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PID算法在膜式热力自动除氧系统中的应用 摘要 本文介绍了膜式热力除氧的原理和流程，针对我车间自主设计的膜式热力除氧自动控制系统性能指标进行了较为具体的分析，针对PID算法进行了稳定 证明，并阐述了这一除氧技术在实际应用中的优势。 关键词 膜式热力除氧 PID算法 传递函数 1引言 我车间蒸汽锅炉采用的是膜式热力除氧技术，由于对人工操作技术要求较高等种种原因，除氧效果一直不理想，水中的溶解氧很难有效的除去，在水温较高的锅筒及管线系统中发生原电池效应，产生氧腐蚀，不仅浪费了蒸汽，而且损伤设备。本文是论述本车间针对模式热力除氧技术所设计的自动控制系统，改善除氧效果。 2膜式热力除氧系统原理及流程 （1）膜式热力除氧原理 根据亨利定律，氧在水中溶解度与水所接触的气体中的氧的分压力成正比，而气体中氧的分压力又与气体氧的含量称正比。根据氧气在水中的溶解度，决定于水的温度及水面上的分压力的大小，水温度越高，分压力越小，氧气在水中的溶解度越小，在一定压力下，将水加热至沸点温度，使蒸汽的分压力几乎等于液面上的全压力，其他气体的分压力趋于零，即把溶于水的中的气体及时排出，水中的溶解氧就自然析出了。 （2）膜式热力除氧流程 图1 膜式热力除氧流程示意图 膜式热力除氧器除氧流程如图1所示：给水送到除氧头上部，经几层喷淋盘呈喷淋状自然下落，蒸汽从除氧头的下部送到除氧器内，在除氧头中将水加热到100～105℃，确保上层蒸汽压力恒定在在5～20KPa之间的数值，析出的氧气从排空管排出，除氧后的水回落到除氧器，供锅炉使用。 3膜式热力除氧系统的自动化改造 我们针对车间蒸汽恒压系统进行了如下自动化改造，取得了非常好的效果，介绍如下： （1）对车间两台除氧器的上水系统进行自动化改造，采用PID算法来恒定除氧器内的水位，确保锅炉供水的连续性，该系统经运行实践，运行平稳可靠。 （2）对车间两台除氧器的蒸汽恒压系统进行自动化改造，采用PID算法来恒定除氧器内的蒸汽压力，除氧加温完全实现自动化控制。 （3）针对水位调节系统与蒸汽恒压系统存在相互干扰的问题，对控制器内参数进行设定，使水位调节阀的开度在10%～90%之间，水阀的开度趋于平稳，蒸汽的阀位开度也随之平稳，除氧效果更好。 （4）保留原系统的手动操作部分，新的自动控制系统可与手动控制部分进行切换，以应对突发事件。 4蒸汽恒压自动控制系统性能分析 （1）系统的组成简析 绝大多数的热工被控对象具有自平衡能力，并且有纯滞后的多阶惯性环节。由电动执行器伺服电机、调节阀组成的控制对象近似成一个纯滞后的一阶惯性环节，其传递函数为： （1） K为系统的总增益，TP为系统的惯性时间常数，τ为系统的滞后时间。系统中的其他控制和检测环节的时间常数和滞后时间与恒压系统的时间常数和滞后时间相比，可以忽略不计，它们只是接受和传递信号，均可等效为比例环节，锅炉用水相当于扰动环节。 （2）基于PID算法的系统稳定性分析 图2 控制系统简化结构图 本系统是以水为中间介质，压力为控制信号的控制系统。可以根据经典控制理论建立系统的传递函数来判断其稳定性。如图2所示，PID调节器的传递函数是： （2） 压力变送器的传递函数是 H(s)=K2 （3） 因τ很小，根据泰勒级数，被控对象的传递函数 （4） 系统的传递函数为： （5） 取K=K1=K2=1,T1=TP,T2=τ，简化得： （6） 系统的特征方程为TPs+1=0，s=-，为负实根，可判定系统是稳定的，且系统参数可以通过调节达到稳定，在PID调节器中设置T1=TP,T2=τ，幅值由K1调节即可。 5自动控制系统运行效果分析 改造后，我们对P、I、D参数进行反复尝试，将PID调节器内的参数设置为：P=120%，I=80秒，D=1秒时最为稳定。经过两个多月的试运行，系统的运行效果尚佳。 我们对两台除氧器的运行参数进行定期记录，由于中、西两台除氧器多日的记录参数整体相差较小，现抽取其中一天的参数记录，见表1、表2。 表1 西除氧器参数表 时间 设定压力 (KPa) 实际压力 (KPa) 阀位开度 (除氧) 阀位开度 (给水) 除氧温度 1：00 10 11.39 78.0 8 102.2 2：00 10 9.8 72.9 9 102.2 3：00 10 8.97 69.7 10 102.1 4：00 10 10.35 69.8 16 102.2