PID调节在MVR系统控制的应用

颜青卿

摘 要： 本文阐述通过PID控制在MVR蒸发浓缩实际工艺生产中的应用，指出复杂控制与实际工艺紧密结合过程，同时在当今智能化要求下的自动化形势下，真正解决企业人力资源紧张局面。

关键词： PID、PLC、MVR蒸发、结晶、控制

【中图分类号】TP273     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）07-0213-02

1 概述

MVR蒸发器是蒸汽机械再压缩技术（mechanical vapor recompression ）的简称。MVR蒸发器是上个世纪九十年代末开发出来的新型高效蒸发设备，是一种重新回收利用它自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源需求的一项环保节能技术。

一套完整的MVR蒸发器系统主要是由进料泵、预热器、蒸发器、分离器、压缩机、真空泵、循环泵、操作平台、电控、仪表、PLC控制系统及阀门、管路等系统组成。由于系统结构简单，操作维护方便，MVR蒸发器已经成功广泛应用于化工、造纸、医药、食品、海水淡化及污水处理等领域。

其主要特点是：节能、环保、无需原生蒸汽、无需额外配置锅炉、无需烧煤加热蒸汽、无需配设备冷却水管路，系统设备相比之前的生产工艺简单，公用工程配套少、工程总投资少、生产运行成本降低、占地面积小;同时要求相应的自动化程水平高，减少了人工操控的工作量，以满足当前工艺生产自动化、生产智能化的要求。

在MVR蒸发器投入生产使用过程中，只有当以下生产工艺环节参数精确控制才能达到生产所需的目标：

1.1 系统压力保持稳定;

1.2 各罐的液位如何保持;

1.3 蒸发结晶的溶液密度的保持;

1.3 蒸发部分温度保持协调;

2 MVR控制结构

MVR蒸发器控制系统，电控部分主要是为压缩机、泵等提供驱动和调速;仪表部分主要是测量生产工艺环节中的压力、温度、流量、液位、密度等生产工艺参数，PLC系统将这些工艺参数采集，按照工艺要求来控制整个系统的运行。其中，主要是通过调节阀门开度来调节这些生产工艺参数，以满足整个系统的原液、蒸汽的流动和热交换等。

仪表检测工艺参数，温度分别检测蒸发液在各阶段的温度变化，压力监测系统的壳程压力，整个系统在负压下运行;蒸发器、分离器需要检测内部的液位以反映运行情况下物料多少。密度是该系统的关键参数，物料密度由23%浓缩到46%，检测物料达到目标密度，然后决定是否将产品出到下一级的储料罐。

按照工艺要求，整个系统按工艺可分为：进料、蒸发、分离等几个环节。

2.1 进料：

进料是从母液罐用泵打入蒸发器内，为了保证进料的流量和提升温度，这个环节增加流量检测的电磁流量计和流量调节阀。

为了提升温度，进料管道设置板式换热器，用新鲜蒸汽来加热进料的母液，目标温度是根据具体工况而定，可在70℃-90℃之间设定目标值。

2.2 蒸发：

蒸发后的结晶阶段，结晶器的液位LISA007时刻发生变化，通过转料调节阀FV003进行自动调节控制，实现对该生产工艺环节液位的平衡操作控制。

2.3 结晶分离：

蒸发过后，母液的浓度逐渐增加。

结晶的浓度随着蒸发量的累计逐渐增加，直到满足结晶要求的浓度，将出料调节阀FV004打开送到下一道的工序储料罐——结晶釜。

3 PID控制

为了保证连续生产，必须确保各工艺段自身的自动调节。这种情况下，采用PID调节就是最佳选择。

目前，PID控制及其控制器已在工程实际中得到了广泛的应用。PID控制器问世至今已有70多年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

PLC可编程系统利用PID控制来实现对工艺生产环节中的压力、温度、流量、液位、密度的控制功能。

PID调节解决了自动控制理论所要解决的最基本问题，既系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数，可实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带载能力和抗扰能力，同时，在PID调节器中引入积分项，系统增加了一个零积点，使之成为一阶或一阶以上的系统，这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。在工艺生產控制中，采用PID控制器，并加入反馈回路来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环，可以让系统保持稳定运行。

3.1 进料流量的控制：

该系统设计入料量最大为40吨/小时，但是入料量是根据蒸发量和出液量不断调整的。

进料调节阀FV001根据降膜蒸发器的液位LICAS001来自动调节流量补充，在该生产工艺环节的自动控制应用中，采用PI调节器，来稳定液位，从而实现对进料流量的自动控制（如图2中所示）。

3.2 进料温度的调节控制：

进料温度调节是通过调节换热器入口调节阀FV005的开度，改变蒸汽的流量，来实现换热器进料出口温度的调节。

在生产该工艺环节的自动控制应用中，调节器采用PI调节器，自动根据进料的换热器出口温度来调节FV005调节阀的开度，从而实现对进料温度的自动调节控制。如下图6中所示。

3.3 蒸发结晶的液位调节控制：

蒸发结晶的液位调节是通过转料调节阀FV003的开度，来调节结晶蒸发器的液位LICAS007。

在该生产工艺环节的自动控制应用中，调节器采用PI调节器，自动根据进结晶蒸发器的液位LICAS007来调节FV003调节阀的开度，从而实现蒸发结晶的液位自动调节。（如图3中所示）

3.4 溶液的密度调节：

蒸发结晶的溶液密度达到预定的设定值，FV004调节阀根据密度计ρIC001检测到的密度大小来调节开度。密度不能太高，过高则容易在管道里面结晶造成堵塞;密度太低则在结晶釜内等待时间过久。

在该生产工艺环节的自动控制应用中，调节器采用PI调节器，控制系统自动根据结晶蒸发器的密度计ρIC001检测的数据来调节FV004调节阀的开度，从而实现蒸发结晶溶液密度的自动控制。（如图4中所示）

4 总结

MVR蒸发系统是目前最新型的蒸发结晶方式，相关部分采用PID控制方式才能实现自动化控制。

使用过程中，降膜蒸发器、结晶蒸发器的液位控制有着十分重要的意义。在产品出料时，根据浓缩液的密度确定出料量的控制也十分关键。

MCR蒸发系统作为新型蒸发浓缩方式，用于工业生产的废液处理等场合，可以节约蒸汽的使用量，从而降低能耗，减少生产运行成本，降低了生产带来的大气碳排放量，从而实现了环保、节能、减排的目标。

参考文献

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[2] 热泵技术手册 陈东，主编，，谢继红，副主编 化学工业出版社，2019.

[3] 可编程序控制器模拟量及PID算法应用案例.霍罡，曹辉.高等教育出版社，2008.

[4] 可编程控制器原理及应用，雷大军，高春主编.北京航空航天大学出版社，2017.