分程控制系统分程点流量突变的原因和改善方法

结合四个分程控制实例，分析总结分程控制系统分程点流量突变的原因和改善方法，建议为了避免分程控制系统分程点流量突变，仪表工在实施分程控制系统时，使PID调节器输出信号的正常工作点落在该调节阀的工作范围内并尽量远离分程点。

分程控制系统在化工生产过程中应用极为广泛，它能实现如下要求： ①满足一个被调参数需要用两个以上调节介质进行调节的要求。 ②实现开工初期或事故状态安全运行。 ③满足负荷大幅度波动时的正常操作。

④对大口径工艺管道用两个常规的调节阀替代一个大型三通阀，既节约了投资又提高了调节品质。

下面昌晖仪表列举分程控制系统几个实例。

分程控制系统实例1

例1为高压聚乙烯装置热水槽分程控制系统。纯水在热水槽中用0.25MPa蒸汽加热获得过热水作为冷媒，通过热水泵送入反应器夹套移去反应热，经换热后的过热水仍返回热水槽。通过对热水槽的压力分程控制和液位分程控制来调节过热水的出口温度。正常操作时压力调节器(反作用)控制副产蒸汽阀保持压力稳定，液位调节器(正作用)控制纯水阀保持液位稳定。开工初期动用0.25MPa蒸汽阀，当热水泵故障或停泵是动用热水阀。

高压聚乙烯装置热水槽分程控制系统

高压聚乙烯装置热水槽分程控制系统分程阀数据 ◆分程阀：阀①为气关阀；阀②为气关阀

◆工作范围：阀①在20kPa-60kPa范围内工作；阀②在60kPa-100kPa范围内工作

◆阀门口径：PIC-602的阀①的口径为2英寸/PIC-602的阀②的口径为1英寸；LIC-602的阀①的口径为3/4英寸/LIC-602的阀②的口径为3/4英寸 ◆流通能力Cvmax：PIC-602的阀①的Cvmax=46/PIC-602的阀②的的Cvmax=9；LIC-602的阀①的的Cvmax=1.68/LIC-602的阀②的的Cvmax=1.68

◆可调比R：阀①的可调比R=30；阀②的可调比R=30

◆调节阀流量特性：阀①为等百分比；阀②为等百分比 ◆PID调节器输出与分程阀动作关系：

实例1压力分程控制系统调节器输出与分程阀动作关系 实例1液位分程控制系统调节器输出与分程阀动作关系

分程控制系统实例2

例2为加氢裂变装置高压分离器液位分程控制。正常操作时液位调节器(正作用)控制阀①保持液位稳定，如液位升高，调节器输出信号上升至60kPa-100kPa范围内阀②运行(关→开)，使液位回到给定值。扩大了调节阀的可调范围。

副产蒸汽阀保持压力稳定，液位调节器(正作用)控制纯水阀保持液位稳定。开工初期动用0.25MPa蒸汽阀，当热水泵故障或停泵是动用热水阀。

加氢裂变装置高压分离器液位分程控制

加氢裂变装置高压分离器液位分程控制系统分程阀参数 ◆分程阀：阀①为气开阀；阀②为气开阀

◆工作范围：阀①为20kPa-60kPa；阀②为60kPa-100kPa ◆阀门口径：阀①的口径为6英寸；阀②的口径为4英寸

◆流通能力Cvmax：阀①的Cvmax=360；阀②的的Cvmax=40 ◆可调比R：阀①的可调比R=50；阀②的可调比R=50 ◆调节阀流量特性：阀①为等百分比；阀②为线性 ◆PID调节器输出与分程阀动作关系：

实例2分程控制系统调节器输出与分程阀动作关系

分程控制系统实例3

例3为加氢裂化装置氢气缓冲罐压力分程控制。用一个调节器的输出信号去控制三个调节阀，阀②、阀③各承担增压机额定负荷的50%，正常操作时压力调节器(正作用)输出信号控制阀③达到系统稳定。如果压力P1下降值40kPa-20kPa范围内阀②投入运行，返回量增加，使P1回到给定值。当制氢装置发生故障P1突然下降是阀②全开返回，返回量增加50%，P1回到给定值，但阀②仍由联锁信号维持全开，确保增压机(往复式)正常运转。当增压机如马达故障停车时P1突然上升，调节器输出信号升至80kPa-100kPa范围内，阀②和阀③全关，阀①打开向火炬放空，使P1回到给定值，但阀①仍由联锁信号维持全开，避免引起制氢装置的停车。

加氢裂化装置氢气缓冲罐压力分程控制

加氢裂化装置氢气缓冲罐压力分程控制系统分程阀参数 ◆分程阀：阀①为气开阀；阀②为气开阀；阀③气关阀

◆工作范围：阀①在80kPa-100kPa动作；阀②在20kPa-40kPa范围动作；阀③在40kPa-80kPa

◆阀门口径：阀①的口径为2英寸；阀②的口径为2英寸；阀③的口径为2英寸

◆流通能力Cvmax：阀①的Cvmax=360；阀③的的Cvmax=40

◆可调比R：阀①的可调比R=30；阀②的可调比R=30；阀③的可调比R=30 ◆调节阀流量特性：阀①为线性；阀②为线性；阀③为线性 ◆PID调节器输出与分程阀动作关系：

实例3调节器输出与分程阀动作关系

分程控制系统实例4

例4为加氢裂化装置换热器温度分程控制。原设计采用8英寸高压三通阀来调节温度，现改用一阀为8英寸一阀为6英寸组成分程控制，不仅满足了工艺要求，而且替代了昂贵的高压三通阀，正常操作时温度调节器控制要求。阀①保持出口温度稳定。

加氢裂化装置换热器温度分程控制

加氢裂化装置换热器温度分程控制系统分程阀参数

◆分程阀：阀①为气关阀；阀②为气开阀

◆工作范围：阀①在60kPa-100kPa动作；阀②在20kPa-60kPa范围动作 ◆阀门口径：阀①的口径为8英寸；阀②的口径为6英寸

◆流通能力Cvmax：阀①的Cvmax=850；阀③的的Cvmax=500 ◆可调比R：阀①的可调比R=100；阀②的可调比R=100 ◆调节阀流量特性：阀①和阀②为等百分比和线性可调 ◆PID调节器输出与分程阀动作关系：

从上面的举例中可知，由两个调节阀组成的分成控制系统，器工作范围采用一阀为在20kPa-60kPa，一阀为在60kPa-100kPa。在正常操作情况下，调节器的输出信号都是在某段信号范围内工作，它所对应的分程阀大多采用等百分比特性而且是大阀。通常调节器的参数整定都在正常操作信号范围内进行，此时，分程控制系统就如一个简单调节系统。但当工艺异常状态或开车初期，调节器就动用另一调节阀，以便满足工艺要求。这里需要讨论由一个调节阀过渡到另一个调节阀时在分程点(60kPa)对调节品质的影响问题。大致可归纳成下图所示的几种情况。

图a A阀和B阀最小可控流量之间变化 之间变化

b A阀和B阀最大可控流量图

图c 变化B阀的最小可控流量 图d 变化A阀的最小可控流量

由图可知，若A、B两阀流通能力相等，可调比R相同，则在分程点处的过渡较平滑。若A、B两阀流通能力相差较大，但正常操作的分程阀位大阀(如图c)中A为大阀，图d中B为大阀，则在分程点处波动甚小。如例2中正常操作阀①的流通能力Cvmax=360，阀②的流通能力Cvmax=40，可调比R=50，求得阀②的最小可控流通能力Cvmin=0.80，所以当阀①过渡到阀②时，在总管路中流通能力仅变化0.80。但当A、B两阀流通能力相差较大，而且由小阀过渡到大阀，则在分程点处得引起流量突变，这种突变的实质是大阀一开启，在总管路中突然增加了大阀的最小可控流量，它可能比小阀的最大可控流量大得多。由于大阀的最小可控流量是由大阀的最大可控流量和可调比决定的，不随阀门提前(或推迟)开启而改变其大小，因此在分程点附近采用信号重叠的办法无法改善分程控制系统分程点流量突变现象。

昌晖仪表认为采用分程控制最根本的出发点是满足工艺上的特殊要求，从大量的分程控制系统实例得知，两个分程阀其口径或流通能力一般相差不大，有的相等，因此由一阀过渡到另一阀在分程点处流量的变化对整个调节系统的调节

品质不会带来多大影响。为了避免分程控制系统分程点流量突变，在实施分程控制系统时，使PID调节器输出信号的正常工作点落在该调节阀的工作范围内并尽量远离分程点。