制氧机系统节能优化创新探索

制氧机系统节能优化创新探索

刘铁岭孔凡旭王文峰胡雷周赵欣

河钢集团邯钢公司设备动力部056015

摘要：通过实施制氧机系统节能创新，强化制氧机控制、降低空分系统能耗、实现2台制氧联机启动、降低生产成本，减少了维修工作量，而且成功地延长了设备运行时间，为公司创造了巨大的经济效益。

关键词：制氧机系统；节能创新；“一键式”控制；循环利用

一、概述

某钢铁厂制氧车间共有3台35000制氧机，分别为1台法国进口的35000制氧机和2台国产35000制氧机，3台制氧机是公司生产用氧主要产出设备，其生产能力占公司用氧总量70%以上，因此制氧机系统的高效低耗稳定运行是保证公司生产正常进行的重要环节之一。

但由于制氧机原控制系统、空分启动装置、机组流程等方面存在缺陷，已经成为设备稳定高效运行和实现节能降耗、降低生产成本的主要制约因素。空分的控制系统采用单输入/输出设计，无法处理像精馏系统、换热网络等具有多变量、有约束和强耦合这样复杂过程的控制问题，控制品质难以达到在各种扰动条件下确保空分产品质量和高效率的要求。

二、制氧机系统节能优化创新探索思路

针对制氧机系统存在的问题，确立克服生产过程干扰因素的影响，提高空分系统操作的平稳性为攻关目标。研发适用于国产空分装置的多变量预测控制和智能控制相结合的先进控制系统，提高对生产过程的高效、精确控制，同时降低系统能耗。

三、制氧机系统节能创新方案的制定与实施

空分装置工艺流程的特点是多股物料的复杂平衡连续生产过程，各单元关联密切，既要保证质量达标，又要实现产品的最大提取量；并且空分是高耗能设备，节能是重中之重，要尽可能减少或杜绝放散，适时调整各设备负荷。实践表明，基于DCS系统的常规PID控制及基于经验的人工操作很难处理这些扰动问题，需要控制系统进行统筹优化，才能达到装置综合效益最优。

1）原控制系统存在以下几方面问题：

◆分子筛切换时空气流量波动大，难以有效控制，采用空压机预留放空量来平衡，造成能源浪费；

◆氧气用户的用量不稳定，造成氧气管网压力波动大，氧压机系统控制较差，易造成低压氧气放散，造成能源浪费；

◆各种中间纯度存在一定波动，影响产品纯度稳定；

2）技术方案的制定和实施

通过对空分工艺流程的研究，加之对以往相似流程实际操作的经验总结，确立了以下3个关键控制点进行攻关：

空压机系统控制：目前空气进分馏塔流量回路采用PID控制，在分子筛切换过程均压阶段，由于PID调节的局限性，空气进分馏塔流量具有较大波动，给后续单元的操作带来了很大的影响。针对这一问题，我们制定了控制方案稳定空气进分馏塔流量，具体如下：

在均压阶段，对空气进分馏塔流量及时补偿实时跟踪。空压机导叶设定由分子筛的压力来参与控制，将空压机导叶每30s开度开大3%或减小1%，克服干扰及滞后因素，最大程度上保证空气流量的稳定，同时考虑对放空阀的协调控制，在防止空压机导叶进入喘振区的前提下尽量节约能耗。

32000～35000Nm3/h自动变负荷：空分装置自动升降负荷是实现减少氧气放散、节能降耗的重要手段，安全、快速的自动升降负荷是大型空分装置过程控制的必然要求。传统变负荷操作通过工艺计算直接计算出各工况下的理论值，并根据实际情况不断修改理论值系数，操作繁复，操作周期长。

自动变负荷根据装置之前实际的运行状况，选择关键的参数，通过建立多变量预测控制，依据模型进行相对量的工况调整，操作人员根据变负荷要求在先控画面上修改气氧产量目标值，控制器中气氧产量将按照一定的速率逐渐向目标值靠拢，在气氧产量改变的同时，影响制氧机各种介质的8—10个关键变量都将进行相应调节，整个调节过程任何参与的回路都是作为整体的一部分，变负荷被细化为一次次的小范围的负荷调整，每一次的调整都通过模型计算出新的平衡点，并且快速的达到平衡，通过分步的调整直到我们需要的目标负荷。

人机界面设计及辅助程序设计：

由于我们的主要操作是在DCS上进行，APC先控上位机是在后台运行。设计了人机界面和辅助程序，界面中所有涉及变负荷的参数、变量、开关状态、控制器状态，操作简单，实现了“一键式”变负荷。先进控制主操作画面如图1。