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浅析氮气硫化系统及其控制
时间:2005-06-28
众所周知,轮胎生产的最后一道工序硫化,一般需要提供一定温度值和压力值的热水作为硫化内压介质。本公司的硫化热水站是为此目的而设计研制的,由于轮胎生产规模的需要,定型硫化机台数较多,其硫化介质除采用热水系统之外,同时应用了氮气硫化系统。
1 氮气硫化的优点
热水硫化系统比本公司原用的热交换器要节约大约四分之一的蒸气,从而节约了能源。而氮气硫化系统由于不需用蒸汽对水加热,也不需热水循环泵,所用设备比较简单,比热水硫化系统要大大节约热能(蒸汽)、电能(电机耗电)。从而比热水硫化系统更加节约能源,降低生产成本;氮气是资源广、制备容易、元污染的气体,其使用清洁、安全和简便。
2 氮气硫化站的组成原理
氮气硫化站的作用是提供一定压力的高纯度的氮气,作为轮胎硫化的内压介质。氮气硫化站主要是由制氮系统、氮气纯化系统、氮气加压系统和压力控制系统四部分组成,如附图所示。制氮系统的任务是将空气经过制氮设备,利用分子膜原理制出一定纯度的氮气;氮气纯化系统的任务是利用氢气还原氧气的原理,将此氮气进行高纯度净化,使含氮量高达99.99%以上;氮气加压系统和压力控制系统的任务是将此高纯度氮气用压缩机加压,并进行控制,以达到硫化工艺的要求。
3 备分系统的工作原理及其控制
3.1 制氮系统
制氮系统由过滤器、加热器、流量调节和纯度保证系统组成。来自于空压机的压缩空气经过过滤、加热输送至膜片分离器(半渗透聚合物膜片)后,氧气和水蒸气即被除去,干燥的氮气即被制成。系统通过位于分离器下游的流量调节阅调节氮气气体流量来控制氮气的纯度,通过压力调节阀来保持系统操作压力的稳定。
另外,控制设备还有温度传感器、温度控制器、压力开关、氧气检测器、PLC等。温度传感器、控制器控制加热器的温度,从而阻止冷凝水进入分离器。出口处压力开关检测到氮气低用量(压力高)时,系统停止进入空气并保持备用状态以节约能源,当管道压力下降时,重新启动系统。氧气检测器用于检测氮气含量,以防止不合格的氮气输出到管道中去(不合格的氮气排空)。PLC用于各过程参数的输人、显示、设置、报警、控制输出等。
3.2 纯化系统
本系统由化学反应器、自动加氢装置、吸附装置等组成。由制氮系统生成的氮气,纯度还达不到工艺要求,故此将它输入到化学反应器,其中的氧气和外加的氢气进行化学反应,以除去多余的氧气。自动加氢系统根据反应后的氮气中的氧含量控制氢气的加入量,以避免多余氢气的加人而导致氮气纯度的降低。吸附装置吸附经过化学反应后的氮气中的其它多余成分,从而使得出口处的氮气纯度高达99.99%以上。
3.3 加压系统
加压系统即为压缩机对高纯度的氮气进行加压,其控制为普通的电气控制和联锁。
3.4 压力控制系统
它由单回路控制系统组成。通过压力检测、调节器、控制阀将氮气压力控制在工艺要求范围内。
4 PID参数的调整
本系统中压力等回路调节器使用PI控制,温度用PID控制。这些控制参数的整定,可采用临界比例度法,即在闭环情况下,先将积分及微分作用除去,按比例放大系数Kc由小到大的变化规律,对应于某一Kc值作阶跃干扰,以达到临界情况下的等幅振荡。此时,利用临界振荡周期Tu与临界比例作用的放大系数Ku,按经验公式,即可得到调节器最佳PID参数值,见附表。
附表 PID参数整定表
调节规律 Kc Ti Td
PI 0.45Ku 0.83TU
PID 0.6Ku 0.5TU 0.125Tu
5 结束语
本系统技术先进,设备优良。现用于本公司子午胎的生产,氮气的纯度、、压力完全达到了工艺的要求,并大大节约了能源。
