先进控制技术在空分装置自动变负荷中的应用分析

先进控制技术在空分装置自动变负荷中的应用分析

李翔朱俊黄珩

杭氧集团股份有限公司，浙江省杭州市 310000

摘要：全文立足于空分装置自动变负荷的系统结构，分析先进控制技术在其中的运用效果，对传统人工调节方案进行优化，解决安全隐患以及劳动强度较大等问题，并且设计多变量结构模型，提升装置运行水平。另外，本文以三个方面展开论述，首先分析工艺流程，其次分析控制工作难点，最后分析自动变负荷系统设计，希望以此提供参考。

关键词：空分装置；先进控制技术；流程难点；系统设计

引言

空分装置对于化工企业生产极为重要，是关键生产设备之一，可以在生产环节中提供足够的氧气与氮气供应量。由于用户在时代背景发展下，对氧气需求量表现出持续变化特点，因此为了满足工作需要，也就应当对空分装置进行变速优化。空分装置内部设备连接极为紧密，主要包括压缩膨胀机、精馏塔等设备，设备配合程度高，因此生产的产品纯度极佳，然而该装置自动控制程度较低，主要依靠人为调节方法进行管控，不仅降低了工作开展效率，同时还容易产生施工状况波动，影响产品质量的问题。

一、工艺流程研究

空分装置主要运用外压缩流程，所包含的系统大致有空气压缩、预冷、纯化以及增压膨胀等，生产产品为氧气、氮气、液氧以及液氩等。通常，原材料经过压缩后，会进入到空冷塔部位展开预冷，完成预冷工作后，紧接着会进入到分子筛纯化系统，脱掉所含水分、CO2与碳氢氧化物等杂质。经过全面净化过程后，空气一般分为两路：其一，通过主换热系统与精馏塔出来的氧气、氮气，会接受换热降温处理，后续进入到氧氮精馏系统。其二，则是进入增压膨胀系统，完成增压工作后，直接由主要换热系统降温，再次进入膨胀端进行膨胀处理，形成的空气进入到精馏上塔。

空气通过降温后，其纯净度会得到提升，并且会在精馏下塔位置展开初步分离，其中富氧液空主要由塔顶位置取得，塔顶会获得氮气。富氧液空会通过塔底位置调节阀门进入上塔，位于塔顶端的氮气，则由主要冷凝器冷却为液氮，经由液氮节流阀进入上塔区间。观察上塔工作运行情况，主冷凝蒸发器中可以抽取氧气，塔顶可以抽取氮气，污氮气则由塔上部位置抽出，之后在氩馏分抽口抽取氩馏分子进入氩精馏装置系统。粗氩1塔与粗氩2塔所负责工作内容不同，一般氩馏分子与循环氩将会在1塔实现初步分离，之后则进入2塔，2塔内塔顶位置会获得氧气含量合格的工艺氩，而塔底部位的物料会经过氩泵进入返回上塔，工艺氩在完全进入精氩塔后必定再次分离，最终在塔底位置处获得液氩。具体流程图如下图一所示。

图一：空分装置基本工艺流程图

二、工作控制难点研究

观察整体负荷状态得知，在装置系统中稳定点附近位置时常出现波动现象，所以应当对系统的不同回路展开合理调控，调控力度应当控制在较小范围，进而保证装置运行稳定性。然而在实际工作开展活动中，因为分子筛本身具有周期性特征，一般经过4小时则会自动冲压，该过程中的空气与氧气含量，之间会出现物料不平衡特点，因此必须采取冲压技术，合理优化系统控制核心要点，避免空分装置内存在空气含量不充足问题。

系统控制与自动辩护等工作，装置运行会呈现稳定工作状态，但随着发展又会逐渐转变为标准工作模式，其过程较为缓慢，变负荷中的操控方法，应当注重装置工作运行稳定性，并且满足不同速率下的工作需求，同时也需要调控与平衡两个方面的问题：首先，工作人员必须合理调整装置工作状态与工作幅度，保证空分装置可以适应更大工作压力，并且设备阀门与设备系统之间，平衡配比程度需要明显提升。其次，技术人员应当在装置的前后位置，优化设备结构，使得设备具有一致性特点，避免滞后性问题产生，假如调控工作开展不及时，必定造成物料供输不均衡，形成波动问题，同时在减负荷工作中，假如内在空气含量下降，还会导致系统内部的氧气输送效率难以与系统工作速率匹配。如此随着时间的推移，系统内在的供氧速率势必滞后，所以工作人员应当选择精细计算方法，提升物料供输平衡性水平。

三、自动变负荷系统设计分析

（一）整体框架

根据长期工作经验发现，空分装置的自动变负荷系统包含两个方面，上层为计算稳定层，下层为动态调控层，而且下层又处于稳态计算过程中。依照物料平衡计算方法，全面对比氧气产量与供应程度，对氧气以及氮气的实际产量，展开全方位控制，以此来确保生产各个环节，都可以直接满足国家标准工作要求。又在此基础上，稳态计算层可以将不同供应量展开合理传递，并且全面检测动态控制层运作状态，借助先进控制技术保证空分装置各个供应量之间，都可以达到预定工作指标。另外，在实际工作过程中，工作人员在系统内部，应当对氧气具体产量数据大小展开精确、全面的计算，将工作重点集中在观察氧气含量是否达到系统生产标准上，如此才可以确保空分装置整体自动变负荷工作具有高适应循环性特点，为后续工作开展奠定基础，优化变负荷系统运行流程。

（二）精细设计先进控制器

工作人员在分析空分装置系统结构时，需要运用动态矩阵控制模拟计算方法，实现全方位调控目标。对设计研究理论进行分析得知，空压机主流塔与轻系统均可以作为控制模式，进而平衡控制目标，并且也可以借助控制器等设备，自动化调节装置自动负荷参数。可见，先进控制器的设计，能够全面呈现模型预测控制中，该装置的自动化负荷运用效果，然而在变负荷工作中，设计工作人员也需要考虑物料与能量的均衡性，因其关系着空分装置的运行质量水平。

另外，工作人员需要全面按照工艺流程，以及变负荷工作的实际要求，在先进控制器内部优化空气压缩机等系统，因为空分装置内部的诸多子控制器，虽然从外表面观察具有独立存在特点，但是在具体工作运行过程中，不同子系统之间，仍然会存在一定程度的干扰，从而对配合工作开展程度造成负面影响。因此，技术人员应当运用联合控制回路技术，使得物料在输送前阶段，预先提升子系统的稳定性，以此来强化不同系统的联系力度，确保子系统的完善性水平提升，形成更为合理规范的工作总体结构，为后续工作开展提供基础。此外，工作人员完成各项操作之后，还应当对整个工作流程展开检测，重点研究核心工作领域，查看是否存在遗漏项或各种问题，一旦发现隐患问题则需要重新对工作流程展开检测，发现问题产生区域以及原因，从而针对问题类型采取措施进行处理。

结束语：

对近些年发展情况调查研究发现，生产过程中运用模型预测先进控制技术，已经在不同工业产能中得到运用，并且获得了理想成果，而且也出现诸多操作研究报告，提升了装置运行流畅性，而且其对国内空分装置自动化操作水平的提升，可以发挥积极作用。先进控制技术的研究，需要随着时代发展不断更新，以提升空分装置自动变负荷运行水平为基本原则，强化装置自动化工作力度，如此才可以提升工业产业水准，并且该种设计思想本身也具有鲜明的可推广性特点。

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