馬志虎（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司，寧夏 銀川 750411）

試論大型煤化工型空分設(shè)備及其自動控制技術(shù)

馬志虎（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司，寧夏 銀川 750411）

文章從ITCC控制技術(shù)、SIS安保連鎖系統(tǒng)和自動變負(fù)荷技術(shù)三個(gè)方面，對大型煤化工型空分設(shè)備及其自動控制技術(shù)進(jìn)行了簡要論述。期望通過本文的研究能夠?qū)μ岣呦嚓P(guān)機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性有所幫助。

煤化工；空分設(shè)備；自動化控制

在煤化工生產(chǎn)中，空分設(shè)備是不可或缺的重要組成部分之一，它的運(yùn)行穩(wěn)定與否直接關(guān)系到煤化工產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)能效。為進(jìn)一步提升空分設(shè)備的運(yùn)行安全性和可靠性，可將自動化控制技術(shù)合理應(yīng)用到空分設(shè)備當(dāng)中。借此，本文就大型煤化工空分設(shè)備及其自動化控制技術(shù)展開論述。

1 空分設(shè)備中的ITCC控制技術(shù)

在煤化工生產(chǎn)過程中，蒸汽通常采用的都是自產(chǎn)方式，一臺汽輪機(jī)可拖動空壓機(jī)組、增壓循環(huán)壓縮機(jī)組。ITCC又被稱之為CCS壓縮機(jī)組綜合控制技術(shù)，具體是指采用獨(dú)立于DCS系統(tǒng)的CCS系統(tǒng)對汽輪機(jī)、空壓機(jī)和增壓機(jī)進(jìn)行自動化控制。在這種控制方式下，控制系統(tǒng)中所有與自動化控制功能有關(guān)的器件全部通過TUVAK6級安全認(rèn)證，主要包括內(nèi)部總線、I/O接口、主處理器、容錯(cuò)裝置、系統(tǒng)電源等等。CCS將自動化控制與聯(lián)鎖保護(hù)進(jìn)行了集成，從而使兩者形成了一個(gè)有機(jī)整體，具體的控制功能有機(jī)組負(fù)荷自動調(diào)節(jié)、防喘振控制、汽輪機(jī)調(diào)速、回路控制以及程序控制等等。借助CCS系統(tǒng)的操作站，可對機(jī)組中相關(guān)的單元設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程啟停，同時(shí)還能進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警，不僅如此，利用工業(yè)以太網(wǎng)，還能實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，由此使得整個(gè)控制過程更加有效。

2 空分設(shè)備中的SIS安保聯(lián)鎖系統(tǒng)

SIS安保聯(lián)鎖系統(tǒng)采用容錯(cuò)技術(shù)、冗余技術(shù)，并進(jìn)行故障安全設(shè)計(jì)，能夠保證該系統(tǒng)可靠運(yùn)行。壓縮機(jī)組利用該系統(tǒng)可對事故進(jìn)行區(qū)分，并發(fā)生報(bào)警，提供有關(guān)事件發(fā)生順序的信息，為分析事故原因提供可靠依據(jù)。空分設(shè)備需要在安保聯(lián)鎖系統(tǒng)中輸入連鎖停車信號，該系統(tǒng)獨(dú)立于DCS系統(tǒng)運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可立即啟動系統(tǒng)的保護(hù)措施，保護(hù)空分設(shè)備安全運(yùn)行。該系統(tǒng)還可以與機(jī)組聯(lián)鎖停車系統(tǒng)對接，在裝置發(fā)生故障的情況下，可通過聯(lián)鎖操作降低空分設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷。在DCS控制系統(tǒng)中，可進(jìn)行機(jī)組操作控制，并將相關(guān)信號輸送到安保聯(lián)鎖系統(tǒng)中，通過信號分配確保DCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)能夠分別獲取重要信號。將專用的調(diào)速裝置配備在汽輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)中，可保證調(diào)速的準(zhǔn)確性。在DCS控制中，需要將所有信號接入，使系統(tǒng)具備調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷、控制機(jī)組喘振、控制機(jī)組內(nèi)部單元設(shè)備回路、控制系統(tǒng)顯示、控制程序以及控制安保聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能。同時(shí)，還要在DCS系統(tǒng)中，配備三選二超速保護(hù)系統(tǒng)和汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

3 空分設(shè)備中的自動變負(fù)荷技術(shù)

3.1 自動變負(fù)荷技術(shù)

該技術(shù)根據(jù)后續(xù)用氧的負(fù)荷變化對氧氣量進(jìn)行設(shè)定，自動調(diào)整空壓機(jī)入口導(dǎo)葉，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)空分設(shè)備回路、流量、液位的目的，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)使氧氣產(chǎn)量達(dá)到要求。自動變工況需要在預(yù)測階段人為設(shè)定空分設(shè)備需要的液氧量，并對設(shè)備回路進(jìn)行調(diào)節(jié)，如調(diào)整膨脹機(jī)的膨脹量，以保證液氧量達(dá)到設(shè)定量要求。自動變負(fù)荷技術(shù)與自動變工況技術(shù)均需要以保證產(chǎn)品純度為前提，針對液體產(chǎn)品不同的產(chǎn)量要求，對相關(guān)變量進(jìn)行設(shè)定，確定最佳控制方案，強(qiáng)化對設(shè)定點(diǎn)的有效控制，從而有效降低能耗。

3.2 具體應(yīng)用

在自動變負(fù)荷技術(shù)中，引入了多變量預(yù)測控制技術(shù)，即MPC。MPC建立在測試模型基礎(chǔ)上，在工業(yè)控制現(xiàn)場中得到了廣泛應(yīng)用，取得了良好了應(yīng)用效果，是一種當(dāng)前較為先進(jìn)的控制技術(shù)。MPC技術(shù)能夠在預(yù)測時(shí)域內(nèi)（一般設(shè)置在未來的時(shí)間段）通過輸入最佳序列從而對輸出的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，該技術(shù)的應(yīng)用主要包括模型預(yù)測、滾動優(yōu)化以及反饋校正三個(gè)部分，具備魯棒性較好的技術(shù)優(yōu)勢，可應(yīng)用于大滯后強(qiáng)耦合情況。在自動變負(fù)荷過程中，需要人為改變主要產(chǎn)品的產(chǎn)量設(shè)定值，如氧氣、液氮、液氧等產(chǎn)量設(shè)定值，有效控制工藝參數(shù)設(shè)定點(diǎn)，為自動變負(fù)荷奠定基礎(chǔ)。通過平穩(wěn)操作變負(fù)荷過程，可有效改善產(chǎn)品質(zhì)量，避免出現(xiàn)人工變負(fù)荷操作失誤。

3.3 應(yīng)用效果

自動變負(fù)荷技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對操作流程的跟蹤調(diào)節(jié)與控制，為產(chǎn)品質(zhì)量提供有力保障。該技術(shù)的變負(fù)荷能力可達(dá)75%-105%，變負(fù)荷調(diào)節(jié)速率為每分鐘可調(diào)節(jié)1%，具備調(diào)節(jié)速度快、變化用時(shí)短等優(yōu)勢。與人工變負(fù)荷調(diào)節(jié)相比，自動變負(fù)荷技術(shù)大幅度提升了調(diào)節(jié)速度，并且有效降低氧氣放散量。在空分設(shè)備中采用自動變負(fù)荷技術(shù)，能夠按照預(yù)設(shè)的速率對變負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證空分設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品達(dá)到高質(zhì)量要求，同時(shí)保證空分設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，降低故障發(fā)生幾率。

4 結(jié)語

綜上所述，對于大型煤化工而言，由于其生產(chǎn)過程的特殊性，從而使其對空分設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性提出了較高的要求，為此，應(yīng)當(dāng)將各種先進(jìn)的自動控制技術(shù)合理運(yùn)用到大型煤化工空分設(shè)備當(dāng)中，借此來對空分設(shè)備的運(yùn)行過程進(jìn)行有效的控制，從而在確保相關(guān)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定的同時(shí)，提高生產(chǎn)能效和產(chǎn)品質(zhì)量，這有助于推動我國煤化工行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

[1]王文忠.大型煤化工型空分設(shè)備及其自動控制技術(shù)[J].科技傳播,2012(1):126+130.

[2]秦洪濤，齊春輝.煤化工中大型空分裝置自控系統(tǒng)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2009,35(3):91-93.

[3]俞洪超，李文政，俞文光.大型煤化工綜合園區(qū)控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].化工裝備技術(shù),2014,35(5):47-49.

馬志虎（1985-）,男，回族，寧夏固原人，本科學(xué)歷，神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司，工程師，研究方向：深冷技術(shù)。