反应釜温度控制问题

我们实验室新设计了一个带釜温自动控制的加氢反应中试装置（采用自吸式搅拌器，可大大加快反应速率，釜体积20L，设计温度300度，设计压力64公斤）。在实际应用中，发现釜内温度很难控制，过程如下：即判断釜内温度是否达到反应设定值，如果超过设定值，则冷却水管路的气动阀慢慢打开，通过加冷却水（冷却盘管）使釜内温度下降，由于阀门从关闭状态到开到有足够多的水以致能使釜内温度下降需要一段时间，在这段时间内釜内温度会超高5度左右，当调节阀一直开到最大并维持一定时间后，釜内温度才慢慢下降，当釜内温度下降到小于设定值后，冷却水调节阀又开始慢慢关小，此时釜内温度慢慢下降，直到调节阀全关时，釜内温度还在下降，下降温度比设定值低5-10度之多。然后通过反应热才使得釜内温度慢慢上升，使得冷却水流量一下开到最大，一下又为0，当釜内温度到了设定值后又出现上述现象并反复。总的来说就是釜内的温度不好控制，调节阀一会开到最大，一会又关闭，不知道问题出在哪里，请大家帮我看看。

[ 本帖最后由 cuijuejian 于 2008-6-12 17:37 编辑 ]

看情况应该是发生了震荡现象，由于冷却水流量变化后需要过一定时间温度才能变化，即存在着滞后，所以温度和流量的串级会出现超调和震荡现象。不知道你们的实验装置控制是不是在DCS上实现的，或者装置自带的控制算法，可以试着调整控制参数。

谢谢楼上的，我们反应装置是自己设计加工的，控制是一个控制公司做的，采用的是PLC控制方法。

我不是很懂，试试下列方法
自控算法参数设计不好，调整
可根据试验经验手动调整
换热介质冷却水水温可作调整(有条件的话)，也可换其它介质

可能的问题时：
1、冷却盘管的换热面积不够大：在采用循环水作冷却介质时，冷却盘管的换热面积不够大，不能将加氢反应热量及时移出，导致系统温度升高，而一般温度升高有加快了反应速度，严格的说如果控制不好，而反应釜中有足够的反应物料，可能会导致飞温。
2、控制方式不合理：在系统由保温或加热到冷却过程中，温度的测量肯定有个滞后性。关键是如何消除，建议采用cascade control（级联控制）。即将热介质温度和冷却介质温度均测量和控制。
3、控温设备不合理：控温设备很难实现由加热到冷却角色的转变，我用过德国某厂家的控温器，即可加热又可冷却，且采用相同的介质，其工作原理类似于咱们家用空调（可加热也可冷却），关键是控温方式有多种，可根据要求自己设定控温方式，只要设备功率足够，控温是没有问题的。

釜内温度的控制只能设定在某个范围内，对冷却水调节阀的调节要求根据这个范围进行控制。从提供的图来看，波动得非常有规律，可能是由于冷却效果不好或者调节阀的调节性能差引起的。可以加大冷却面积或水量、改变调节阀的调节参数。

谢谢楼上各位的精彩点评，各位好像都谈到了温度超高的问题，但在实际操作中，我觉得温度会下降这个问题也不容忽视，而且楼上几位都提到了应该是换热面积不够才导致的温度超高问题，那温度下降过多又是如何引起的呢。还有我们是实验装置，每次都做不同的实验，那些PID参数是不是每次都要凭经验来调的啊，那样是不是太麻烦了。还有这个PID参数是不是要求给我们搞控制的人帮我调好的，还是应该我自己摸索的。再次感谢各位

我的感觉应该是控制方法或者是冷却水调节阀的问题，由于冷却水调节阀选型的时候我们是按照正常流量500L/h来算的，但这个实验平均下来冷却水需要量为100L/h左右，会不会是这个不匹配的原因，因为我们是个中试装置，要进行不同的实验研究，所以有的时候工艺条件会相差很大。

原帖由 cuijuejian 于 2008-6-13 16:44 发表
PID参数是不是每次都要凭经验来调的啊，那样是不是太麻烦了

就是PID参数未整定好，你可以试着自己来，你这釜容积不大，温度震荡不是很厉害，适当减小P（比例），I（微分）作用，略微给一点D（微分），就可以了，多试几次，只要试出了经验参数，就可以不动了，以后就轻松，不是每次都要调整的。

楼上的各位分析的非常好。
其实楼主首先要分析一下影响温度稳定的各个因素。如加料速度，加料顺序，搅拌器的转速，换热管的类型（是夹套，半管的盘管，如果外盘管最好分成几组），换热的循环冷却水的流量和进出口温度，冷却水泵是否考虑采用变频与罐内温度连锁，是否可以在高温季节使用冷冻水；罐内温度仪表和采样点是否存在问题。

这是俗称的“顿悟”现象，自控过程中容易发生，可以凭借手动来控制，即加热或者冷却的温度保持恒定，即使短期内显示无效果也不轻易增加，至于保持维持多久需要实际操作过程中不断总结和改进。

既然反应是连续放热，计算好所需循环水流量，控制方案改为流量与反应器温度串级调节，可能会减少这种调节滞后现象

从楼主的讲解看，应该是采用自控仪表进行控制的。需要提醒的是：1、PID参数的不合理是一个方面，这需要多次的调节验证才可以；看仪表上有没有自整定方式，如果有，在常用的试验方式下，自整定一下，从而得到一个PID参数，然后，以此为基础进行调节。2、研究仪表的说明书，上面有不少的指令参数，注意一下，偏差控制范围控制参数，偏差控制范围调小；再看看比例带控制参数，一般的智能仪表都可以判断出温度是上冲还是下降趋势的，根据此判断，仪表会采用模糊控制的方式来采取行动。比如：提前设定一个比例带控制范围，当温度上到58度（如设定为60度）时，智能仪表判断温度在上冲，这时就启动了冷却水阀门；反之亦然。3、阀门开启时间的设定。在开始冷却时，一定要将阀门开到最大，同时配合第2条注意事项来完成。要知道阀门的控制也是用PID来调节的。总之这几条要配合进行，才能将温度的控制尽量精确。尤其是过程判断，是要降温还是要升温，在此过程中还要注意能够根据升温或降温速率的快慢来判断阀门的控制状况。这种智能控制仪表价位至少要在1000元以上。

反应温度为300度，冷却介质不能用水，若是用水温度很难控制。应改用高沸点的无毒、无腐蚀的冷却介质。如白油等。

我想问一下,你的控制系统是反馈控制吗?
其次你是不是仅选取了物料温度作为唯一的变量?

我的建议是:是否考虑换种控制方式,用feedforward多参数控制,反应釜内的温度配合冷却水流量,这样避免你的冷却水控制阀的行程从全开到全关,耗时而且波动大,设定2个极限死点(10%~90%).
你没有说你是不是连续进料,中试装置?如果是间隙进料,那么要配合进料次数的触发,提前供水,让那你的滞后时间缩短,缩短你的控制时间常数.
你可以考虑做个空冷器,把冷却水再降温.
无论何种调节,都是使操作更平稳,不管是工艺,设备还是指控哪方面?
首先应该从工艺角度考虑,如何优化你的工艺操作,然后才是具体自控调节.