近幾年奧斯汀德克薩斯大學(xué)一直在進行分離（Separation）實驗項目的研究,，當涉及工藝流程修改時，對相關(guān)過程設(shè)備需要增加新的測點并對工藝流程進行測試,。在實驗中發(fā)現(xiàn),，增加或改變測點時，過程的啟動和停車所用的時間要比真正運行的時間多三倍,，因此降低儀表安裝時間和工廠的停機時間是最重要的,。由于無需敷設(shè)電纜或重新布線，無線變送器為過程測點的重新配置提供了極大的靈活性,，
　　
　　因為無需電纜接線,，無線設(shè)備可靈活地安裝在氣提塔和吸收塔上，有效減少停機和維護工作,，從而提高了效率。然而,，在汽提塔的測點中，有很多的測點涉及到控制回路，因此,，采用無線變送器進行監(jiān)測，其可靠性和控制性能就成為了首要考慮因素,。為了更加直觀的比較無線變送器與有線方案，我們在氣提塔和吸收塔的關(guān)鍵回路上采取了無線儀表和有線儀表平行安裝的方式,。本文詳細描述了整個測試的結(jié)果,。
　　
工藝設(shè)備
　　為了評估無線變送器在控制應(yīng)用中的性能，我們專門安裝了一套裝置,，該裝置目前用于測試與火電廠二氧化碳收集相關(guān)的節(jié)能氣提工藝,。從流程上來說,，它包括一臺吸收塔通過氨類溶劑把二氧化碳從模擬堆棧氣流中去除，然后通過氣提塔還原二氧化碳,，并對吸收塔內(nèi)的 再生氨溶液進行回收再利用,。右圖就是該裝置,。
　　
　　吸收塔主要測試特定溶劑和填料或塔板內(nèi)件,，吸收塔有2個10英尺長的填料床,，液體收集器和液體再分布器位于塔的中間。在分離研 究計劃里有一個二氧化碳收集實驗,，環(huán)境空氣混雜著再循環(huán)的氣提二氧化碳和補足二氧化碳從塔的底部進入，當氣流通過填料向上流動的時候,，二氧化碳被向下流動的氨液吸收，流出來的溶液稱作富氨液,，再進入到氣提段以去除吸收到的二氧化碳,。
　　
　　氣提塔主要測試填料，并判斷特定溶劑的能效,。塔內(nèi)也有2個10英尺長的填料床，液體收集器和液體再分布器位于塔的中間,。從吸收塔流出的溶液 稱作單乙基氨飽和溶液，與氣提塔底部的液體一起通過交叉流平板交換器進行加熱,，然后再注入氣提塔頂部,。釜式重沸器生成的蒸氣可分離部分二氧化碳,。塔頂?shù)酿s出物進入到列管式冷凝器，蒸汽在冷凝器中凝結(jié),，貧氨液則回到吸收塔的給料槽。
　　
無線設(shè)備安裝
　　用于過程工業(yè)的無線現(xiàn)場設(shè)備經(jīng)過幾年的開發(fā)和設(shè)計已經(jīng)取得了飛速的發(fā)展，經(jīng)過對已有無線技術(shù)的分析,，我們決定在分餾研究計劃中采用符合WirelessHART標準的無線設(shè)備（有關(guān)WirelessHART 技術(shù),，請參閱www.ChemicalProcessing.com/articles/2008/071.html “充分利用WirelessHART技術(shù)”一文）,，在控制塔壓和蒸氣流量的控制回路中應(yīng)用無線壓力和差壓變送器。
　　
　　WirelessHART無線網(wǎng)關(guān)安裝在工藝裝置區(qū)域的中間位置,，通過以太網(wǎng)與控制系統(tǒng)相連,?？刂葡到y(tǒng)使用的是DeltaV系統(tǒng),，系統(tǒng)與無線網(wǎng)關(guān)標準化的集成，實現(xiàn)WirelessHART儀表校驗,、組態(tài)和診斷功能,。控制系統(tǒng)對無線儀表的組態(tài)方法和傳統(tǒng)儀表完全相同,，區(qū)別在于無線儀表由電池供電,，無需安裝供電電纜,。
　　
　　我們改變了原有的塔壓和蒸氣流量控制模式,，現(xiàn)在操作人員可以在有線和無線輸入之間進行切換,。當某個控制回路輸入信號由無線儀表實現(xiàn)時，系統(tǒng)就會自動將PID模塊更改為無線控制,，儀表面板可以顯示當前所選輸入信號類型和選擇開關(guān)位置，這樣,，操作人員通過顯示界面即可直觀地比較有線和無線方案的測量結(jié)果，并隨時可以選擇有線或無線信號作為控制回路輸入,。
　　
　　我們在控制模型中加入了矩陣圖以計算自動控制的絕對誤差積分（IAE）,，用于控制回路測量值和控制周期都將自動記錄，以便比較采用有線和無線方案的控制回路性能,。
　　
試驗過程
　　在最近的一項填料性能試驗中,，對無線壓力變送器和差壓流量變送器進行了初步測試,，該試驗是為了檢驗Raschig-Jaeger RSP-250整裝填料的蒸餾效率和液壓性能（氣提塔也可用作蒸餾塔）,。分餾塔通過環(huán)己烷/正庚烷混合系統(tǒng)進行分餾,，壓力對蒸餾性能的影響也在研究范圍內(nèi)，標準的測試壓力是2.4, 4.83, 24和60 psia,，對無線儀表測試,，基準壓力是24 psia，Raschig-Jaeger公司同意在實驗運行過程中應(yīng)用無線儀表進行測試,。
　　
　　表1顯示了有線儀表和無線儀表在分餾塔上實現(xiàn)的壓力控制,。在實驗中，對PID整定參數(shù),、濾波參數(shù)及控制組態(tài)參數(shù)設(shè)置相同,，結(jié)果如表1所示，兩種方案性能沒有差別,。

表1：有線和無線控制結(jié)果相當

　　在蒸汽流量控制的測試上,，我們也得到了相似的結(jié)果。有線儀表的濾波時間是10秒,，無線儀表是0秒,。工廠原有的PID整定既可應(yīng)用于有線儀表，也可應(yīng)用于無線儀表,，當設(shè)定點改變時,，可以看到相同的動態(tài)控制。
　　
　　根據(jù)圖表所示,，從無線儀表應(yīng)用在壓力控制和蒸汽流量控制時所測得的絕對誤差積分來看,，采用無線儀表與有線儀表的控制性能相當，和有線相比,，無線控制回路僅使用了1/10數(shù)量的測量值進行流量控制,，1/6數(shù)量的測量值進行控制壓力，因此可節(jié)省電池能耗,。
　　
　　測試結(jié)果表明,，應(yīng)用WirelessHart無線變送器結(jié)合修正后的PID算法功能模塊實現(xiàn)控制，其控制性能與采用傳統(tǒng)硬接線變送器與標準PID算法具有相同的可靠性,。 在另一項測試中,，用傳統(tǒng)硬接線變送器進行了合成和填料效率的測量（理論塔板高度），然后采用無線變送器進行同樣的操作,， 結(jié)果證明兩者的控制性能幾乎相同,。

擴展應(yīng)用
　　用WirelessHART無線變送器測量氣提流量和塔壓節(jié)省了布線成本。采用WirelessHART變送器和修正PID算法功能模塊進行塔壓和加熱器蒸汽流量控制,，實現(xiàn)的動態(tài)響應(yīng)和性能與有線儀表加傳統(tǒng)PID運算完全一樣。
　　　　
　　在實驗進行中,，我們把WirelessHART技術(shù)的應(yīng)用進行了擴展,，首先用三臺多點無線溫度變送器（每臺設(shè)備有4個熱電阻輸入）來監(jiān)測吸收塔的溫度分布情況,，另外將兩臺無線pH變送器分別安裝在吸收塔入口和出口，間接測量氨溶液中二氧化碳的濃度,。采用無線變送器提高了溫度和pH值測量的精度和可靠性,，從而改善了氣提塔和吸收塔的操作條件，由于無線儀表由電池供電,，消除了有線儀表回路接地的影響,。
　　
作者介紹
　　Frank Seibert,  奧斯汀德州大學(xué)分餾研究項目技術(shù)經(jīng)理
　　Terry Blevins， 艾默生過程管理德州奧斯汀公司技術(shù)研究員
　　
關(guān)于艾默生過程管理
　　艾默生過程管理（www.emersonprocess.cn）是艾默生業(yè)務(wù)的一部分,，其在幫助各行業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn),、過程控制及輸配自動化等領(lǐng)域中，始終居于領(lǐng)先地位,，并廣泛服務(wù)于化工,、石油和天然氣、煉油,、紙漿和造紙,、電力、水和廢水處理,、冶金和礦業(yè),，食品和飲料、生命科學(xué)及其它行業(yè),。公司將先進的產(chǎn)品和技術(shù)與具有行業(yè)特點的工程,、咨詢、項目管理和維護服務(wù)相結(jié)合,。艾默生旗下的品牌包括PlantWeb™, Syncade™, DeltaV™, Fisher®, Micro Motion®, Rosemount®, Daniel™, Ovation™, Bettis™, EIM, 和 AMS Suite.