γ射线密度计在多变量先进控制中的应用

1　引言

多变量先进控制国外称MUVAC技术,是荷兰Stamicarbon公司的一项软件专利,可把无法用仪器在线测量的量等效测出来。这种方法是用若干相关的已有仪器作在线测量的量的组合替代。这种组合在现场是一套装置集合,相当于我们已有了理想中的那台仪器,可直接用于闭环控制。

在尿素生产中,低压甲胺冷凝液中含水量是个关键。水分高会大幅度降低尿素转换率并增加能耗,含水量过低会产生结晶,堵塞管线造成事故。含水量的控制极大地关系到生产效率和技术水平,其障碍就是当今尚无适合的测量仪器。大庆石化总厂化肥厂仪表车间技术人员对MUVAC技术作了研究和开发,他们把甲胺液含水量用温度、压力和密度三个量的组合来替代。在三个量中,密度在线测量原无常规仪器,加上对高精度和高可靠性的苛刻要求,就更难解决,SGD型核密度计在此起了关键的作用。

2　甲胺液含水量控制原理

图1是用MUVAC技术实现低压甲胺冷凝液含水量控制的原理图。

在图中,702E是中压吸收塔。在702E的上中部各设一喷淋器,对上下段填料层喷淋。甲胺液的含水量就由这两组喷淋流量决定。上部流量控制器FIC-705和下部流量控制器FIC-306的给定值均来自甲胺含水量控制器AIC-302,它所依据的含水量值由AX-302功能软件计算得出。AX-302功能块是从甲胺液的温度计TR336(T)、压力计PT304(P)和密度计DT302(ρ)的量值计算出含水量瞬时值的。向AX-301提供密度测量值的DT301是另一台SGD。

3　仪器性能分析

在图1中,位于DT302部位的甲胺液密度变化范围是从1.08～1.12g/mL,即满量程管线内密度的相对变化是(1.12-1.08)/1.12=3.57%。若有一个±1.8%的相对测量误差便覆盖了测量满量程,可见对测量精度的要求是极高的。SGD的长期精度为0.1mg/mL,能很好地满足该测量要求。

密度传感器铅室中带有3.7GBq铯源,探测器为高压气体电离室,它将γ射线信号转换为0～10mA电流,可传送到1400m以内到达变送器,变送器内装有16位微处理器。优质完善的硬件结构和丰富的软件系统支持一系列先进功能。如:源衰变自校、动态过程跟踪、介质与环境因素的多项补偿等。下面仅以动态过程跟踪为例说明该仪器的一项局部特征。

为降低射线统计涨落对测量精度的影响,我们选取可能长的时间常数做指数滤波或总和平均。时间常数增加使仪器对待测介质密度变化响应迟缓和滞后,不再适于变化过程。为解决时间常数过大过小的利弊,该仪器增加了动态过程跟踪这一功能(通过指令选取)。微处理器依据所选的时间常数、标定数据和测量值计算出瞬时预定统计噪声(起伏)限度。当测量到的变化值超过此限度时,判定是介质密度有实际变化,动态跟踪功能将时间常数切换到原值的1/8处,仪表指示便以原值的1/8的小时间常数快速跟踪到新的测量值。在相对稳定的新值,仪表恢复到原定的大的时间常数以保持低统计噪声,计算好此刻的噪声限度,为下一轮切换做好准备。