基于自动变负荷技术的空分系统优化控制

1.前言

空分设备在正常运营中的主要生产成本是电力消耗，减少无功生产、降低产品气体的放散率，是节约电耗的重要措施。80年代末钢铁企业中，所配套的空分设备最大的数量级别为“30000”,到了90年代末，已经变成“60000”级别，企业对氧气及氩气的使用量与相关设备的标准设计产量之间就出现了较大的差距。

2.自动变负荷技术

2.1 系统组成

自动变负荷系统是在原有的工艺控制系统(DCS)的基础上，增加一套管理计算机系统，通过通讯模件和接口把其连成一个整体，可以直接地与能源控制中心的用户联网，以完成从用户那里收集产品的瞬时用量和日用量，预测用量高峰和低谷。实现自动变负荷的操作和控制，只有在上位计算机参与工艺控制的前提下，才可以实现。上位机系统所起的作用：

①从工艺控制系统(DCS)中收取原始数据，显示当前运行参数，向能源中心传输主要生产管理信息和数据;②通过自身的系统软件和应用软件与空分工艺控制系统的共同运行，对工艺控制系统进行管理和控制，进而替代操作人员，实现对空分装置进行自动变负荷的操作和设备运行状态的最佳化;③通过处理已储存的原始数据，进行设备故障诊断，制定出更合理的设备维护、维修计划。其系统组成如图1所示。

2.2 变负荷控制的节能分析

根据已有的数据及设备的运行情况完全可以找到系统的一个最优的运行点，在保证稳定运行的情况下，实现节能降耗。下面结合具体情况进行分析说明。

设空分装置按计划生产产品气体：氧气为1200m3/h,纯度为99.6%;氮气为2000m3/h,纯度为99.9%,加工的空气量为4000m3/h,现由于实际情况的变化仅需要1000m3/h的氧气量，1500m3/h的氮气量。在没有进行自动变负荷改造前存在的情况是：仍然按照4000m3/h对原料空气进行加工，这样多余的产品量就要进行放空，实际上是增加了各设备运行的时间，从而降低了生产效率、增大了能耗，同时多余气体的放空也是一种能源的浪费。在运用自动变负荷技术改造后，具体的流程图如下图2所示。

3.结论

(1)由于产品气体的下降，按照变负荷技术也就是把相应的原料气体设定值调整为相应数值，这里就相当于将4000m3/h调整为3000m3/h.

在这一过程中，首先是经压缩机出来的参数发生了变化，压力P1变化为P1‘、温度T1变化为T1’、流量Q1变化为Q1',压缩机对外做功量将减少，由于加工气体总量的减少，所以相应的压缩时间就会变短，这样在单位时间内生产效率就会提高，耗电量也就会减少，压缩机占空分系统耗电总量为70%,这在很大程度上就实现了本课题目标-节能降耗。

(2)在预冷环节，由于总量的减少及压缩温度的变化，根据自动变负荷技术控制相应的流量与温度调节伐，这样就可以降低冷水量的喷淋，冷量的减少就意味着预冷环节做功量减少，相应的能耗也就降低了。在进入到纯化系统时，因为总量的原因，分子筛的再生过程就不需要那么多的热量，吹冷过程时间缩短，压力也不需要升的太高，根据变负荷控制可以将相应的调节伐关小，这样能耗就会下降。

(3)在精馏环节会涉及到产品气体量、温度量、压力量、膨胀量等众多因素的变化，这时自动变负荷控制的优势就会显现出来，它可以根据此时精馏塔内各参数量的变化，依据实际产品量的设定需求，实时调整各阀门的开度，以满足当前的生产需求，这样就会带来相应的能耗优化，如膨胀机不需要制出那么多的冷量，从而降低了膨胀机的能耗。

图3为生产一定的产品气体量运用变负荷控制前后能耗对比图。

本文通过研究自动变负荷技术来分析空分系统的能耗优化过程。运用自动变负荷技术可以很好的解决产品量变化的不同要求这一问题，减少了无功生产、降低了产品气体的放散率。根据自动变负荷技术可以实时改变自动控制或手动控制，实现把能耗标准降到小于等于标准值，从而达到节能目的。