基于自動變負(fù)荷技術(shù)的空分系統(tǒng)優(yōu)化控制

【摘要】針對空分系統(tǒng)運行控制中存在的問題，提出了基于自動變負(fù)荷技術(shù)的優(yōu)化控制策略，以實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能降耗。通過實際的數(shù)據(jù)分析表明，該控制方案具有可行性，系統(tǒng)存在問題得以解決，節(jié)能運行效果良好。

【關(guān)鍵詞】空分系統(tǒng)；自動變負(fù)荷技術(shù)；節(jié)能降耗

1.前言

空分設(shè)備在正常運營中的主要生產(chǎn)成本是電力消耗，減少無功生產(chǎn)、降低產(chǎn)品氣體的放散率，是節(jié)約電耗的重要措施。80年代末鋼鐵企業(yè)中，所配套的空分設(shè)備最大的數(shù)量級別為“30000”，到了90年代末，已經(jīng)變成“60000”級別，企業(yè)對氧氣及氬氣的使用量與相關(guān)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計產(chǎn)量之間就出現(xiàn)了較大的差距。

2.自動變負(fù)荷技術(shù)

2.1 系統(tǒng)組成

自動變負(fù)荷系統(tǒng)是在原有的工藝控制系統(tǒng)（DCS）的基礎(chǔ)上，增加一套管理計算機系統(tǒng)，通過通訊模件和接口把其連成一個整體，可以直接地與能源控制中心的用戶聯(lián)網(wǎng)，以完成從用戶那里收集產(chǎn)品的瞬時用量和日用量，預(yù)測用量高峰和低谷。實現(xiàn)自動變負(fù)荷的操作和控制，只有在上位計算機參與工藝控制的前提下，才可以實現(xiàn)。上位機系統(tǒng)所起的作用：

①從工藝控制系統(tǒng)（DCS）中收取原始數(shù)據(jù)，顯示當(dāng)前運行參數(shù)，向能源中心傳輸主要生產(chǎn)管理信息和數(shù)據(jù)；②通過自身的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件與空分工藝控制系統(tǒng)的共同運行，對工藝控制系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制，進(jìn)而替代操作人員，實現(xiàn)對空分裝置進(jìn)行自動變負(fù)荷的操作和設(shè)備運行狀態(tài)的最佳化；③通過處理已儲存的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)備故障診斷，制定出更合理的設(shè)備維護(hù)、維修計劃。其系統(tǒng)組成如圖1所示。

2.2 變負(fù)荷控制的節(jié)能分析

根據(jù)已有的數(shù)據(jù)及設(shè)備的運行情況完全可以找到系統(tǒng)的一個最優(yōu)的運行點，在保證穩(wěn)定運行的情況下，實現(xiàn)節(jié)能降耗。下面結(jié)合具體情況進(jìn)行分析說明。

設(shè)空分裝置按計劃生產(chǎn)產(chǎn)品氣體：氧氣為1200m3/h，純度為99.6%；氮氣為2000m3/h，純度為99.9%，加工的空氣量為4000m3/h，現(xiàn)由于實際情況的變化僅需要1000m3/h的氧氣量，1500m3/h的氮氣量。在沒有進(jìn)行自動變負(fù)荷改造前存在的情況是：仍然按照4000m3/h對原料空氣進(jìn)行加工，這樣多余的產(chǎn)品量就要進(jìn)行放空，實際上是增加了各設(shè)備運行的時間，從而降低了生產(chǎn)效率、增大了能耗，同時多余氣體的放空也是一種能源的浪費。在運用自動變負(fù)荷技術(shù)改造后，具體的流程圖如下：

3.結(jié)論

（1）由于產(chǎn)品氣體的下降，按照變負(fù)荷技術(shù)也就是把相應(yīng)的原料氣體設(shè)定值調(diào)整為相應(yīng)數(shù)值，這里就相當(dāng)于將4000m3/h調(diào)整為3000m3/h。在這一過程中，首先是經(jīng)壓縮機出來的參數(shù)發(fā)生了變化，壓力P1變化為P1’、溫度T1變化為T1’、流量Q1變化為Q1’，壓縮機對外做功量將減少，由于加工氣體總量的減少，所以相應(yīng)的壓縮時間就會變短，這樣在單位時間內(nèi)生產(chǎn)效率就會提高，耗電量也就會減少，壓縮機占空分系統(tǒng)耗電總量為70%，這在很大程度上就實現(xiàn)了本課題目標(biāo)—節(jié)能降耗。

（2）在預(yù)冷環(huán)節(jié)，由于總量的減少及壓縮溫度的變化，根據(jù)自動變負(fù)荷技術(shù)控制相應(yīng)的流量與溫度調(diào)節(jié)伐，這樣就可以降低冷水量的噴淋，冷量的減少就意味著預(yù)冷環(huán)節(jié)做功量減少，相應(yīng)的能耗也就降低了。在進(jìn)入到純化系統(tǒng)時，因為總量的原因，分子篩的再生過程就不需要那么多的熱量，吹冷過程時間縮短，壓力也不需要升的太高，根據(jù)變負(fù)荷控制可以將相應(yīng)的調(diào)節(jié)伐關(guān)小，這樣能耗就會下降。

（3）在精餾環(huán)節(jié)會涉及到產(chǎn)品氣體量、溫度量、壓力量、膨脹量等眾多因素的變化，這時自動變負(fù)荷控制的優(yōu)勢就會顯現(xiàn)出來，它可以根據(jù)此時精餾塔內(nèi)各參數(shù)量的變化，依據(jù)實際產(chǎn)品量的設(shè)定需求，實時調(diào)整各閥門的開度，以滿足當(dāng)前的生產(chǎn)需求，這樣就會帶來相應(yīng)的能耗優(yōu)化，如膨脹機不需要制出那么多的冷量，從而降低了膨脹機的能耗。

圖3為生產(chǎn)一定的產(chǎn)品氣體量運用變負(fù)荷控制前后能耗對比圖。

本文通過研究自動變負(fù)荷技術(shù)來分析空分系統(tǒng)的能耗優(yōu)化過程。運用自動變負(fù)荷技術(shù)可以很好的解決產(chǎn)品量變化的不同要求這一問題，減少了無功生產(chǎn)、降低了產(chǎn)品氣體的放散率。根據(jù)自動變負(fù)荷技術(shù)可以實時改變自動控制或手動控制，實現(xiàn)把能耗標(biāo)準(zhǔn)降到小于等于標(biāo)準(zhǔn)值，從而達(dá)到節(jié)能目的。

參考文獻(xiàn)

[1]徐福根，萬建余，王立.空分設(shè)備變負(fù)荷調(diào)節(jié)主要參數(shù)的關(guān)系及計算[J].深冷技術(shù)，2006（04）：38-46.

[2]劉軍奮.談空分設(shè)備自動變負(fù)荷控制技術(shù)[J].深冷技術(shù)，2002（04）.

[3]曾凱.空分系統(tǒng)能耗分析及節(jié)能探索[J].滬天化科技， 2000（04）.

[4]謝春暉，高東奎.40000m3/h空分裝置內(nèi)外壓縮流程熱力計算[J].煤化工，2005，10（05）.

[5]萬建余，徐福根，楊志鵬.空分設(shè)備有效能損失分析及節(jié)能改造[J].深冷技術(shù)，2007（05）.

作者簡介：沙宇（1979—），男，遼寧海城人，工學(xué)學(xué)士，工程師，現(xiàn)供職于遼寧曙光汽車集團(tuán)股份有限公司，從事汽車研發(fā)及工業(yè)生產(chǎn)過程控制。