浅析调节阀自振及调节系统的关联

　　1　概　述

　　在水溶液全循环法制造尿素工艺中,脱碳工段是咽喉所在。采用碳丙液脱碳法,闪蒸槽液位控制直接关系到尿素的生产和安全。液位太高,气相带液,造成不必要的损失;液位太低,气相串入碳丙液,造成CO2纯度下降,影响尿素生产。

　　我公司脱碳和闪蒸工艺流程简图如图1所示。仅从单系统考虑,三个调节回路是独立的单回路调节系统。一旦投运,三套调节系统之间的关联性很强。三套都投自动,就相互影响,一有扰动,如不采取措施(开车初期),引起LV202振荡,无法调节。同时,LV202调节阀压盖填料为聚四氟乙烯,一段时间后,压盖填料漏。在不影响生产的情况下,加了石棉缠绕填料,却使阀杆所受摩擦力增大,出现了自振现象。这种自振现象并非调节器的比例增益Kc或积分时间Ti过小所致,手动状态不能消除。

　　2　LV202自振问题

　　首先对自振问题要有正确认识。在多数情况下,不希望系统有自振产生。长时间大幅度的振荡,造成机械摩擦能量损耗,并带来控制误差。但有时又故意引入高频小幅度的颤振,可以克服间隙摩擦等非线性因素给系统带来的不利影响。通过LV202自振的分析,使它满足后者的条件,因而不影响调节质量。下面分析产生自振原因。

　　LV202结构上,后加石棉填料,引入摩擦力,主要为粘性摩擦和库仑摩擦,因而引入了一个非线性系统。阀本身具有大的行程(100 mm)Dg300,膜头有效面积1 600 cm2。大行程反馈杆引起逆滞后(阀本身为一阶惯性环节),有一定滞后作用,虽然加阀门定位器,也没能全部克服,定位器电气转换部分也有滞后现象等,其等效特性为延迟环节。

　　延迟环节的延迟时间取两次值0.4s(正常)和1.2s(由于阀门定位器喷嘴气路部分不通畅,几乎停车)。非线性系统结构图如图2所示。线性部分的频率特性为:

　　稳定性分析:系统工作在M1点,如受到一个外界干扰,假如使阀振幅A增大,则工作点由M1向D移动,由于临界点D不被G(jw)曲线包围,系统稳定,振荡衰减,使阀振幅自行减小。工作点　　向B点移动,直至回到M1点。反之,如果受到的干扰使阀振幅减小,则工作点由M1移到C点,由于临界点C被G(jw)曲线包围,系统不稳定,振荡加剧,使阀的输入振幅增大,工作点由C回到M1,这说明,M1的周期运动是稳定的。

　　但当T>1　阀不能及时动作,液位波动明显,系统无法稳定;

　　T<1　液位基本不偏离给定值,系统可靠。

3　三个单回路调节系统的关联

　　在工程设计上,脱碳塔为立式塔,液位范围大,变送器的相对放大系数小些,灵敏度低,容易控制;而闪蒸槽采用卧式,液位范围小,变送器的相对放大系数大些,灵敏度高,不易控制。脱碳塔　　一定的液位波动,闪蒸槽只有很小的液位变化,设计思想是正确的。然而由于调节对象相同,特性相近,工作频率也相近,使动态联系非常密切,很容易产生共振,使LV201和LV202失控。系统间相互影响,可用图4方框图形式表示。