【摘要】变压吸附(Pressure swing Adsorption)技术，简称PSA，是一种新型的气体分离技术，主要是利用气体介质中不同组份在吸附刘上的吸附容量的不同，在压力下进行选择性吸附、降压时使气体解吸，以实现气体的分离。
1 概述
变压吸附(Pressure swing Adsorption)技术，简称PSA，是一种新型的气体分离技术，主要是利用气体介质中不同组份在吸附刘上的吸附容量的不同，在压力下进行选择性吸附、降压时使气体解吸，以实现气体的分离。原化工部西南化工研究设计院(现四川天一科技股份有限公司)从70年代初期就开始对PSA工艺过程及自动控制系统进行了开发研究，20余年来在国内已建成500余套各种类型的PSA装置。在化工、石油炼制、冶金、食品、医药等行业中成功推广应用。
由于门人工艺要求周期性地切换阀门，阀门数量多，动作频繁、人工操作是无法进行的、因此提高变压吸附自动化水平是推广应用这项新技术的前提。变压吸附装置自动化经历了从气动控制到微型计算机控制，从单纯的开关量控制到模拟量控制的发展过程，控制器的功能也日趋完善。
随着PSA技术应用领域相处理规模不断扩大，对控制系统的要求也不断提高，为满足不同规模、不同用户的要求，四川天一科技股份有限公司开发了不同档次、多种形式的7种控制系统：气动逻辑控制器、电动逻辑控制器、单片机控制器、小型PLC控制器、中规模PLC控制系统、大规模PLC控制系统和分散型控制系统。
2 早期水平
2．1气动逻辑控制器
早期的PSA装置用常规气动II型或III型表实现参数检测及调节，用气动逻辑控制器或单板机实现顺序控制。气动逻辑控制器不用电气转换系统，结构简便、价格低，但控制精度差、功能少，对气源要求高，目前已不采用。
2．2 电动逻辑控制器
用高电平TTL电路组成的电动逻辑控制器，虽具有开发方便、控制功能强等优点，但可靠性较差，目前已不采用。
2．3单片机控制器
单片机控制器集成度和可靠性高、价格低，但由于芯片和其它元件质量不易保证，且加工工艺不能适应高的要求，使系统的可靠性受到影响，目前已不采用。
3 中期水平
在小型PSA装置中，采用进口可编程序控制器(简称PLC)作为控制器的主机，以保证高可靠性，用单片微型计算机扩展控制器功能作状态、时间和报警显示。
3．1 可编程序控制器
可编程序控制器具有通用性好、可靠性高、环境适应性好、抗干扰能力强、功能强、接线简单、易编程、使用方便、体积小、重量轻和功耗低等特点。
目前主要选用的可编程序控制器有C200H，西门子S7—300等．在中小型PSA装置中得到广泛应用。
3．2 PSA控制器
PSA控制器以日本三菱公司MELSEC—F系列超小型PLC为核心，主要用于PSA装置的开关量输入、输出和报警联锁控制，并辅以盘装表实现装置的模拟量控制，由于这种控制方式投资省、操作维护方便，目前在小型PSA装置小有一定的推广市场。
4 目前水平
PSA控制器利用常规模拟调节表组成的过程控制系统，虽然具有可靠性高、成本低、易于维护等优点，但随着装置规模扩大，它的局限性越来越明显，因此，在大型PSA装置中目前普遍采用分散型控制系统(DCS)。现已成功外发的DCS系统有RS3、Cenlum、Deltv、TDC-3000等。以大庆油田化工总厂5000Nm3／h催化干气氢提浓装置为例，它是600kt／a柴油加氢改质装置
的配套装置，其DCS控制系统设置在ABGC、产品精制装置、气体分馏装置、MTBE装置所共用的联合中心控制室内。
PSA装置的控制室监控系统采用HoneywellTDC-3000TPS系统与计算机操作界面相结合，彩色CRT显示及配备打印机打针报表等。根据工艺生产特点和操作要求，采用集中显示，控制和现场监测的方案，重要参数均可在操作室CRT上进行监视和操作。设计时既充分体现了技术先进的优势，又解决了工程放大的配套间题。
该装置共设置自动调节系统9套(其中压力调节5套，压力分程调节1套，液位调节1套，流量调节1套，温度调节1套)，手操系统3套，分析联锁系统1套，程控系统1套(共计DO：79点，DI：79点)。另外集中显示记录的参数30点(其中温度6点，压力13点，流量1点，液位1点，成分分析1点，可燃气体泄漏检测8点)。
4．1 TPS系统配置
TPS控制系统型号，是在原Honeywell TDC—3000基础上的升级产品。
4.2 控制过程及组态
(1)回路控制主要由现场仪表采集信号送至DCS系统，完成PID控制和各种算法，其输出信号控制调节阀开度，以完成整个回路控制。PID的各种设定参数可在操作台上输入和修改。
(2)逻辑控制由DCS完成、其输出信号可根据各工艺控制要求自动控制各程控阀门的开闭，同时DCS接受现场阀门开闭状态信号，并结合工艺参数和机内存贮的工艺数据和控制时序表，综合判断阀门动作是否正常。
(3)15—4装置中程序控制系统可实现多塔切换功能：因提氢工序有9床(9—4—3／V)、8床(8—3—3/V)、7床(7—2—3／V)、6床(6—2—2／V)、两套可单独或联合的5床工艺步骤等运行力式，当原料气负荷减少或程序控制阀出现故障时，系统可自动切换程序转换为其它运行方式．或者由使用者手动切换程序，以满足不同负荷的需要。
(4)在优化控制的情况下，DCS系统能按照当时的工艺条件，过程控制模型，自动调整控制参数，以实现在保证产品纯度的情况下，获得最大的收率。
(5)DCS可实现关键设备的冗余控制，系统可配故障诊断及专家处理系统，在出现故障时，对系统进行调整以维持系统运行，保证了全系统工作的可靠性。
(6)软件支持多种数据类型酌数据交换，通过读写所有监控单元采集生产过程的数据，进行监测分析，为生产过程提供高级控制。
(7)为提高装置的可靠性，每台程控阀门上均配备了阀位反馈装置。在对阀检信号的检测过程中，由于不同通径阀门开关过渡时间不同，容易引起阀检装置的误报警，程序设计时考虑用时间延长定时器来解决，这样。系统能采集到准确的阀检信号，大大降低了误报警的可能性。
（8)在带控制点工艺流程图上，所有测量数据均实时动态显示；阀门开度以百分数表示；液位用色彩模拟液体在容器内的波动，形象逼真；物料用不同颜色顺其流向交替显示形成流动感，使画面更加生动。
(9)因系统在失电后的重新上电过程中，容易出现原运行参数的丢失、程序被错误复位等情况，故在程序设计中全部采用有电池后备的付储单元，并在按到电源报警时记录全部重要运行参数、当电源系统恢复正常供电时，程序自动取出电源故降前的数据，保证了系统的正常运行。
(10)PID调节器、开关控制、手动操作等做成与真实的调节器、电气按钮、操作器等外形相同的实体图形，用鼠标选择图标按钮，使操作仪表化而交易被操作人员认可。
5 将来的发展
现场总线控制技术是20世纪末在DCS基础上发展起来的新—代控制系统。随着仪表智能化和通讯数字化技术的发展．现场总线已经发展成为集计算机网络、现场控制、生产管理等内容为—体的现场总线控制技术FCS。
目前四川天一科技股份有限公司成功开发的现场总线技术有：上海吴泾500Nm3／h PSA—CO装置，昆明钢铁厂500Nm3／h PSA—H2装置。
现场总线技术是传统分散型控制系统(DCS）的一次变革，对控制系统从单纯控制向管理控制一体化转变将产生深远的影响。因此．现场总线技术必将在今后的PSA装置中得到广泛的应用。
6 结语
四川天一科技股份有限公司先后在工艺流程、自动切换阀门、多通道逻辑组合阀、程序控制系统以及工艺系统的模拟量自动控制等方面作了深入细致的研究与开发，正是由于四川天一科技股份有限公司采用了先进的自控水平和运行可靠的自动阀门，使得变压吸附技术日益受到广大用户的重视，应用范围越来越广泛。
4/29/2004
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