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淺析氮氣硫化系統(tǒng)及其控制
[我的輪胎]  發(fā)表時間:2009-09-20
眾所周知 , 輪胎生產(chǎn)的最后一道工序硫化 , 一般需要提供一定溫度值和壓力值的熱水作為硫化內(nèi)壓介質(zhì)。本公司的硫化熱水站是為此目的而設(shè)計研制的 , 由于輪胎生產(chǎn)規(guī)模的需要 , 定型硫化機臺數(shù)較多 , 其硫化介質(zhì)除采用熱水系統(tǒng)之外 , 同時應(yīng)用了氮氣硫化系統(tǒng)。  
   
1 氮氣硫化的優(yōu)點  
   
熱水硫化系統(tǒng)比本公司原用的熱交換器要節(jié)約大約四分之一的蒸氣 , 從而節(jié)約了能源。而氮氣硫化系統(tǒng)由于不需用蒸汽對水加熱 , 也不需熱水循環(huán)泵 , 所用設(shè)備比較簡單 , 比熱水硫化系統(tǒng)要大大節(jié)約熱能 ( 蒸汽 ) 、電能 ( 電機耗電 ) 。從而比熱水硫化系統(tǒng)更加節(jié)約能源 , 降低生產(chǎn)成本 ; 氮氣是資源廣、制備容易、元污染的氣體 , 其使用清潔、安全和簡便。  
   
2 氮氣硫化站的組成原理  
     
氮氣硫化站的作用是提供一定壓力的高純度的氮氣 , 作為輪胎硫化的內(nèi)壓介質(zhì)。氮氣硫化站主要是由制氮系統(tǒng)、氮氣純化系統(tǒng)、氮氣加壓系統(tǒng)和壓力控制系統(tǒng)四部分組成 , 如附圖所示。制氮系統(tǒng)的任務(wù)是將空氣經(jīng)過制氮設(shè)備 , 利用分子膜原理制出一定純度的氮氣 ; 氮氣純化系統(tǒng)的任務(wù)是利用氫氣還原氧氣的原理 , 將此氮氣進(jìn)行高純度凈化 , 使含氮量高達(dá) 99.99% 以上 ; 氮氣加壓系統(tǒng)和壓力控制系統(tǒng)的任務(wù)是將此高純度氮氣用壓縮機加壓 , 并進(jìn)行控制 , 以達(dá)到硫化工藝的要求。  
   
3 各分系統(tǒng)的工作原理及其控制  
   
3.1 制氮系統(tǒng)  
   
制氮系統(tǒng)由過濾器、加熱器、流量調(diào)節(jié)和純度保證系統(tǒng)組成。來自于空壓機的壓縮空氣經(jīng)過過濾、加熱輸送至膜片分離器 ( 半滲透聚合物膜片 ) 后 , 氧氣和水蒸氣即被除去 , 干燥的氮氣即被制成。系統(tǒng)通過位于分離器下游的流量調(diào)節(jié)閱調(diào)節(jié)氮氣氣體流量來控制氮氣的純度 , 通過壓力調(diào)節(jié)閥來保持系統(tǒng)操作壓力的穩(wěn)定。  
   
另外 , 控制設(shè)備還有溫度傳感器、溫度控制器、壓力開關(guān)、氧氣檢測器、 PLC 等。溫度傳感器、控制器控制加熱器的溫度 , 從而阻止冷凝水進(jìn)入分離器。出口處壓力開關(guān)檢測到氮氣低用量 ( 壓力高 ) 時 , 系統(tǒng)停止進(jìn)入空氣并保持備用狀態(tài)以節(jié)約能源 , 當(dāng)管道壓力下降時 , 重新啟動系統(tǒng)。氧氣檢測器用于檢測氮氣含量 , 以防止不合格的氮氣輸出到管道中去 ( 不合格的氮氣排空 ) 。 PLC 用于各過程參數(shù)的輸人、顯示、設(shè)置、報警、控制輸出等。  
   
 3.2 純化系統(tǒng)  
   
本系統(tǒng)由化學(xué)反應(yīng)器、自動加氫裝置、吸附裝置等組成。由制氮系統(tǒng)生成的氮氣 , 純度還達(dá)不到工藝要求 , 故此將它輸入到化學(xué)反應(yīng)器 , 其中的氧氣和外加的氫氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) , 以除去多余的氧氣。自動加氫系統(tǒng)根據(jù)反應(yīng)后的氮氣中的氧含量控制氫氣的加入量 , 以避免多余氫氣的加人而導(dǎo)致氮氣純度的降低。吸附裝置吸附經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后的氮氣中的其它多余成分 , 從而使得出口處的氮氣純度高達(dá) 99.99% 以上。  
   
3.3 加壓系統(tǒng)  
   
加壓系統(tǒng)即為壓縮機對高純度的氮氣進(jìn)行加壓 , 其控制為普通的電氣控制和聯(lián)鎖。  
   
3.4 壓力控制系統(tǒng)  
   
它由單回路控制系統(tǒng)組成。通過壓力檢測、調(diào)節(jié)器、控制閥將氮氣壓力控制在工藝要求范圍內(nèi)。  
   
4 PID 參數(shù)的調(diào)整  
   
本系統(tǒng)中壓力等回路調(diào)節(jié)器使用 PI 控制 , 溫度用 PID 控制。這些控制參數(shù)的整定 , 可采用臨界比例度法 , 即在閉環(huán)情況下 , 先將積分及微分作用除去 , 按比例放大系數(shù) Kc 由小到大的變化規(guī)律 , 對應(yīng)于某一 Kc 值作階躍干擾 , 以達(dá)到臨界情況下的等幅振蕩。此時 , 利用臨界振蕩周期 Tu 與臨界比例作用的放大系數(shù) Ku, 按經(jīng)驗公式 , 即可得到調(diào)節(jié)器最佳 PID 參數(shù)值。 
  
5 結(jié)束語  
   
本系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn) , 設(shè)備優(yōu)良。現(xiàn)用于本公司子午胎的生產(chǎn) , 氮氣的純度、壓力完全達(dá)到了工藝的要求 , 并大大節(jié)約了能源。 

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