处理单元，预处理单元安装在pH获取单元之前，待测溶液在此单元首先进行降温降压的处理，其次通过过滤分离，获得待测样水，待测样水达到了pH值的测量标准。

pH获取单元包括pH检测计和pH变送器，其中pH检测计与pH变送器连接，pH 变送器与模糊控制单元连接。由pH检测计测得样水的pH值，将其传送至pH变送器， pH器进而将包含有pH值信号传送至模糊控制单元。

模糊控制单元接收到pH变送器传送的包含pH值的信号后，将该信号传送至pH 模糊推理模块，模糊控制单元包括控制器与模糊推理模块，本实施例采用的是PLC 控制器，模糊推理模块为PLC控制器的上位机组，上位机组中内置有算法模块，具体为进行模糊推理的算法软件，该软件将接收到的pH值信号与设定的pH值进行比较，在特定算法下，获得控制指令，PLC控制器依据控制指令对变频器的频率进行调整。

如图1和2所示，所述预处理单元包括：监测箱1、设置在监测箱1内的隔板2、被隔板2分隔成的左腔体3和右腔体4、隔板2内设置的隔板腔5、隔板腔5内设置的pH计6；

如图3和4所示，所述监测箱1优选的设置成长方体或者正方体。隔板2并不将左腔体3和右腔体4完全的隔离开，监测箱1只是在顶部到中部位置隔离成两部分，在底部是相通的。隔板腔5内主要是用于设置pH计6。隔板腔5优选的设置成长方形腔体。

所述右腔体4内设置有过滤板41、设置在右腔体4侧面的右腔体冷却口42、设置在右腔体4侧面的密封板43、设置在密封板43下方的推板44；

过滤板41优选的设置成倾斜的过滤板41，更优选的设置成交错倾斜的双方向的过滤板41。过滤板41设置在隔板2以上的位置，隔板2以下的位置不设置过滤板41。过滤板41上设置有过滤孔。右腔体4的顶部即为液体入口。右腔体冷却口 42优先的设置在两个过滤板41之间的高度上，并且从右腔体冷却口42中吹出冷却或者保温的气体。密封板43设置在略高于隔板2底部的高度，密封板43主要用于将右腔体4完全密封以调整腔体内的压力大小和清洗右腔体4。推板44设置在密封板43的正下方，更优选的推板44沿密封板43的底面设置，并将密封板43与监测箱1底部的空间在侧面密封，推动时能改变整个监测箱1内的空间大小。

左腔体3和右腔体4经隔板2下方的通路连通，并将处理后的液体经左腔体3 顶部排出。

所述右腔体4背面设置有杂质出口45。右腔体4的杂质出口45设置在密封板 43的上方位置，使得清洗时能将杂质从杂质出口45排出。

所述隔板2上设置有隔板通孔21与密封板43适配插合。隔板通孔21设置在密封板43与隔板2相接的高度，使得密封板43能与隔板2完全的插合。

所述pH计6底部设置有密封板连接板22与密封板43适配。密封板连接板22 和密封板43相接时能将隔板腔5完全的密封。

所述隔板2顶部设置有隔板顶板23密闭所述隔板2。隔板顶板23设置在隔板 2顶部，并设置有隔板顶板通孔24用于pH计6的插拔。

所述预处理单元的使用方法为：

将预处理液从右腔体4顶部输送到监测箱1内，预处理液从过滤板41上过滤，并经多层过滤板41过滤后的液体与右腔体冷却口42通入的保温或者冷却气体混合，减少因过滤过程中降温造成的温度波动。预处理液经过多层过滤后流入到监测箱1 底部内与pH计6接触进行pH的检测。当需要进行压力改变时，将密封板43推入到隔板通孔21内，并与密封板连接板22相接触完成左腔体3内的空间密闭。此时推动推板44横向滑动，对左腔体3内的空间进行压缩或者扩展以完成压力的调整。在此时也可以进行右腔体4密封板43上部分空间内的过滤板41的清理工作。

本实施例中计量加药单元为注药泵，通过变频器调整注药泵的转速，控制注药量。

本实施例中注药泵为多台，模糊控制单元还可以依据控制指令直接控制注药泵的启闭。

本实施例的远程控制单元，用于远程自动或手动控制pH值的测定与调节，包括了操作员站、远程监控站、DCS***，操作员站与模糊控制单元连接，远程监控站与操作员站连接，DCS***与远程监控站连接，其中操作员站与远程监控站之间有防火墙。在本装置中传送的pH值信号以及产生的控制指令，均可以通过模糊控制单元传送到操作员站，再由操作员站传送到远程监控***，并由远程监控***传送到 DSC***，同时，远程控制指令也能通过操作员站传递至模糊控制单元，使操作人员即便在远离装置的办公区域，也可对本装置进行监控。

本实施例中实现pH实时、闭环、在线测量与调整pH值的步骤如下

1)预处理：待测溶液经过降温降压，油水分离过滤后得到待测样水；

2)测量样水pH值，获得包含有pH值的信号，并发送至模糊控制单元；

3)模糊控制单元接受所述pH值信号，由模糊推理模块将接收的pH值信号与预设pH值进行比较，获得控制指令；

4)模糊控制单元根据所述控制指令调整变频器频率，计量加药单元调整注药量；

重复步骤上述步骤直至测得pH值与预设pH值一致。

5)pH值的远程控制：操作人员还可通过远程控制单元对装置进行远程监测与控制，控制方法为自动或手动。

本实施例中使用的pH计，内置温度传感器，能完成pH值和温度的测量、温度自动补偿、仪表自检等多种功能，在0-99.9℃能自动进行温度补偿；信号标准为 4-20Am，可方便联入计算机进行监测，除传统的一点和两点标定方法外，还有手动输入零点E0、斜率S和已知pH值标定，在各种情况下均可使用。

本实施例模糊控制的实现是通过模糊控制器运算，经PLC实现模糊自整定PID 控制，控制变频器频率以调节注药泵转速，达到对pH值的稳定控制，PLC使用modbus 协议通过PPI电缆和上位机组态软件连接。在这个***中PID控制器是PLC，模糊推理***由上位机软件来实现。本模糊自整定PID控制***控制原理图如图6所示。其中变量K1表示e，K2表示ec，K3表示△Kp，K4表示△Ki，K5表示△Kd。

(1)当e较大时，为使***获得具有较好的跟踪性能，Kp应取较大值，Kd应取较小值，为避免***响应出现大的超调，应对积分环节Kd进行限制，通常Ki＝0；

(2)当e处于中等大小时，为使***响应获得较小的超调，Kp应取较小值，此时，Kd的取值对***响应的影响较大，Ki也要适当取值；

(3)当e较小时，为使***获得较好的稳定性能，Kp与Ki均较大值，为避免***在设定值附近出现振荡，Kd取值的选择根据ec判断，ec绝对值较大时，Kd取较小值，通常情况Kd应取中等大小值。

模糊自整定PID控制的实质是参数可以自整定的PID控制，它是通过计算当前***误差e以及误差的变化率ec，利用确定好的模糊控制规则完成模糊推理，通过查询模糊矩阵实现对P、I、D参数的调整。本实施例中来自于pH计的值r(k)与设定值y(k)的差是***误差e(k)，ec(k)是***误差的变化率。

本实施例中远程控制***可包括现场手动控制，远程手动控制，远程自动控制三种控制模式。手动模式是在pH计不正常工作，短时不能恢复，设备需要运行时启用。pH计正常工作时，***自动控制pH值。手动控制方法如下：

pH<6.3时，pH值过酸性，设定变频器频率为20HZ，频率(粗调)过600秒加1HZ 调整pH，频率超过40HZ设备保持频率40HZ运行；

②6.3<pH<6.7时，pH值偏酸性，频率(微调)过600秒加0.1HZ，调整pH；

③6.7<pH<7.3时，pH在正常范围内，设备在期望频率(比如20HZ)就是手动模式下给定频率运行不调节；

④7.3<pH<7.7时，pH值偏碱性，频率(微调)过600秒减0.1HZ，调整pH；

⑤pH>7.7时，pH值过碱性，频率(粗调)过600秒减1HZ调整pH；

⑥pH>8时，pH值过碱性，延时(分钟可调)停泵，pH<8时延时10秒启泵；

⑦频率低于10HZ设备保持频率10HZ运行；

⑧如果pH值变化过快，增大调节周期稳定pH值；如果pH值长期稳定在偏酸状态下运行(6.5)，适当增加期望频率(21HZ)；如果pH值长期稳定在偏碱状态下运行(7.5)，适当减小期望频率(19HZ)；这样通过运行过程中适当调节期望频率，可以有效控制pH值接近标准pH值7。

⑨如果pH值停留非正常范围内变化过慢，减小调节周期稳定pH值。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，其特征在于，包括：pH获取单元，所述pH获取单元连接模糊控制单元，所述pH获取单元用于测量样水pH值并将包含有pH值的信号传送至模糊控制单元；

模糊控制单元，用于接收所述信号，获得控制指令、并根据所述控制指令调节变频器的频率；

计量加药单元，连接所述变频器，用于根据所述变频器频率调整注药量；

预处理单元，安装在pH获取单元之前，用于待测溶液的降温降压和过滤分离，获得待测样水；

所述预处理单元包括：监测箱、设置在监测箱内的隔板、被隔板分隔成的左腔体和右腔体、隔板内设置的隔板腔、隔板腔内设置的pH计；

所述右腔体内设置有过滤板、设置在右腔体侧面的右腔体冷却口、设置在右腔体侧面的密封板、设置在密封板下方的推板；

左腔体和右腔体经隔板下方的通路连通，并将处理后的液体经左腔体顶部排出。

2.根据权利要求1所述的乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，其特征在于，所述右腔体背面设置有杂质出口。

3.根据权利要求1所述的乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，其特征在于，所述隔板上设置有隔板通孔与密封板适配插合。

4.根据权利要求1所述的乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，其特征在于，所述pH计底部设置有密封板连接板与密封板适配。

5.根据权利要求1所述的乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，其特征在于，所述隔板顶部设置有隔板顶板密闭所述隔板。

6.根据权利要求1所述的乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，其特征在于，所述pH获取单元包括pH检测计和pH变送器，pH检测计测得pH值经pH变送器将所述信号传送至模糊控制单元。

7.根据权利要求1所述的乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，其特征在于，所述模糊控制单元内置模糊推理模块，用于获得所述控制指令。

8.根据权利要求1所述的乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，其特征在于：还包括远程控制单元，用于发送远程控制指令，远程监控pH值。

9.根据权利要求8所述的乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，其特征在于：远程控制方式为自动或手动。

10.根据权利要求9所述的乙烯急冷***基于pH值的自动加药装置，其特征在于：所述远程控制单元包括：操作员站、远程监控站、DCS***；操作员站与模糊控制单元连接，远程监控站与操作员站连接，DCS***与远程监控站连接，其中操作员站与远程监控站之间有防火墙。

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