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[導(dǎo)讀]為了達(dá)到D86干點(diǎn)分析儀溫度控制要求,基于TDA2086相位控制器的特點(diǎn),將其應(yīng)用于D86干點(diǎn)分析儀加熱器溫度控制電路。通過(guò)采用TDA2086內(nèi)置斜坡發(fā)生器、雙向可控硅負(fù)觸發(fā)脈沖信號(hào)、電壓、相位角同步控制等功能,該溫度控制電路的測(cè)量精度不低于1.0%,響應(yīng)時(shí)間未超出3 min,完全滿足煉油工藝對(duì)干點(diǎn)測(cè)量和控制的要求。

D86型干點(diǎn)分析儀是一種先進(jìn)的在線連續(xù)測(cè)量油品干點(diǎn)的分析儀器,可連續(xù)測(cè)量從5%~97%回收點(diǎn)的石油產(chǎn)品沸點(diǎn)溫度,溫度測(cè)量范圍為0~400℃,其獲取的結(jié)果與GB/T6536-1997《石油產(chǎn)品蒸餾測(cè)定方法》(等效采用ASTM86-95)方法所得結(jié)果相關(guān)。

1 干點(diǎn)分析儀工作原理
    干點(diǎn)分析儀工作原理框圖如圖1所示。當(dāng)需要分析的油品樣品以恒定的流量(25 ml/min)經(jīng)過(guò)流量計(jì)、壓力表、輸入計(jì)量泵進(jìn)入分析儀的關(guān)鍵部件——蒸發(fā)器組件(由閃蒸杯、加熱器、熱電偶測(cè)溫元件和液位測(cè)量單元組成),在蒸發(fā)器內(nèi)樣品以一定的設(shè)定沸點(diǎn)溫度蒸發(fā)。未蒸發(fā)的樣品流入到殘留液杯中收集.然后以一定的與輸入成比例的量經(jīng)輸出計(jì)量泵排出,回流至回收裝置。


    殘留液杯通過(guò)連通器與液位測(cè)量靜力槽相通,通過(guò)控制殘留液杯液面的高低控制沸點(diǎn)溫度,而液面的高低可以通過(guò)控制蒸發(fā)器的加熱器功率來(lái)控制蒸發(fā)量,如圖2所示。例如,假設(shè)40%回收點(diǎn)的沸點(diǎn)溫度為設(shè)定點(diǎn),如果蒸發(fā)器內(nèi)的溫度高于40%回收點(diǎn)的溫度,則超過(guò)40%的樣品被蒸發(fā),此時(shí)殘留液杯的液面低于設(shè)定值,靜力槽的液面下降,通過(guò)控制減少加熱器功率,從而導(dǎo)致蒸發(fā)器加熱溫度自動(dòng)降低,直到輸入與排出之間達(dá)到平衡為止。如果蒸發(fā)器溫度低于40%回收點(diǎn)的溫度,則蒸發(fā)量不夠,殘留液杯的液面將上升,靜力槽的液面也隨之上升,通過(guò)控制增加加熱器功率,從而致使蒸發(fā)器的溫度自動(dòng)升高,直到溫度升高至蒸發(fā)出所需比例的樣品為止,這時(shí)殘留液的液位就回到要求位置。樣品進(jìn)入量與排出量平衡時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)所對(duì)應(yīng)的溫度值即為該回收百分率的沸點(diǎn)溫度或干點(diǎn)。


    干點(diǎn)分析儀的關(guān)鍵部件蒸發(fā)器組件由預(yù)熱管、閃蒸杯、加熱器、熱電偶及液位測(cè)量單元組成,如圖2所示。進(jìn)入蒸發(fā)器的樣品首先由預(yù)熱管預(yù)熱,在閃蒸杯內(nèi)分離已汽化的少量組分,其余樣品從加熱器頂部流至殘留液杯內(nèi),汽化部分經(jīng)蒸發(fā)器管壁冷凝后排出至回收裝置。殘留液杯通過(guò)連通器與液位測(cè)量靜力槽相通,通過(guò)測(cè)量靜力槽液位即可計(jì)算出樣品汽化率,最終測(cè)量出沸點(diǎn)溫度干點(diǎn)。
    液位測(cè)量單元內(nèi)置超聲波傳感器,該傳感器通過(guò)測(cè)量靜力槽液位得到殘留液杯液位。超聲波傳感器輸出O~10 V直流信號(hào),該信號(hào)與殘留液杯內(nèi)液位高低相對(duì)應(yīng),液位信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)接口卡反饋至溫度控制電路的輸入端VIN(傳感器輸出0~10 V信號(hào)對(duì)應(yīng)加熱器供電功率0~110 V交流)。經(jīng)運(yùn)算放大后傳送至相位控制器TDA2086(IC3)的偏差輸入端(10引腳)。

2 TDA2806簡(jiǎn)介
    TDA2086型相位控制集成器通常用于阻性或感性交流供電負(fù)載控制電路。該器件特點(diǎn)如下:直接從交流電路或直流電路供電:提供-5 V輔助供電電源;功耗低,普通的金屬膜電阻即可滿足使用要求;具有斜坡發(fā)生器,通過(guò)相位角控制,實(shí)現(xiàn)電機(jī)等負(fù)載速度控制;具有雙向可控硅負(fù)觸發(fā)脈沖功能,提供電流大于100 mA,抗干擾性強(qiáng);電壓、相位角同步功能。圖3為TDA2086相位控制器的內(nèi)部工作結(jié)構(gòu)框圖。


    D86干點(diǎn)分析儀通過(guò)使用TDA2086器件內(nèi)的斜坡發(fā)生器、雙向可控硅負(fù)觸發(fā)脈沖信號(hào)功能、電壓、相位角同步功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)D86干點(diǎn)分析儀上的加熱器的溫度控制。TDA2086相位控制集成器在加熱器溫度控制中應(yīng)用是其擴(kuò)展應(yīng)用。在溫度控制電路圖中,IC2、IC3、雙向可控硅TRIACl、加熱器等器件組成溫度控制系統(tǒng),如圖4所示。



3 溫度控制系統(tǒng)分析
    圖4所示的溫度控制電路為反饋電路。加熱器線圈電壓UA反饋輸入至乘法器IC2-AD633,IC2輸出W端(7引腳)為加熱器供電的平方信號(hào),此信號(hào)正比于加熱器的功率:
   
式中,K為常數(shù)。
    AD633 IC2輸出W端(7引腳)經(jīng)ICl/B濾波緩沖后,傳送至IC3的13引腳(偏差放大器輸入端)。設(shè)定液位信號(hào)VIN(0~10 V)經(jīng)ICl/A緩沖放大,傳送至IC3的10引腳。IC3的10、13引腳分別為TDA2086相位控制器的偏差放大端。實(shí)際測(cè)得的加熱器功率信號(hào)與設(shè)定液位信號(hào)在IC3內(nèi)放大比較,產(chǎn)生偏差信號(hào)。觸發(fā)脈沖電路(由斜坡發(fā)生器、零電壓檢測(cè)、脈沖計(jì)數(shù)器、電流同步電路、脈沖放大等電路組成)按照偏差信號(hào)的大小改變充電速率及達(dá)到閾值電平的時(shí)間,從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)整相位角。通過(guò)調(diào)整相位角,繼而控制BTl39-500型雙向可控硅TRAICl的導(dǎo)通角,控制加熱器功率。
    在分析儀初始啟動(dòng)階段,超聲波液位傳感器的所測(cè)得的液位信號(hào)遠(yuǎn)高于設(shè)定的液位值。此時(shí),加熱器處于最高供電狀態(tài),導(dǎo)致樣品快速汽化,隨著樣品蒸發(fā),靜力槽的液位逐漸下降。當(dāng)靜力槽的液位低于設(shè)定值時(shí),由雙向可控硅TRAICl控制的加熱器供電逐漸降低,樣品蒸發(fā)量也隨之減少,靜力槽的液位逐漸上升。最終液位穩(wěn)定在設(shè)定位置。同時(shí)K型熱電偶輸出所測(cè)得的溫度信號(hào)。


    圖5為TDA2086觸發(fā)脈沖相位角為60°時(shí)的加熱器供電情況,其導(dǎo)通角為120°。圖6為TDA2086觸發(fā)脈沖相位角為100°時(shí),加熱器供電情況,其導(dǎo)通角為80°。
    隨著觸發(fā)脈沖相位角變化,加熱器供電功率也隨之變化,繼而控制殘留液杯液位,樣品進(jìn)入量與排出量平衡時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)殘留液杯內(nèi)所對(duì)應(yīng)的溫度值,即為該回收百分率的沸點(diǎn)溫度或干點(diǎn)。雙向可控硅TRAICl的觸發(fā)脈沖是負(fù)值,這樣可防止供電電壓的干擾及誤觸發(fā)信號(hào)(觸發(fā)信號(hào)為50μs,大于100 mA的負(fù)脈沖)。VRl、VR2為運(yùn)算放大器LM324的微調(diào)電位器。將示波器正極接入圖4中的D點(diǎn),示波器地極接0 V。當(dāng)輸入信號(hào)VIN=10 V時(shí)(加熱器功率100%),調(diào)整VRl使相位控制波形減至最小,如圖7所示。輸入信號(hào)為VIN=0 V時(shí)(加熱器功率O%),示波器應(yīng)顯示完整波形,調(diào)整VR2使相位控制波形過(guò)零位的畸變減至最小,如圖8所示。由該溫度控制電路所構(gòu)成的干點(diǎn)分析儀測(cè)量精度高,液位控制精度
高于1.0%,液位變化大于±0_35 mm。



4 結(jié)束語(yǔ)
    由TDA2086相位控制集成器構(gòu)成的溫度控制電路是D86型干點(diǎn)分析儀的核心,該干點(diǎn)分析儀廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域,已成功應(yīng)用于某石化千萬(wàn)噸/年煉油工程的常減壓蒸餾裝置、臘油加氫精制裝置、石腦油加氫裝置中。經(jīng)實(shí)踐證明:該干點(diǎn)分析儀運(yùn)行平穩(wěn),滿足工藝設(shè)計(jì)要求,響應(yīng)時(shí)間為3 min。

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