李蘭蘭

（林德工程（杭州）有限公司，浙江杭州 310012）

空分設(shè)備自動變負荷控制技術(shù)探討

李蘭蘭

（林德工程（杭州）有限公司，浙江杭州 310012）

空分設(shè)備是當今世界上絕大多數(shù)國家在航空航天、石油化工、冶金和醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛采用的一種大型設(shè)備。但由于科技水平相對落后，能源利用率相對較低，我國平均每年用于空分設(shè)備的能源消耗十分巨大。而自動變負荷控制技術(shù)的應(yīng)用，對于空分設(shè)備的高效低耗、節(jié)能減排和低碳環(huán)保具有十分重要的推動作用。詳細闡述空分設(shè)備自動變負荷控制技術(shù)的工作原理，分析較大的空分設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及來來的社會效益。

空分設(shè)備 自動變負荷控制 工作原理

1　空分設(shè)備工作原理

空分設(shè)備原名空氣分離設(shè)備，是一種以空氣為原料，通過動力、凈化、制冷等系統(tǒng)將空氣壓縮冷凍變?yōu)橐簯B(tài)，再經(jīng)過熱交換、精餾等系統(tǒng)從液態(tài)空氣中逐步分離生產(chǎn)出N2、O2及Ar等惰性氣體的設(shè)備。隨著空分技術(shù)的快速發(fā)展，我國的空分工藝流程不斷的革新，現(xiàn)在主要有高壓、中壓、高低壓和全低壓等四種工藝流程。在廣大的企業(yè)工廠在生產(chǎn)過程中，對氧氣的使用是間歇性的，便引起空分裝置的負荷需求發(fā)生了大幅度的變動，而由于空分裝置的大滯后性和大慣性的特點，導致身纏能力不能在生產(chǎn)過程中瞬間降低，從而使生產(chǎn)過程中的多余的氧氣散失到空氣中，能源利用率降低，造成大量的資源浪費和經(jīng)濟損失。空分設(shè)備自動變負荷控制技術(shù)就是在保證分離生產(chǎn)出來的N2、O2及Ar等惰性氣體純度合格的情況下，通過一定的操作程序，按照某一特定的速率改變空分設(shè)備的生產(chǎn)能力，直到找到一個新的合理的工作臨界點為止。

2　自動變負荷控制技術(shù)概述

所謂的自動變負荷控制技術(shù)，就是在空分行業(yè)中，工藝流程情況在外界的影響發(fā)生變化時，將不同負荷要求之間的自動控制完成切換變負荷的技術(shù)。它是一種以現(xiàn)代控制系統(tǒng)理論、流程模擬理論和實時監(jiān)控技術(shù)為依據(jù)，通過計算機來完成試驗數(shù)據(jù)的傳輸和處理、不同模型的識別、控制性能的監(jiān)視、控制規(guī)律的計算和系統(tǒng)整體的監(jiān)控，進而實現(xiàn)對整個空分工藝流程的自動變負荷控制?？辗衷O(shè)備中的變負荷的承載能力大小主要取決于空壓機、精餾塔和循環(huán)增壓機等空分設(shè)備負荷調(diào)節(jié)能力大小以及生產(chǎn)產(chǎn)品的需求標準［1］。

通常情況下，自動變負荷控制可以分為指令控制和目標控制兩種控制方式。指令控制方式，就是指可以通過人工任意的設(shè)置某一產(chǎn)品氧氣量（被控量）的大小（SV值），當用戶要求增加產(chǎn)品的送氧量時，可以增大送氧量的SV值，不改變氧產(chǎn)量PV，則其偏差（△D=PVSV）將會減少，這樣通過對偏差△D的控制就可以完成自動變負荷的控制。目標控制方式，就是通過一定的目標被控量來完成產(chǎn)品的變負荷自動控制。例如，某一產(chǎn)品中，將氧管網(wǎng)的壓力看作目標被控量，SV值保持不變，當用戶要求增加產(chǎn)品的用氧量時，就是減少管網(wǎng)的壓力PV值，此時的偏差△D將會減少；當用戶要求減少產(chǎn)品的用氧量時，控制方向則相反。

3　空分設(shè)備中自動變負荷控制技術(shù)應(yīng)用趨勢

隨著科學技術(shù)不斷進步發(fā)展，國際市場發(fā)生著日新月異的變化，空分技術(shù)更加趨于信息化、規(guī)?；?、智能化和壟斷化。突破發(fā)展空分設(shè)備制造核心技術(shù)、有效解決由于設(shè)備的規(guī)模擴大引發(fā)的耦合關(guān)聯(lián)控制等諸多問題、努力提高空分設(shè)備的能效將成為我國國內(nèi)空分行業(yè)亟待解決的重大課題。

如今，環(huán)境污染的日益嚴重，能源價格的不斷抬高，工廠企業(yè)對產(chǎn)品要求的隨之提高，國內(nèi)對空分行業(yè)的競爭也日漸激烈。我國國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)進口很多套的空分設(shè)備自動變負荷控制技術(shù)，并得到了實際廣泛應(yīng)用，為廣大的企業(yè)工廠增強了綜合控制能力，節(jié)約了單位產(chǎn)品的成本，減弱了工人的勞動強度，贏得了廣大企業(yè)用戶的肯定與支持，國內(nèi)用戶越來越多的青睞空分設(shè)備自動變負荷控制技術(shù)。

20世紀80年代中后期，本溪鋼鐵有限公司10000m3/h空分設(shè)備首次引進自動變負荷技術(shù)，但因為各種原因，自動變負荷系統(tǒng)并沒有得到正式投用［2］。1997年，萊蕪鋼鐵有限公司12000m3/h空分設(shè)備引進了德國公司的自動變負荷控制系統(tǒng)（該系統(tǒng)具有一級的分布式控制系統(tǒng)、可編程邏輯控制器系統(tǒng)控制和二級自動變負荷控制）實現(xiàn)了70%～100%的負荷變化，調(diào)節(jié)時間小于1小時［3］。2000年以前，空分設(shè)備規(guī)模一直徘徊在15000m3/h這個等級，從2000年杭氧有限公司與濟鋼有限公司簽訂的首套20000m3/h空分設(shè)備以后，我國的空分設(shè)備大型化的進程才開始［4］。此后，渭河化肥廠40000m3/h分控設(shè)備和兗礦國泰化工60000m3/h空分設(shè)備都相繼引用了法國公司的自動變負荷控制系統(tǒng)，使負荷實現(xiàn)了70%～105%的變化。2008年底，杭氧有限公司獨立創(chuàng)新，刻苦專研，自主研發(fā)的自動變負荷先進控制系統(tǒng)打破了空分行業(yè)國外公司的壟斷，填補了我國國內(nèi)變負荷控制技術(shù)的漏缺，形成了我國獨特自主知識產(chǎn)權(quán)的尖端技術(shù)自動變負荷控制系統(tǒng)。

空分設(shè)備自動變負荷控制技術(shù)的應(yīng)用與推廣，降低了產(chǎn)品的成本，提高了產(chǎn)品效益和能源利用率，避免了因人為操作不當而造成的損失，降低了氧氣的放散，延長了純化操作時間，減少了空分裝置的損耗和切換損失。氧氣的空氣流失量由7%降低到4%左右，能量損耗也減少了2～3%。

4　結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟的穩(wěn)定快速發(fā)展，科學技術(shù)的不斷進步和自主創(chuàng)新能力的不斷提高，為我國的空分行業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇，同時與國外的空分市場的競爭也愈加激烈。在倡導節(jié)能減排、生態(tài)和諧的新形勢下，我們不但要提高空分設(shè)備和加工工藝的技術(shù)水平，更要整體提升我國空分設(shè)備的信息化和自動化水平。

［1］周芬芳，王凱.空分設(shè)備自動變負荷先進控制技術(shù)［J］.深冷技術(shù)，2014（3）：16-20.

［2］肖家立.鋼鐵企業(yè)氧氣放散與空分設(shè)備負荷調(diào)節(jié)［J］.深冷技術(shù)，2012（6）：3-7.

［3］利銘，史保鋒.自動變負荷技術(shù)在空分裝置中的作用［J］.工業(yè)儀表與自動化裝置，2013（5）：44-45.

［4］周智勇.大型空分設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀及進展［J］.杭氧科技，2014（3）：1-6.