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        通過優(yōu)化3#6000空分裝置電加熱器控制程序降低能耗、提高設(shè)備安全性

        2016-11-16 09:27:31何家輝
        甘肅科技 2016年20期
        關(guān)鍵詞:程序優(yōu)化

        劉 颯,何家輝

        (蘭州石化公司,甘肅 蘭州730000)

        通過優(yōu)化3#6000空分裝置電加熱器控制程序降低能耗、提高設(shè)備安全性

        劉颯,何家輝

        (蘭州石化公司,甘肅 蘭州730000)

        本文通過3#6000空分分子篩吸附過程的基本原理、再生(解吸)過程、分子篩簡單流程描述。分析了目前3#6000空分分子篩電加熱器控制中存在的問題,并提出了解決方案。通過方案實施降低了能耗,提高了設(shè)備的安全性。

        分子篩;電加熱器;程序優(yōu)化

        1 背景

        1.13#6000空分分子篩吸附過程的基本原理

        當氣體與固體吸附劑接觸時,在固體表面或內(nèi)部發(fā)生容納氣體的現(xiàn)象,稱為吸附。其中被吸附的物質(zhì)叫吸附質(zhì),起吸附作用的物質(zhì)叫吸附劑。

        吸附過程分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種。物理吸附主要依靠分子間作用力(范德華力),吸附劑與吸附質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)基本不變;化學(xué)吸附則主要依靠吸附質(zhì)與吸附劑形成化學(xué)鍵,由于吸附鍵的結(jié)構(gòu)影響,化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。

        吸附作為一個傳質(zhì)過程,有兩個階段,即外擴散和內(nèi)擴散。(1)外擴散:從氣體的主體通過吸附劑顆粒周圍氣膜到顆粒表面;(2)內(nèi)擴散:從表面進入空穴內(nèi)部,有表面擴散和內(nèi)部空間擴散。

        1.23#6000空分分子篩再生(解吸)過程

        再生是指吸附飽和后對吸附劑進行再生,恢復(fù)其吸附能力。

        再生有兩種方法,加溫再生和降壓再生(壓力交變再生)。加溫再生利用吸附劑高溫時吸附容量降低的原理,把加溫氣體通入吸附層,使吸附層溫度升高,被吸附組分解吸,目前使用最為廣泛;降壓再生(壓力交變再生)則運用道爾頓分壓定律,在再生過程中降低吸附器內(nèi)壓力,甚至抽真空,使被吸附分子的分壓降低,分子濃度降低,吸附在吸附劑表面的分子數(shù)目相應(yīng)減小,達到再生目的。

        1.3空氣純化系統(tǒng)

        自預(yù)冷系統(tǒng)來的空氣 (表壓0.450~0.530MPa, 5.0~13.0℃)通過分子篩吸附器(MS1201/1202,立式雙層床),先由活性氧化鋁吸附掉空氣中的水份,然后由分子篩吸附掉空氣中的二氧化碳、乙炔及某些碳氫化合物后(經(jīng)吸附后的空氣中二氧化碳含量小于2.0mL/m3),送入增壓膨脹機及精餾系統(tǒng)。

        兩臺分子篩吸附器每4小時切換一次,一臺運行時,另一臺解吸再生。裝置正常生產(chǎn)時再生氣源使用來自精餾系統(tǒng)的污氮氣,在裝置開車初期和停車加溫后期,裝置無污氮氣時,再生氣源采用經(jīng)另一組分子篩吸附器吸附后的空氣。

        由于吸附熱的作用,出分子篩吸附器的空氣溫度會上升3~5℃,如圖1所示。

        圖1 分子篩電加熱器流程圖

        1.43#6000空分分子篩電加熱器作用

        3#6000空分裝置電加熱器為分子篩再生時必須設(shè)備(其流程如圖1所示)。在分子篩加熱階段,自精餾塔來的污氮,首先經(jīng)過蒸汽加熱器(SH1201)由低壓蒸汽對污氮進行加熱,使污氮出口溫度(TIC-1207)大概到170℃,然后再經(jīng)過電加熱器(EH1201),對污氮進行加熱。污氮經(jīng)過電加熱器加熱到180℃左右,進入分子篩,使分子篩進行再生。

        原電加熱控制程序邏輯為:當污氮流量FIC-1202測量值≥5400m/h,若TIC-1207測量值還未達到170℃時手動啟動電加熱器加熱,使分子篩加熱充分;而當TIC-1207測量值達到190℃時電加熱器停止加熱。為保護電加熱器,在加熱步加熱程序同時判斷TIAS-1206(電加熱器中部溫度)。當TIAS-1206測量值達到HH報警時(HH設(shè)定值為315℃),加熱程序則強制停止電加熱器加熱。

        1.53#6000空分分子篩目前存在的問題

        原電加熱器控制程序在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)存在缺陷,主要有以下幾個方面:

        電加熱器啟動時必須有介質(zhì)流過,否則電加熱器中部溫度會在一分鐘內(nèi)達到600℃以上,如圖2所示。如果不及時切斷電加熱器電源,則會使電加熱器燒毀。在原程序中,程序限制了只在加熱步判斷當TIAS-1206測量值達到HH報警時 (315℃)停電加熱器,而在其他步驟不判斷。一旦電加熱器非正常啟動,即使電加熱器超溫,因為此時分子篩順控程序又不在加熱步,電加熱器將不會被強制停止加熱。這樣就會燒毀電加熱器。如:在2012年有一次電加熱器在打手動控制的情況下超溫未及時手動停止加熱,此時分子篩順控程序又不在加熱步無法自動停止加熱,溫度持續(xù)升高導(dǎo)致電加熱器被燒毀。

        圖2 電加熱器中部溫度趨勢變化

        因電加熱器只在加熱階段使用,而一旦程序進入冷吹步就會馬上切斷污氮進入電加熱器,導(dǎo)致加熱絲溫度驟然下降,使金屬材質(zhì)的加熱絲驟熱驟冷,導(dǎo)致加熱絲材料性能變差,不利于延長電加熱器壽命。

        3#6000空分裝置DCS系統(tǒng)為CENTUM-μxl,屬于上世紀80年代的DCS產(chǎn)品,自1997年投運,到2013年DCS改造前已經(jīng)連續(xù)運行16年。因系統(tǒng)平臺為開放式平臺,操作工權(quán)限比較高,在操作權(quán)限下就可以更改儀表高、低限報警,而電加熱器控制參數(shù)都是由TICA-1207及FICS-1202高低限控制,一旦被錯誤更改,程序?qū)o法正常運行。原來控制電加熱器程序不能正常運行的原因,就是因為操作工更改參數(shù)混亂所引起的。所以原電加熱器控制,一直使用手動控制,自動控制無法投用。而采用手動控制時,由于人的不可靠操作會導(dǎo)致物的不可靠狀態(tài),故容易最終導(dǎo)致電加熱器被燒毀。

        針對以上存在的問題,車間在 2013年對3#6000空分裝置DCS改造時與工藝一起對電加熱器程序進行優(yōu)化。

        2 優(yōu)化3#6000空分電加熱器程序

        2.1對安全性改造

        將原程序中對電加熱器中部溫度只在加熱步判斷TIAS-1206是否超溫,修改為TIAS-1206只要一超溫 (315℃),則馬上切斷電加熱器電源停止加熱,不判斷是否在加熱步,不判斷分子篩狀態(tài),也不判斷電加熱器手/自動控制模式。這樣就保證了電加熱器在任何情況下都不會超溫,安全運行。

        2.2修改電加熱器在分子篩運行中的加熱時間

        電加熱器一旦運行,則必須要保證始終有介質(zhì)流過,以降低加熱絲溫度。但根據(jù)程序設(shè)計,從加熱步到冷吹步后必須要停止電加熱器,而這樣就會導(dǎo)致加熱器溫度驟降。經(jīng)過與工藝溝通、協(xié)商后。工藝提供數(shù)據(jù),經(jīng)過反復(fù)實驗。決定在加熱控制程序中增加一個條件判斷:當加熱時間 (共4440s)達到4200s以后停止電加熱器。電加熱器停止后利用電加熱器余溫完成加熱。這樣不但能使能耗降低,且在加熱完成之前給操作人員一個判斷時間,處理電加熱器未停止的故障。另一方面電加熱器停止后,在剩余的240s時間內(nèi)有介質(zhì)流過,使其慢慢降溫,這樣就可以延長電加熱器的使用壽命。

        2.3修改程序使其更加可靠

        此次改造后將原有的CENTUM-μxl更新為HONEYWELLPKS系統(tǒng)。更新系統(tǒng)后將原電加熱器程序優(yōu)化為在加熱階段首先打開FICS-1202調(diào)節(jié)閥,由污氮加熱,如果FICS-1202流量達到5400m/ h,而TICA-1207溫度仍未達到170℃,則自動打開電加熱器。而一旦TICA-1207溫度達到190℃,則自動停止電加熱器。在新系統(tǒng)中,對儀表高低限參數(shù)的修改設(shè)置了一個高的權(quán)限。在一般操作權(quán)限下不能修改參數(shù)。這樣就避免了因操作工手動修改高低限參數(shù),而導(dǎo)致的電加熱器控制不能投自動的狀況。

        3 節(jié)約成本計算

        3#6000空分裝置電加熱器功率為365kw。分子篩4個小時再生一次即4h使用電加熱器一次,每天使用6次每次比原來少使用240s,即4min。

        如此計算,則每天少使用時間為:(4/60)×6=0.4h

        每天少使用的電量為:0.4h×365kw=146kw/h

        假設(shè)每年因檢維修而停工的時間為15d。那么,每年節(jié)約電能:146度×350d=51100kw/h。若用電價格以 0.5元/kw/h計算,每年可節(jié)約用電費用:51100×0.5元/kw/h=25550元。

        以上只是能夠量化的效益,此外通過優(yōu)化程序還收獲了延長電加熱器的使用壽命、提高設(shè)備安全性等無形效益。

        4 結(jié)論

        通過對3#6000空分裝置分子篩電加熱器控制程序的優(yōu)化,不但提高了設(shè)備的安全、可靠、穩(wěn)定性,同時還降低了能耗,提高了經(jīng)濟效益。此種方法為其他相似的設(shè)備控制提供了一種新的思考。只要堅持優(yōu)化理念去不斷優(yōu)化每一臺能夠優(yōu)化的控制設(shè)備,即使單臺設(shè)備節(jié)能降耗,提高效益的程度不顯著。但是積少成多,以此可以為企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗、提高效益的整體目標做出貢獻。

        TP311

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