如何对阀门进行排序以平滑从小到大的过渡

来源：上海自动化仪表有限公司作者：发表时间：2018-09-19 09:07:25【小中大】

问：我在污水处理厂工作，我们使用50％重量的氢氧化钠来中和混合罐中的水。为了满足应用的可调范围要求，我们对两个控制阀并行排序。我想学习如何减少或消除在试剂要求低于大阀门最小流量的点附近发生的极限循环，但是在小阀门的最大流量下。

A：可调范围要求通常通过在实验室中滴定50ml左右的废水样品来确定，结果通常绘制为pH与所用试剂的毫升数。要将此信息转换为每1,000 gpm废水所需的工业强度试剂的加仑/分钟（gpm），必须以常态（N）为单位知道试剂浓度。

例如，如果使用10.2ml的0.01N 氢氧化钠试剂中和50ml废水样品，则50ml样品的正常性为N =（10.2 / 50）0.01 = 0.00204。如果在工厂中，将使用50％氢氧化钠试剂（N = 19.1）; 然后中和1000加仑的废水将需要1,000（0.00204）/ 19.1 = 0.107加仑的这种试剂。

我们上海自动化仪表有限公司通常选择一个控制阀尺寸来提供所需最大试剂流量的两倍。建议使用这种过大程度以允许估计中的误差，并在从负载变化恢复期间提供动态校正的余量。应对预期的最小负荷进行类似的计算，以估算所需的最小试剂流量。两个流量的比率将给出控制系统的可调范围要求。

一种选择是通过计量泵输送试剂，如果20：1的可调范围就足够了。这通常是不够的，因此一个计量泵通常不是可接受的选择。我们上海自动化仪表有限公司曾经尝试过，如果使用一个控制阀并且它没有足够的可调范围（等距百分比为50：1，线性为35：1，快速开启为20：1），最大试剂流量不足以达到最大值工厂负荷，或低负荷时的最小值。在任何一种情况下，经处理的流出物都是不合规格的，并且对此的惩罚可能是严重的。

排序等百分比阀门

图1：线上的点代表阀门定位器的校准极限。较小的阀门在控制器输出范围为0-52％时节流，大阀门从48％节流至100％。必须提供逻辑互锁以在控制器输出达到其各自的范围时关闭一个阀门而另一个阀门打开。

如果最小可控流量太大，将导致极限循环。如果是单个试剂阀，则会发生这种情况，因为当阀门关闭时，负载会使pH值偏离设定值，因此控制器打开阀门，之后，因为最小可控流量大于所需的流量，pH值将超过设定值，这将导致控制器再次关闭阀门。该循环将以通常的锯齿形式重复。如果循环的幅度在可接受的pH限制范围内，那么植物可以与其一起生存并且可以仅在下游放置容器（甚至是未混合的）以减弱循环。

两个阀门并联的情况类似于这种情况，因为在重叠区域，两个阀门都在某种程度上打开。当试剂需求增加时，大阀门在小阀门完全打开之前开始打开，因此试剂流量变得太高，导致pH超过控制器设定点。作为响应，控制器将减小阀门开口（两者），当该减小导致大阀门完全关闭时，将导致充电不足。因此，可以对两个并联的阀门进行排序以扩展可调范围，但它们不能同时打开。这是因为，如果较大的阀门在较小的阀门仍然打开时开始打开，则输送的总流量几乎可以翻倍。

当对两个容量比为20：1的阀门进行排序时，较小的阀门必须在较大的阀门开始打开时关闭。这种测序要求两个阀具有相同百分比的特征。图1显示了这种在半对数图上的切换，其中百分比控制器输出在横坐标上（线性），而试剂流在纵坐标上（对数）。

图1中两个阀门的顺序基本上导致该对的单个特征，具有几乎1,000：1的可调范围（中心处具有小的重叠）。线上的点代表阀门定位器的校准极限。较小的阀门在0-52％的控制器输出范围内节流，大阀门的节流量从48％到100％。为了正确地实现这种切换，必须提供逻辑互锁以在控制器输出达到它们各自的范围时关闭一个阀门而另一个阀门打开。因此，当控制器输出超过52％时，互锁将关闭小阀门，当控制器输出降至48％以下时，逻辑将关闭大的阀门。开关产生一个小的瞬态，但它只持续一秒左右。

由于大多数pH控制回路需要线性性能特征（控制器输出和输出的试剂流量之间的关系应该是线性的），因此在控制器输出和阀门定位器的输入之间需要曲线表征器。其目的是保证输送的流量与控制器输出成线性关系。这种双曲线表征器可用于顺序对等百分比阀门，在图1中提供1,000：1的可调范围。

另一种更简单但更有限的扩展阀门可调范围的方法如图2所示，其中阀门位置控制器（VPC）用于驱动较大的阀门，而pH控制器驱动较小的阀门。VPC将pH控制器的输出与其自身设定值（50％）进行比较，并将较大的阀门缓慢移至该设置。VPC动作仅为完整性，必须为控制器提供外部反馈以防止结束。在该系统中，VPC提供短期控制以节流小阀门使其保持在50％开度，而反馈控制器（pHC）设定试剂流量的大部分，只要它在大阀门的范围内。

当总负载低于大阀门的最小流量时，VPC将驱动较大的阀门关闭。当负载上升并且大阀开始打开至其最小流量时，这可能会使pH升高。而且，该系统可能不够快以应对需要在小阀门范围之外的试剂流量变化的突然负载变化。

当废水pH值在中性两侧变化时，酸阀和基阀必须按顺序运行。酸阀将节流控制器输出的50-100％，基阀将从50％节流至0％。两个阀必须关闭，因此，基阀需要一个反作用定位器。

使用阀门位置控制器进行排序：

图2：扩展阀门可调范围的另一种方法是使用阀门位置控制器（VPC）驱动较大的阀门，而pH控制器驱动较小的阀门。VPC将pH控制器输出与其自身设定值（50％）进行比较，并将较大的阀门缓慢移至该设置。短期控制是由VPC对小阀门进行节流以使其保持在50％，而反馈控制器（pHC）在大阀门范围内设定试剂流量的大部分。

对于用于控制pH值的所有阀门，无论是否排序，上海自动化仪表股份有限公司建议使用智能数字定位器，因为只有将速度与所需的死区消除相结合，并且必要时还可以单独表征。

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