含氮天然气液化脱氮精馏塔液位控制模型和仿真.pdf

自动化与仪器仪表 2 0 1 4 年5 期 总第 1 7 5 期 含 氮天然气液化脱氮精馏塔液位控制模型和仿真 樊少冬 ，张金桥 ，谢贤金 ，魏江涛 ，陈昌禄 重庆耐德工业股份有限公司 重庆工业 自动化及仪表研 究所 摘要提出了用精馏塔对含氮天然气脱除N 生产液化天然气 L N G ，精馏塔塔釜液位的一种控 制方法。该方法以脱氮分离效率和稳定的产品 L N G出料温度为控制目标，建立了塔釜液位控制模 型并仿真。整个闭环控制模型包括被控对象传递函数，调节阀传递函数，P I D控制传递函数和检测传递 函数。其中调节阀传递函数的建立，采用先计算阀位一 C v 值 流量系数曲线；然后通过系统辨识法 求得数学模型；最后利用泰勒级数把非线性化转化为线性化并求得传递函数。通过Ma t l a b 软件 的仿 真，在阶跃干扰下，得到了合适的液位变化 曲线和合适的阀位变化 。 关键词L N G ；脱氮塔；液位控制；传递函数；系统辨识；线性化 Ab s t r a c t A c o n t r o l me t h o d wa s p u t f o r wa r d f o r l i q u i d l e v e l o f N2 -- Na t r u a l g a s d i s t i l l a t i o n c o l u mn t o p r o - d uc e LNG pr od u c t s ． The t a r g e t oft h e c o n t r o l s tra t e gy i s t o ke e p t h e s t a bi l i t y o fN2 s e pa r a t i n g r a t i o a n d t he t e rn p e r a t u r e o f t he LNG pr o d uc t i n t h e c o l u mn．A ma t h e ma t i c a l mo d e l wa s d e v e l o p e d t o me e t t h e t a r ge t ．The wh o l e c l o s e d l o o p c o n tro l mo d e l i n c l u d e s c o n t r o l l e d v a r i a b l e t r a n s f e r f u n c t i o n ， c o n t r o l v a l v e tra n s f e r fun c t i o n ， PI D c o n t r o l t r a ns f e r f u nc t i o n a n d t h e me a s u r e me nt t r a ns f e r func t i o n．Th e c o n t r o l va l ve t r a n s f e r f u nc t i o n c o n． s t r u c t i o n s t e p s a r e a s f o l l o ws fi r s t ， c a l c u l a t i n g t h e v a l v e p o s i t i o n C v F l o w f a c t o r t e n d e n c y ； T h e n ， a ma t h e ma t i c mo d e l i s d e v e l o p e d wi t h s y s t e m i d e n t i fi c a t i o n me t h o d ； At l a s t ， t r a ns f e r r i n g n o n l i n e a r fun c t i o n t o l i n e a r fun c t i o n b y T a y l o r s e r i e s a n d t h e v a l v e t r a n s f e r fun c t i o n wa s a c q u i r e d ． A s i mu l a t i o n wa s e x e c u t e d i n t h e Ma t l a b s o f t wa r e e n v i r o n me n t ． T h e r e s u l t s s h o w a g o o d r e l a t i o n o f t h e c o l u mn l i q u i d l e v e l t e n d e n c y a n d v a l v e p o s i - t i o n wi t h a s t e p d i s t u r b o f l i q u i d l e v e 1 ． Ke y wo r d s LNG； N2 一 Na t r u a l g a s d i s t i l l a t i o n c ol umn ；Le v e l c o n t r o l ； Tr a n s f e r func t i o n；S ys t e m i d e n t i fic a t i o n； Li n e a r i z a t i o n 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 - 9 2 2 7 2 0 1 4 0 5 - 0 1 8 7 - 0 4 1 背景介绍 含氮的原料天然气 以流量为F 1 进入从脱氮精馏 塔 中部进料 ，利用再沸器对塔釜进行加热使得塔的 温度控制在一个合适 的范围内，L N G液体 以流量为 F 2 从塔釜采 出而氮气和少量的蒸发的 C H 以流量为 F 3 从塔顶采出。塔釜采 出的L N G经过过冷器和液位 调节阀之后达到了所需的温度和压力指标 。 由于脱氮精馏塔是典型的精馏塔模型[ 5 1 ，精馏塔 的液位控 制 的好坏 ，会影 响到脱氮分 离效率 ；其 次，为 了将液位控制到一个合理的值 ，调节阀的阀 位会有一定地波动，从而有可能使得其前后压差发 生波动造 成产 品的温度 波动 ，影 响 L N G产 品的品 收稿日期2 0 1 4 0 3 2 0 作者简介樊少冬 1 9 8 5 一 ，男，汉族，学士学位 ，仪 控工程师。从事新能源行业的工艺技术包开发和D C S 编程组 态工作。 质 。在分析影响塔釜液位 因素的基础上，建立塔釜 液位控制 的数学模型，旨在得到该液位控制 的仿真 曲线、阀位波动 曲线和相应的参数 ，以分析控制方 案并满足液位控制的 目标 。如 图 1 ，在过 冷器之后的管线安装 了一 个 液 位 调 节 阀 L V 0 1 ， 用 来 控 制 脱 氮 塔 的液 位 。如 图 2 ，液位 闭环控 制 回 路包括四个部分被 控对象、调节阀、检 测 反 馈 单 元 、 调 节 器 。 图1 脱氮精馏塔工艺 1 8 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 含氮天然气液化脱氮精馏塔液位控制模型和仿真樊少冬 ， 等 图2 脱氮塔液位控制闭环回路方框图 表 1 产品控制指标 9 b a r A 一 1 3 3 ．4℃ 1 ．0 6 8 9 5 b a r A 0 ．6 0 ．8 m 2 数学模型的建立 2 ． 1 检测单元数 学模型 液位检测采用差压液位计I6 】 ， 1 令 检测 单 元 的传 递 函数 为 H s ， 经 拉 氏变 换 得到 H s - 4 _ 4 5 9 2 2 ． 2 被控对象数学模型 在微小的时间段 内，脱氮塔的液位高度变化量 与入 口流量、出口流量和塔的横截面积有关 。 A d L f F l F 2 一 F 3 M d t Fl x 9 2． 6％F2 9 9％F3 1 ％ A d Rs A Ph 1 0 0 0 0 0 x P 1 - P 2 联立方程 3 、 4 、 5 、 6 ， 0 ．7 8 5 掌 0 ．1 2 3 L 0 ．0 3 5 F 1 2 1 ． 8 2 令被控对象的传递函数为 G o s 换，可以得到 G o s 蔷 2 ． 3 调节 阀Cv 值计算 3 4 5 6 经过可得到 7 ，经过拉 氏变 关于调节 阀相关的工艺参数如下表 表 3 调节阀相关工艺参数 8 根据表 3 所示的工艺条件 ，决定初定多级降压 阀卜T阀，则压力恢复系数 F 流量临界系数试 1 88 算值取0 ． 8 。 A P c 0 F L 2 P 1 一 P v ，又 因为 P v P 2 同时又 因为P v 0 ． 0 5 。 6 结论 通过对 英语教师互联 网使用态度分析 的研 究， 可以得 出以下结论 教师对于互联 网在教学 中的使用持积 极态度 。 值得注意的是 ，近几年科技进步 已经反 映到 了教材 中，而作为一种科技产 品互联 网也被积极地运用到 了教学 中 。另外 ，随着 网络信 息的 日益 增多和广 博，“ 网络学习”也得到了飞速发展。由于远程教育 的普及互联网在教学中会 日渐突起将成为不争 的事 实，研究发现互联网被广泛地应用于作业和研究。 最值得关注的是，女性教师 比男性教师更愿意 通过互联网进行社会沟通和交流 。同样，女性教师 也 比男性教师更热衷于通过互联网进行 日常交流 。 参加工作 1 至6 年的教师对于利用互联网进行社会互 动表现得最为积极 。 现今，不 同程度 基于互联网的教育教学实践越 1 9 0 来越普遍 。使用互联网进行应用英语等学科教学时 教师 的态度是进行新型教学模式时需要考虑 的一个 重要因素。 参考文献 [ 1 】 Me h me t T e k e r e k O r h a n E r c a n 2 0 1 2 ． A n a l y s i s o f T e a c h e r ’ s At t i t u d e t o wa r d s I n t e m e t Us e Ex a mp l e o f Ch e mi s t r y T e a c h e r s ． h t t p ／ ／ w ww ． S c i R P ． o r g ／ j o u r n a l／ c e [ 2 】 A r s l a n ， A． ， E r d o a n ， Y 2 0 0 6 ． I n v e s t i g a t i n g t h e c o r r e l a t i o n s b e t we e n T u r k i s h s t u d e n t s ’p e r s o n a l i t y c h a r a c t e r i s t i c s a n d I n t e m e t a tt i tud e s ． P r o c e e d i n g s o f t h e 5 th W S E AS I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e o n E d u c a t i o n an d Ed u c a t i o n a l 1 1e c h n o l o g y , T e n e fif e ， 1 6 1 8 De c e mb e r 2 0 0 6 ， 2 8 3 3 ． [ 3 ] B i r i c i ， S ． ， Me t i n ， M． ， ＆Ka r a k a ， M． 2 0 0 9 ． P r o s p e c t i v e e l e man t a r y t e a -c h e r s ’a t t i tud e s t o wa r d c o mp u t e r a n d I n t e r - n e t u s e A s a mp l e f r o m T u r -k e y ．W o r l d Ap p l i e d S c i e n c e s J o u r n a l ， 6 ， 1 4 3 3 1 4 4 0 ． [ 4 ] C h e n ， V J ． ， L i n ， C ． ， Y e n ， C ． D． ， L i n n ， K． E 2 0 1 1 ． T h e i n t e r a c t i o n e ffe c t s o f f a mi l i a rit y ,b r e a d t h a n d me d i a u s a g e o n we b b r o ws i n g e x p e fi e n c e ． Co mp u t e r s i n Hu ma n Be h a v - i 0 r ． 2 7 ， 2 1 4 1 2 1 5 2 ． d o i 1 0 ． 1 0 1 6 ／ j ． c h b ． 2 0 1 1 ． 0 6 ． 0 0 8 【 5 ] Ht i r r i y e t ， A． 2 0 1 0 ． P o i s o n e d g a s p ani c i n Ma r ma r a Un i v e r - s i t y ． U R L 1 a s t c h e c k e d 1 5 Oc t o b e r 2 0 1 2 ． h t t p ／ ／ w ww ． h u r r i y e t ． c o m． ／ g u n d e m／ 1 6 0 5 2 8 4 2 ． a s p 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m