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(dòng)變負(fù)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(dāng)今世界上絕大多數(shù)國(guó)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(duì)落后，能源利用率相對(duì)較低，我國(guó)平均每年用于空分設(shè)備的能源消耗十分巨大。而自動(dòng)變負(fù)荷控制技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)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(dòng)作用。詳細(xì)闡述空分設(shè)備自動(dòng)變負(fù)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(shì)以及來來的社會(huì)效益。

空分設(shè)備 自動(dòng)變負(fù)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(dòng)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(guó)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(duì)氧氣的使用是間歇性的，便引起空分裝置的負(fù)荷需求發(fā)生了大幅度的變動(dòng)，而由于空分裝置的大滯后性和大慣性的特點(diǎn)，導(dǎo)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(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失?？辗衷O(shè)備自動(dòng)變負(fù)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(gè)新的合理的工作臨界點(diǎn)為止。

2　自動(dòng)變負(fù)荷控制技術(shù)概述

所謂的自動(dòng)變負(fù)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(shí)，將不同負(fù)荷要求之間的自動(dòng)控制完成切換變負(fù)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(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)為依據(jù)，通過計(jì)算機(jī)來完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的傳輸和處理、不同模型的識(shí)別、控制性能的監(jiān)視、控制規(guī)律的計(jì)算和系統(tǒng)整體的監(jiān)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)空分工藝流程的自動(dòng)變負(fù)荷控制?？辗衷O(shè)備中的變負(fù)荷的承載能力大小主要取決于空壓機(jī)、精餾塔和循環(huán)增壓機(jī)等空分設(shè)備負(fù)荷調(diào)節(jié)能力大小以及生產(chǎn)產(chǎn)品的需求標(biāo)準(zhǔn)［1］。

通常情況下，自動(dòng)變負(fù)荷控制可以分為指令控制和目標(biāo)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?。⊿V值），當(dāng)用戶要求增加產(chǎn)品的送氧量時(shí)，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(huì)減少，這樣通過對(duì)偏差△D的控制就可以完成自動(dòng)變負(fù)荷的控制。目標(biāo)控制方式，就是通過一定的目標(biāo)被控量來完成產(chǎn)品的變負(fù)荷自動(dòng)控制。例如，某一產(chǎn)品中，將氧管網(wǎng)的壓力看作目標(biāo)被控量，SV值保持不變，當(dāng)用戶要求增加產(chǎn)品的用氧量時(shí)，就是減少管網(wǎng)的壓力PV值，此時(shí)的偏差△D將會(huì)減少；當(dāng)用戶要求減少產(chǎn)品的用氧量時(shí)，控制方向則相反。

3　空分設(shè)備中自動(dòng)變負(fù)荷控制技術(shù)應(yīng)用趨勢(shì)

隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步發(fā)展，國(guó)際市場(chǎng)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(kuò)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(guó)國(guó)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(yán)重，能源價(jià)格的不斷抬高，工廠企業(yè)對(duì)產(chǎn)品要求的隨之提高，國(guó)內(nèi)對(duì)空分行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也日漸激烈。我國(guó)國(guó)內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)口很多套的空分設(shè)備自動(dòng)變負(fù)荷控制技術(shù)，并得到了實(shí)際廣泛應(yīng)用，為廣大的企業(yè)工廠增強(qiáng)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(dòng)強(qiáng)度，贏得了廣大企業(yè)用戶的肯定與支持，國(guó)內(nèi)用戶越來越多的青睞空分設(shè)備自動(dòng)變負(fù)荷控制技術(shù)。

20世紀(jì)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(jìn)自動(dòng)變負(fù)荷技術(shù)，但因?yàn)楦鞣N原因，自動(dòng)變負(fù)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(jìn)了德國(guó)公司的自動(dòng)變負(fù)荷控制系統(tǒng)（該系統(tǒng)具有一級(jí)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(jí)自動(dòng)變負(fù)荷控制）實(shí)現(xiàn)了70%～100%的負(fù)荷變化，調(diào)節(jié)時(shí)間小于1小時(shí)［3］。2000年以前，空分設(shè)備規(guī)模一直徘徊在15000m3/h這個(gè)等級(jí)，從2000年杭氧有限公司與濟(jì)鋼有限公司簽訂的首套20000m3/h空分設(shè)備以后，我國(guó)的空分設(shè)備大型化的進(jìn)程才開始［4］。此后，渭河化肥廠40000m3/h分控設(shè)備和兗礦國(guó)泰化工60000m3/h空分設(shè)備都相繼引用了法國(guó)公司的自動(dòng)變負(fù)荷控制系統(tǒng)，使負(fù)荷實(shí)現(xiàn)了70%～105%的變化。2008年底，杭氧有限公司獨(dú)立創(chuàng)新，刻苦專研，自主研發(fā)的自動(dòng)變負(fù)荷先進(jìn)控制系統(tǒng)打破了空分行業(yè)國(guó)外公司的壟斷，填補(bǔ)了我國(guó)國(guó)內(nèi)變負(fù)荷控制技術(shù)的漏缺，形成了我國(guó)獨(dú)特自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的尖端技術(shù)自動(dòng)變負(fù)荷控制系統(tǒng)。

空分設(shè)備自動(dòng)變負(fù)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(dāng)而造成的損失，降低了氧氣的放散，延長(zhǎng)了純化操作時(shí)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和自主創(chuàng)新能力的不斷提高，為我國(guó)的空分行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)與國(guó)外的空分市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也愈加激烈。在倡導(dǎo)節(jié)能減排、生態(tài)和諧的新形勢(shì)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(guó)空分設(shè)備的信息化和自動(dòng)化水平。

［1］周芬芳，王凱.空分設(shè)備自動(dòng)變負(fù)荷先進(jìn)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(fù)荷調(diào)節(jié)［J］.深冷技術(shù)，2012（6）：3-7.

［3］利銘，史保鋒.自動(dòng)變負(fù)荷技術(shù)在空分裝置中的作用［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)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(jìn)展［J］.杭氧科技，2014（3）：1-6.