高東奎，孫長麗

（馬鋼比歐西氣體有限責(zé)任公司 安徽馬鞍山 243000）

引言

隨著大型空分設(shè)備的發(fā)展，與之配套的基本上都是大型常壓液氧和液氮儲(chǔ)槽，工作壓力在10 kPa左右，液氧從壓力相對較高的上塔主冷到壓力只有10 kPa左右的儲(chǔ)槽，有一個(gè)壓降節(jié)流過程，液體節(jié)流后產(chǎn)生汽化現(xiàn)象，雖然馬鋼比歐西氣體有限責(zé)任公司的液氧出冷箱的設(shè)計(jì)為溫控回路過冷度調(diào)節(jié)，但只是恒定過冷度控制，受液體產(chǎn)量及液體罐車充裝的影響，經(jīng)常導(dǎo)致大槽壓力的波動(dòng)，從而導(dǎo)致大槽壓力上升放空閥開啟放空或壓力偏低自增壓系統(tǒng)開啟的產(chǎn)品損失和冷量損失的情況。為此需研究提出解決以上原因?qū)е乱貉醍a(chǎn)品放散損失和冷量損失的改進(jìn)方案，提高運(yùn)行效率。

1 裝置及控制系統(tǒng)概況

馬鋼比歐西氣體有限責(zé)任公司成立于2005年2月16日，現(xiàn)運(yùn)行兩套由德國林德工程公司設(shè)計(jì)制造的40 000 m3/h 內(nèi)壓縮流程制氧機(jī)機(jī)組，同時(shí)運(yùn)行的有由四川空分設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)制造的2 000 m3的液氧儲(chǔ)槽，由于制氧機(jī)機(jī)組和液氧儲(chǔ)槽設(shè)備的控制系統(tǒng)由不同設(shè)備廠家設(shè)計(jì)制造，導(dǎo)致控制系統(tǒng)銜接不是非常完善，沒有采取更加優(yōu)化的串級控制。

1.1 液氧儲(chǔ)槽壓力控制系統(tǒng)原設(shè)計(jì)介紹

儲(chǔ)槽設(shè)置有自增壓系統(tǒng)，如圖1 所示。其內(nèi)槽壓力由PV7103.1和PV7103.2兩只薄膜調(diào)節(jié)閥控制，PV7103.2 閥低于2 kPa 開啟，高于10 kPa 關(guān)閉；PV7103.1閥高于10 kPa開啟，低于5 kPa關(guān)閉。

過冷度調(diào)節(jié)，液氧出冷箱前通過液氧過冷器旁路閥TV3212 進(jìn)行過冷度調(diào)節(jié)，根據(jù)溫度設(shè)定值進(jìn)行微調(diào)。

1.2 原有壓力及過冷度控制系統(tǒng)存在的不足：

（1）液氧儲(chǔ)槽壓力控制范圍過大，儲(chǔ)槽壓力會(huì)有低于2 kPa 或大于10 kPa 的工況出現(xiàn)，儲(chǔ)槽設(shè)計(jì)最大工作壓力10 kPa，最小工作壓力2 kPa，嚴(yán)重影響了儲(chǔ)槽的安全運(yùn)行。

（2）原設(shè)計(jì)恒定的過冷度控制，恒定過冷度控制受液體產(chǎn)量、液體罐車充裝量及汽化量的影響，經(jīng)常導(dǎo)致儲(chǔ)槽壓力大幅波動(dòng)，從而導(dǎo)致儲(chǔ)槽壓力上升放空閥開啟放空或壓力偏低自增壓系統(tǒng)開啟，造成產(chǎn)品損失和冷量損失。

圖1 原有儲(chǔ)槽壓力及過冷度控制系統(tǒng)

2 改造方案及思路

制氧機(jī)組和儲(chǔ)存系統(tǒng)是不可分割的整體，因此一個(gè)完善的控制方案是十分重要的，它能保證整個(gè)裝置安全、可靠地運(yùn)行。經(jīng)過對液氧儲(chǔ)槽實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析和總結(jié)，確定通過在溫控系統(tǒng)中增加串級自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)液氧過冷度自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而降低液氧儲(chǔ)槽壓力的波幅，減少液氧儲(chǔ)槽的閃蒸放空量和自增壓汽化量。

2.1 方案描述

如圖2 變更后的壓力及過冷度控制系統(tǒng)，增加溫度指示控制器1TIC3212 控制邏輯，新增1HIC3212、PIC7103,3、TIC3212.SP_BIAS 三個(gè)控制模塊，具體新增控制邏輯如下：

(1)PIC7103.3 串級狀態(tài)下的SP 值是PIC7103.1的0.85倍（可由PIC7103.3.SP_BIAS輸入）。

(2)在PIC7103.3 的MV 值 在50% 時(shí)，不 對TIC3212進(jìn)行調(diào)整。

(3)在PIC7103.3 的MV 值在50%以下時(shí)，則TIC3212在串級狀態(tài)時(shí)的SP值由HIC3212的輸入值加上調(diào)整值（最大為1度）。

(4)在PIC7103.3 的MV 值在50%以上時(shí)，則TIC3212在串級狀態(tài)時(shí)的SP值由HIC3212的輸入值減去調(diào)整值（最大為1度）。

具體公式為：TIC3212.SP=HIC3212 +(PIC7103.3_MV-50)×0.02

圖2 改進(jìn)后儲(chǔ)槽壓力及過冷度控制系統(tǒng)

3 效果驗(yàn)證

如3 所示，液氧儲(chǔ)槽閃蒸減少自動(dòng)控制系統(tǒng)改進(jìn)前后一周DCS 趨勢，觀察發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后TIC3212.SP 值能根據(jù)儲(chǔ)槽壓力及時(shí)進(jìn)行自動(dòng)修正；過冷器旁路閥開度根據(jù)儲(chǔ)槽壓力的變化及時(shí)進(jìn)行了串級控制，當(dāng)儲(chǔ)槽壓力升高時(shí)自動(dòng)關(guān)小過冷器旁路閥開度，增大液氧入罐過冷度，抑制儲(chǔ)槽壓力上升趨勢，減少液氧的放散量，當(dāng)儲(chǔ)槽壓力降低時(shí)自動(dòng)關(guān)小過冷器旁路閥開度，減小液氧入罐過冷度，抑制儲(chǔ)槽壓力下降趨勢，減少自增壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)導(dǎo)致的蒸汽消耗和冷量損失。液氧儲(chǔ)槽閃蒸減少自動(dòng)控制系統(tǒng)改進(jìn)后儲(chǔ)槽放空閥開度明顯減少，放空閥閥位開度平均值由32%降至6.3%。放空損失由1 000 m3/月降至300 m3/月左右（見圖4）。另外氧槽壓力波動(dòng)范圍由4～11 kPa，縮小到5～9 kPa。

圖3 改進(jìn)前后趨勢對比圖

圖4 月度液氧損失趨勢圖

4 總結(jié)

通過在集散控制系統(tǒng)（PCS7）中增加模塊和編程，實(shí)現(xiàn)對液氧過冷度的自動(dòng)控制，從而提高了液氧過冷度控制的精確度及時(shí)性，進(jìn)而降低了由于液氧貯槽放空導(dǎo)致的產(chǎn)品損失和自增壓氣化導(dǎo)致的冷量損失，提高了設(shè)備安全運(yùn)行可靠性，改造實(shí)施后，裝置節(jié)能降耗效果明顯。