[發(fā)明專利]一種制氫站液位比值控制系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410339851.9
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104062986A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于明雙;張鵬;徐小芳
• 申請（專利權(quán)）人: 山東中實易通集團有限公司
• 主分類號: G05D9/12
• 分類號: G05D9/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭華清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制氫站液位比值控制系統(tǒng)及控制方法

背景技術(shù)

國家經(jīng)濟的發(fā)展帶動了電力的需求，電廠的數(shù)量和機組容量越來越大。機組單機容量的增大意味著汽輪機單機容量的增大，由于汽輪機的線圈溫度是依靠氫氣來冷卻的，這必然要求制氫站系統(tǒng)的產(chǎn)氫量增加。冷卻發(fā)電機的氫氣純度要求比較高，汽輪發(fā)電機組所用的氫氣都是采用電解水的方法制得。制氫裝置為火電機組的發(fā)電機提供氫氣冷卻系統(tǒng)所需要的氫氣，其純度和濕度要滿足一定的要求。

水電解制氫裝置是通過電解NaOH水溶液產(chǎn)生氫氣和氧氣，氫氣和氧氣分別帶著NaOH堿液進入氫、氧分離器，在氫、氧分離器內(nèi)氫氣、氧氣與NaOH堿液進行分離，分離后的堿液通過分離器底部的連通管匯合進入過濾器。電解水產(chǎn)生的氫氣量是氧氣兩倍，而氫氣和氧氣產(chǎn)生混合時可能引起設(shè)備的爆炸，如果氫、氧分離器差壓過大，就可能使氫氣或氧氣從壓力大的分離器進入另一個分離器(因為兩者底部連通)，為此在系統(tǒng)運行時控制氫、氧分離器的液位使其基本平衡，在系統(tǒng)安全上起著很重要的作用，氫氣制取設(shè)備的氧罐、氫罐的液位控制非常關(guān)鍵，若發(fā)生液位波動較大的情況下輕則使得設(shè)備跳閘，重則很容易產(chǎn)生爆炸事故，因此相關(guān)設(shè)備廠家對液位控制的保護都很嚴(yán)格，當(dāng)氫側(cè)與氧側(cè)液位波動差值超過50mm時即發(fā)生跳閘，以防止氧氣與氫氣發(fā)生接觸。

傳統(tǒng)的比值控制方法需要將氫側(cè)液位與氧側(cè)的液位進行除法運算，運算結(jié)果輸入至PID控制器的一端，存在以下兩個問題：

由于輸入到DCS控制器的模擬量信號存在出現(xiàn)品質(zhì)壞(壞點)的情況，或瞬間掃描值為0的情況發(fā)生，若分母上的液位掃描值在瞬間突變?yōu)?，則會造成除法運算的輸出值為無窮大(即數(shù)值溢出)，無窮大的數(shù)值輸入到PID控制器后必然引起控制器的劇烈擾動，在這種情況下很必然的將會造成控制系統(tǒng)的紊亂。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制氫站液位比值控制系統(tǒng)及控制方法，解決了制氫站采用DCS控制系統(tǒng)后將氫氣分離器與氧氣分離器內(nèi)兩種不同的液位控制在同一高度的問題。

一種制氫站液位比值控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)包括氧氣分離器液位模擬量測量模塊、氫氣分離器液位模擬量測量模塊、液位壓力調(diào)節(jié)閥、切換功能算法模塊和比例積分微分控制器，所述氧氣分離器液位模擬量測量模塊和氫氣分離器液位模擬量測量模塊的輸出信號輸入至DCS系統(tǒng)并分別經(jīng)過功能函數(shù)F₁(X)模塊和功能函數(shù)F₂(X)模塊的修正后輸出；所述功能函數(shù)F₁(X)模塊和功能函數(shù)F₂(X)模塊輸出端均與除法器連接，所述除法器的輸出端與所述比例積分微分控制器的輸入端連接，所述比例積分微分控制器的另一路輸入端為常數(shù)1。

所述氫氣側(cè)液位壓力調(diào)節(jié)閥與氫氣側(cè)氣體冷卻器的輸出端連接，所述氣體冷卻器的輸入端與氫氣分離器的輸出端連接，氫氣分離器的輸入端與電解槽連接，所述電解槽同時與氧氣分離器連接，所述氧氣分離器的輸出端與氧氣側(cè)氣體冷卻器連接，所述電解槽的輸入端通過泵與堿液槽連接。

一種制氫站液位比值控制方法，具體步驟包括：氫氣液位的模擬量測量模塊的信號輸入到DCS系統(tǒng)后，并經(jīng)過DCS系統(tǒng)上的功能函數(shù)F₁(X)模塊的修正，氧氣液位的模擬量測量模塊的信號輸入到DCS系統(tǒng)后，并經(jīng)過DCS系統(tǒng)上的功能函數(shù)F₂(X)模塊的修正，經(jīng)過修正后的兩路模擬量信號輸入至除法算法塊，除法算法塊的輸出作為比例積分微分控制器的設(shè)置值輸入端；

當(dāng)氫側(cè)液位信號值為0mm時，所述功能函數(shù)F₁(X)模塊和功能函數(shù)F₂(X)模塊的輸出值均為設(shè)定值，當(dāng)氫側(cè)液位信號不為0mm時，功能函數(shù)F₁(X)模塊和功能函數(shù)F₂(X)模塊的輸出值均與氫側(cè)液位信號值相等；

所述比例積分微分控制器(PID控制器)的另一輸入端為設(shè)定的常數(shù)1，經(jīng)PID計算器的輸出來控制氫氣側(cè)液位壓力調(diào)節(jié)閥，達到平衡氧氣側(cè)和氫氣側(cè)液位的目的。

所述的氫氣側(cè)液位壓力調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)方法為：當(dāng)氫氣分離器液位與氧氣分離器的液位比值相等時，兩者比值為1，即控制器的設(shè)定值端(SP端)與測量端(PV端)相等，控制器的計算輸出保持不變；當(dāng)氫氣分離器液位高于氧氣分離器的液位時，兩者比值大于1，即控制器的設(shè)定值端(SP端)大于測量端(PV端)相等，控制器的輸出減小，用于關(guān)小氫氣分離器出口的調(diào)節(jié)閥，防止氫氣分離器的液位繼續(xù)升高；