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CN116147286B - 一种高纯氧精馏控制方法及其装置 - Google Patents

一种高纯氧精馏控制方法及其装置 Download PDF

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CN116147286B CN202211549780.6A CN202211549780A CN116147286B CN 116147286 B CN116147286 B CN 116147286B CN 202211549780 A CN202211549780 A CN 202211549780A CN 116147286 B CN116147286 B CN 116147286B
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Abstract

本发明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。

Description

一种高纯氧精馏控制方法及其装置
技术领域
本发明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。
背景技术
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”。
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。
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。
发明内容
本发明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。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高纯氧精馏控制方法，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。
本发明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。
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。
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：
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。
优选的，所述逻辑控制器FUN01选用DCS离散控制系统或PLC可编程控制器。
优选的，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-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。
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。
优选的，所述精馏塔顶的杂质含量的控制目标如下：
O%>98.5%；
Y%<0.9%；
其中，O%为精馏塔顶氧含量；Y%为精馏塔顶杂质含量。
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：
FI02correct=FI02+f(AI02)；
其中，f(AI02)为精馏塔顶杂质含量的函数。
优选的，当精馏塔要进行自动变负荷时，在允许的精馏塔负荷变化速率下，设定新的高纯氧产量需求FPO2，逻辑控制器FUN01重新计算精馏塔进料流量计FI01、精馏塔顶出料流量计FI03及精馏塔顶进料流量计FI02的控制函数设定点。
优选的，馏塔自动变负荷的过程中，在规定的时间间隔内采集高纯氧产品的纯度，只有在高纯氧产品纯度合适的情况下，变负荷才能继续往前进行，否则精馏塔的运行参数就稳定到当前状态，同时触发报警。
实施上述高纯氧精馏控制方法的装置，包括精馏塔、进料单元、高纯氧产品输出单元、塔顶气体排出单元及逻辑控制器FUN01，其中：
进料单元：包括用于测量精馏塔进料流量的精馏塔进料流量计FI01和用于测量精馏塔顶进料流量的精馏塔顶进料流量计FI02以及用于控制精馏塔进料量的精馏塔进料控制阀V01和用于控制精馏塔顶进料量的精馏塔顶进料控制阀 V02，还包括用于测量进料中氧含量的精馏塔进料分析仪AI01；
高纯氧产品输出单元：包括用于控制产品输出量的精馏塔釜产品控制阀V04；
塔顶气体排出单元：包括用于测量塔顶出料流量的精馏塔顶出料流量计FI03、用于控制塔顶出料量的精馏塔顶出料控制阀V05及用于测量精馏塔顶杂质含量的精馏塔顶分析仪AI02；
精馏塔上连接有用于监测精馏塔温度分布的若干个温度探头、用于测量精馏塔塔顶的压力的第一压力仪表PI01、用于测量精馏塔液位的塔釜液位仪LI01以及用于采集出料高纯氧产品中杂质含量的精馏塔釜分析仪AI03；
精馏塔进料流量计FI01、精馏塔顶进料流量计FI02、精馏塔顶出料流量计FI03、精馏塔进料分析仪AI01及精馏塔顶分析仪AI02均与所述逻辑控制器FUN01的信号输入端通信连接，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均与所述逻辑控制器FUN01的信号输出端通信连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）本发明采用精馏塔进料量和进料氧含量在线测量，结合运行积累和智能的逻辑控制器，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；
2）本发明采用精馏塔中杂质含量在线测量，结合监测控制系统、多个控制阀，可以对高纯氧精馏过程实现闭环的前馈控制，无需人工干预，减少高纯氧产品不合格的风险，减低运行成本；
3）本发明提出结合精馏塔运行压力，温度分布和杂质含量在线监测，可以提前预判高纯氧产品品质，进行提前控制调节。相比较现有根据产品纯度的结果反馈，本发明可以提前反应产品品质，实现较为简单，且反映快速；
4）本发明可根据不同的产量需求，结合流程计算和运行经验，自动改变精馏塔负荷，在确保产品品质的前提下，无需人员干预，可以自动调节产品产量，能减少运行的成本，提高产品供应的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施高纯氧精馏控制方法的装置的结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例1
本实施例为一种高纯氧精馏控制方法及其装置的实施例1，如图1所示，高纯氧精馏装置包括精馏塔、进料单元、高纯氧产品输出单元、塔顶气体排出单元及逻辑控制器FUN01。
其中，进料单元用于将原料输送给精馏塔，并对进料过程中的参数进行监控，需要说明的是，精馏塔的进料可以是一股，也可以是多股，可以根据实际需求进行选择。
具体的，进料单元包括精馏塔进料流量计FI01、精馏塔顶进料流量计FI02、精馏塔进料控制阀V01及精馏塔顶进料控制阀 V02，其中精馏塔进料流量计FI01和精馏塔顶进料流量计FI02分别用于测量精馏塔的进料流量和精馏塔顶的进料流量，精馏塔进料控制阀V01和精馏塔顶进料控制阀 V02用于控制精馏塔的进料量和精馏塔顶的进料量。
进料单元还包括用于测量进料中氧含量的精馏塔进料分析仪AI01，精馏塔进料分析仪AI01、精馏塔进料流量计FI01、精馏塔顶进料流量计FI02、精馏塔进料控制阀V01及精馏塔顶进料控制阀 V02均通过管路连接于精馏塔上。
其中，高纯氧产品输出单元用于将精馏塔内的高纯氧产品输出出去，具体的，高纯氧产品输出单元包括精馏塔釜产品控制阀V04，精馏塔釜产品控制阀V04用于控制高纯氧产品输出量，精馏塔釜产品控制阀V04通过管路连接于精馏塔上。
其中，塔顶气体排出单元用于将精馏塔顶气体排出，具体的，塔顶气体排出单元包括精馏塔顶出料流量计FI03、精馏塔顶出料控制阀V05及精馏塔顶分析仪AI02，精馏塔顶出料流量计FI03用于测量塔顶出料流量，精馏塔顶出料控制阀V05用于控制塔顶出料量，精馏塔顶分析仪AI02用于测量精馏塔顶杂质含量的阶跃点，同时，本实施例中精馏塔顶分析仪AI02也用于测量精馏塔中氧含量。精馏塔顶出料流量计FI03、精馏塔顶出料控制阀V05及精馏塔顶分析仪AI02均通过管路连接于精馏塔上。
其中，精馏塔上通过管道连接有的若干个温度探头、至少一个压力仪表、塔釜液位仪LI01及精馏塔釜分析仪AI03，若干个温度探头用于实时监测、采集精馏塔工作时的温度分布，本实施例中温度探头供设置5个，分别为温度探头TE01、TE02、TE03、TE04、TE05，温度探头TE01、TE02、TE03、TE04、TE05分别通过管路连接于精馏塔的不同位置处。
压力仪表用于实时监测精馏塔的工作压力，本实施例中压力仪表包括第一压力仪表PI01和第二压力仪表PI02，其中，第一压力仪表PI01用于测量精馏塔塔顶的压力，第二压力仪表PI02用于测量精馏塔塔釜的压力，第一压力仪表PI01和第二压力仪表PI02均通过管路连接在精馏塔上。
其中，塔釜液位仪LI01用于测量精馏塔液位，并通过管路连接于精馏塔上。
精馏塔釜分析仪AI03用于采集出料高纯氧产品中杂质含量，通过管路连接于精馏塔内，可在规定的时间内间隔采集高纯氧产品的纯度，及时反馈高纯氧产品的纯度情况。
其中，逻辑控制器FUN01依据在线采集的流程参数，根据预先设定的控制运算逻辑，自动控制各个阀门的开度，达到实时调节精馏塔的运行状态的目的，具体的，精馏塔进料流量计FI01、精馏塔顶进料流量计FI02、精馏塔顶出料流量计FI03、精馏塔进料分析仪AI01及精馏塔顶分析仪AI02与所述逻辑控制器FUN01的信号输入端通信连接，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均与所述逻辑控制器FUN01的信号输出端通信连接。
另外，第一压力仪表PI01、第二压力仪表PI02、温度探头、塔釜液位仪LI01、精馏塔釜分析仪AI03及精馏塔釜产品控制阀V04均逻辑控制器FUN01通信连接。具体的，第一压力仪表PI01、第二压力仪表PI02检测的精馏塔的压力数据以及温度探头检测的精馏塔的温度分布均反馈给逻辑控制器FUN01，塔釜液位仪LI01检测精馏塔釜的液位，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也均反馈给逻辑控制器FUN01，当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。
本发明还提供了一种高纯氧精馏控制方法，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。
其中，通过精馏塔进料分析仪AI01采集进料中氧含量数据，通过精馏塔进料流量计FI01测量精馏塔进料流量，通过精馏塔进料控制阀V01控制精馏塔的进料量。
逻辑控制器FUN01依据高纯氧产量需求FPO以及进料中氧含量数据自动计算精馏塔进料流量计FI01的控制函数设定点，同时逻辑控制器FUN01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，使精馏塔的进料流量调节至设定的进料流量，实现对精馏塔的进料量的控制，同时确保进料量不能大于精馏塔最大允许处理量。
具体的，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。
高纯氧产量需求和精馏塔提取率均为提前设置好的参数，进料中氧含量通过精馏塔进料分析仪AI01采集获得，逻辑控制器FUN01依据相应的计算公式计算出精馏塔进料流量计FI01的控制函数设定点，当精馏塔进料流量计计FI01的设定进料流量确定好之后，基于常规的高纯氧精馏过程中流量与阀门开度的关系，逻辑控制器FUN01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，以使精馏塔的进料流量调节至相应的设定流量，实现对精馏塔的进料量的控制。
通过第一压力仪表PI01采集精馏塔顶的压力数据，精馏塔顶出料流量计FI03测量精馏塔顶出料流量，通过精馏塔顶出料控制阀V05控制精馏塔顶出料量，通过精馏塔顶进料流量计FI02测量精馏塔的进料流量，具体测量进入精馏塔顶的进料流量，通过精馏塔顶进料控制阀V02控制精馏塔的进料量，具体控制进入精馏塔顶的进料量。
逻辑控制器FUN01依据精馏塔顶的压力数据自动计算精馏塔顶出料流量计FI03的控制函数设定点，基于常规的高纯氧精馏过程中流量与阀门开度的关系，逻辑控制器FUN01根据预先设定的控制运算逻辑，自动控制精馏塔顶出料控制阀V05的开度，以使精馏塔顶出料流量调节至设定出料流量，即对精馏塔的出料进行控制。具体的，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；
上述函数是根据运行效果设置的线性函数或非线性函数或线性函数和非线性函数的组合，也可以是根据运行效果设置的数据模型等。
进一步的，依据精馏塔进料流量计FI01和精馏塔顶出料流量计FI03的控制函数设定点可计算精馏塔顶进料流量计FI02的控制函数设定点，具体的，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，FI03为精馏塔顶出料流量计FI03的控制函数设定点；FI01为精馏塔进料流量计FI01的控制函数设定点；β为精馏塔控制参数，具体为精馏塔运行效果的一个指标参数。
其中，精馏塔高纯氧产品产量测量值为：FPO=FI01+FI02-FI03。
当精馏塔顶进料流量计FI02的控制函数设定点计算出来后，基于常规的高纯氧精馏过程中流量与阀门开度的关系，逻辑控制器FUN01根据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，以使精馏塔顶的进料流量调节至设定进料流量，即对精馏塔顶的进料进行控制。
本发明逻辑控制器FUN01，结合输入高纯氧产量需求，进料氧含量和精馏塔的工作压力等运行参数，自动计算出精馏塔进料流量计FI01、精馏塔顶出料流量计FI03及精馏塔顶进料流量计FI02的控制函数设定点，并依据这些控制值相应对精馏塔进料控制阀V01、精馏塔顶出料控制阀V05及精馏塔顶进料控制阀V02的开度的调节，实现对精馏塔的进料和出料的控制，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。
本发明通过实时收集精馏塔运行状态，具体为精馏塔的塔压和温度分布等数据，结合精馏过程中杂质含量变化，能够快速简便地预判高纯氧产品品质。通过对精馏塔的运行压力、温度分布及精馏塔顶的杂质含量的实时监控，可以提前预判高纯氧产品品质，进行提前控制调节。本发明精馏塔进料流量会影响高纯氧产量，当精馏塔的运行参数和目标值有偏离时，逻辑控制器FUN01通过调节精馏塔顶进料控制阀V02和精馏塔顶出料控制阀V05，将精馏塔的运行参数调节到控制目标值。
具体的，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，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-2*σ，Tm+3*σ]范围；即精馏塔上温度探头TE01、TE02、TE03、TE04、TE05测量值在[Tm-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。
精馏塔的温度分布控制目标是结合大量和长期运行经验给定的一个温度分布范围。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，避免运行状态最后影响高纯氧产品的纯度。之后操作员根据实际情况，干预调节精馏塔的运行参数，提前消除运行风险，提高产品供应的稳定性。
精馏塔顶的杂质含量的控制目标如下：
O%>98.5%；
Y%<0.9%；
其中，O%为精馏塔顶氧含量；Y%为精馏塔顶杂质含量；精馏塔顶杂质含量通过精馏塔顶分析仪AI02获得。
当精馏塔顶分析仪AI02测量的杂质含量高于控制范围时，反映了精馏塔顶的微量杂质可能向精馏塔釜累积，这直接说明了精馏塔釜的高纯氧产品杂质含量短时间内会超出品质要求，需要及时调节精馏塔顶进料控制阀V02和精馏塔顶出料控制阀V05的开度，将杂质含量调节到控制范围内，避免最后高纯氧产品的纯度不合格。
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：
FI02correct=FI02+f(AI02)；
其中，f(AI02)为精馏塔顶杂质含量的函数；
上述函数是根据运行效果设置的线性函数或非线性函数或线性函数和非线性函数的组合，也可以是根据运行效果设置的数据模型等。
进一步的，本发明结合高纯氧精馏前馈控制方法和在线监测手段，并根据操作员要求，可实现精馏塔的自动变负荷操作，具体的，在允许的精馏塔负荷变化速率下，修改高纯氧产量需求FPO，得到新的高纯氧产量需求FPO2，逻辑控制器FUN01先根据新设定的高纯氧产量需求FPO2，计算出新的精馏塔进料流量计FI01、精馏塔顶出料流量计FI03及精馏塔顶进料流量计FI02的控制函数设定点，逻辑控制器FUN01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、精馏塔顶出料控制阀V05及精馏塔顶进料控制阀V02的开度，可在保证纯度的前提下，通过调节多个工艺参数，比如精馏塔压力，精馏塔进出流量等，自动把精馏塔负荷调整到新运行参数。
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，即当液位仪LI01检测到精馏塔釜液位足够高的时候，且精馏塔釜产品分析仪AI03分析结果为合格时，逻辑控制器FUN01根据预先设定的控制运算逻辑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。
本发明中逻辑控制器FUN01选用DCS离散控制系统或PLC可编程控制器，在其中预先设定控制设定点的计算及其他相关的常规、通用的控制运算逻辑，本实施例中逻辑控制器FUN01选用DCS离散控制系统。
本实施例中当精馏塔进料流量计FI01、精馏塔顶进料流量计FI02及精馏塔顶出料流量计FI03等数据确定之后，通过精馏塔物料平衡和预先在逻辑控制器FUN01内设定的逻辑运算，便可实现自动控制相应的精馏塔进料控制阀V01、精馏塔顶进料控制阀V02、精馏塔顶出料控制阀V05及精馏塔釜产品控制阀V04的开度，即对各控制阀开度的控制采用本领域现有常规技术手段便可实现。
本发明通过监测精馏塔物料平衡和运行参数，提前反馈精馏塔运行状态，及时调节精馏塔的运行参数，具体的，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。
本发明提出结合精馏塔运行压力，温度分布和杂质含量在线监测，通过智能的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，可以提前预判高纯氧产品品质，进行提前控制调节，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。
实施例2
本实施例为一种高纯氧精馏控制方法及其装置的实施例2，本实施例与实施例1的不同之处在于：在精馏塔自动变负荷的过程中，精馏塔釜产品分析仪AI03会在规定的时间间隔采集高纯氧产品的纯度，只有在高纯氧产品纯度合适的情况下，变负荷才能继续往前进行，否则精馏塔的运行参数就稳定到当前状态，同时触发报警。
实施例3
本实施例为一种高纯氧精馏控制方法及其装置的实施例3，本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中逻辑控制器FUN01选用PLC可编程控制器。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

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PLC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-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所述的一种高纯氧精馏控制方法，其特征在于：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。
6.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：所述精馏塔顶的杂质含量的控制目标如下：
O%>98.5%；
Y%<0.9%；
其中，O%为精馏塔顶氧含量；Y%为精馏塔顶杂质含量。
7.根据权利要求6所述的一种高纯氧精馏控制方法，其特征在于：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：
FI02correct=FI02+f(AI02)；
其中，f(AI02)为精馏塔顶杂质含量的函数。
8.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：当精馏塔要进行自动变负荷时，在允许的精馏塔负荷变化速率下，设定新的高纯氧产量需求FPO2，逻辑控制器FUN01重新计算精馏塔进料流量计FI01、精馏塔顶出料流量计FI03及精馏塔顶进料流量计FI02的控制函数设定点。
9.根据权利要求8所述的一种高纯氧精馏控制方法，其特征在于：在精馏塔自动变负荷的过程中，在规定的时间间隔内采集高纯氧产品的纯度，只有在高纯氧产品纯度合适的情况下，变负荷才能继续往前进行，否则精馏塔的运行参数就稳定到当前状态，同时触发报警。
10.一种实施权利要求1至9中任一项所述的高纯氧精馏控制方法的装置，其特征在于：包括精馏塔、进料单元、高纯氧产品输出单元、塔顶气体排出单元及逻辑控制器FUN01，其中：
进料单元：包括用于测量精馏塔进料流量的精馏塔进料流量计FI01和用于测量精馏塔顶进料流量的精馏塔顶进料流量计FI02以及用于控制精馏塔进料量的精馏塔进料控制阀V01和用于控制精馏塔顶进料量的精馏塔顶进料控制阀 V02，还包括用于测量进料中氧含量的精馏塔进料分析仪AI01；
高纯氧产品输出单元：包括用于控制产品输出量的精馏塔釜产品控制阀V04；
塔顶气体排出单元：包括用于测量塔顶出料流量的精馏塔顶出料流量计FI03、用于控制塔顶出料量的精馏塔顶出料控制阀V05及用于测量精馏塔顶杂质含量的精馏塔顶分析仪AI02；
精馏塔上连接有用于监测精馏塔温度分布的若干个温度探头、用于测量精馏塔塔顶的压力的第一压力仪表PI01、用于测量精馏塔液位的塔釜液位仪LI01以及用于采集出料高纯氧产品中杂质含量的精馏塔釜分析仪AI03；
精馏塔进料流量计FI01、精馏塔顶进料流量计FI02、精馏塔顶出料流量计FI03、精馏塔进料分析仪AI01及精馏塔顶分析仪AI02均与所述逻辑控制器FUN01的信号输入端通信连接，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均与所述逻辑控制器FUN01的信号输出端通信连接。
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