2013年第10冶金動(dòng)力METALLURGICAL POWER29制氧空分增壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造趙東華,邱發(fā)春,馮偉,張超(張家口紫光氣體公司,河北張家口075100)【摘要]介紹了張家口紫光氣體公司￠空分系統(tǒng)增壓機(jī)節(jié)能改造的具體實(shí)施情況,實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化控制,降低了空分的能耗【關(guān)鍵詞】空分系統(tǒng);增壓機(jī);控制系統(tǒng);節(jié)能【中圖分類號(hào)】TH45【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1006-67642013)10-0029-03The Energy-saving Optimization Revamping of Air Separation Booster SystemZHAO Donghua, QIU Fachun, FENG Wei, ZHANG Chao(Zhangjiakou Ziguang Gases Company, Zhangjiakou, Hebei 075100, China)[ Abstract] The energy-saving optimization project of boosters in the No 6 air separatesystem of Zhangjiakou Ziguang Gases Company is introduced in detail. After completion of theproject, optimized control has been achieved and energy consumption of air separation hasbeen reducedI Key words] air separate system; pressure booster; control system; energy savin1引言優(yōu)化控制主要是通過以下幾方面來實(shí)現(xiàn)真正的防喘張家口紫光氣體公司615000mh空分系統(tǒng)為振控制與性能控制內(nèi)壓縮流程,增壓機(jī)為二段串聯(lián)的6級(jí)離心式壓縮(1)根據(jù)喘振發(fā)生的特點(diǎn),將閉環(huán)控制和各種開機(jī),每段分三級(jí),各有導(dǎo)葉、回流閥、放空閥一臺(tái)。其環(huán)控制相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)防喘振控制。DCS控制系統(tǒng)為ABB控制系統(tǒng)。增壓機(jī)是空分系統(tǒng)(2)應(yīng)用極限控制、解耦控制和各種后備功能中的主要耗電設(shè)備,6空分增壓機(jī)投產(chǎn)以來,一段導(dǎo)提高了增壓機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。葉開度85%、回流閥開度6%,二段導(dǎo)葉開度20%、(3)利用3C控制系統(tǒng)的快速測(cè)量、掃描、程序回流閥開度27%,空分單耗居高不下,長期在069內(nèi)部的高速運(yùn)算速度,提高防喘振控制系統(tǒng)的響應(yīng)kwh的水平,日耗電在10萬kWh左右的高值,在速度。2012年廠優(yōu)化生產(chǎn)工藝及技改工作會(huì)議上廠部提(4)采用系統(tǒng)總線、IO卡件、CPU處理器、通迅出對(duì)6空分增壓機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化改造網(wǎng)絡(luò)、模塊內(nèi)部電路均為雙重冗余結(jié)構(gòu)2改造方案(5)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變負(fù)荷操作,提高增壓機(jī)的效率,21總體思路起到節(jié)能降耗的作用,減少用電量。該項(xiàng)目在增壓機(jī)起、停車操作及連鎖邏輯仍然22技術(shù)方案具體實(shí)施步驟由“ABB”控制系統(tǒng)來完成的基礎(chǔ)上,增設(shè)一套CCC增設(shè)CCCⅤ anguard S5 Duplex控制系統(tǒng)一套vanguard S5 duplex控制系統(tǒng)。ABB和3Cc控制器首先確定AB機(jī)柜和3C機(jī)柜必要的來往信號(hào),然之間通過必要的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò),6空分增壓機(jī)控后在AB操作系統(tǒng)上改編增壓機(jī)起停車操作及連鎖制系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能就是自動(dòng)調(diào)節(jié)增壓機(jī)的一、二段排邏輯,最后在增壓機(jī)起車后,通過儀表設(shè)備測(cè)量增壓壓操作點(diǎn),使操作點(diǎn)向喘振控制曲線右側(cè)移動(dòng),以實(shí)機(jī)各參數(shù)計(jì)算3C控制器的喘振曲線,同時(shí)在3C控現(xiàn)操作點(diǎn)的所謂“卡控”邊控制,降低制氧單耗,確定制系統(tǒng)的增壓機(jī)操作界面共建4個(gè)關(guān)鍵的控制器并個(gè)合適的喘振控制裕度,再根據(jù)喘振發(fā)生的特點(diǎn)定義它們的功能,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加、卸載與防喘振控制。通過一些特定的控制響應(yīng)來控制防止喘振的發(fā)生。(1)首先確定ABB機(jī)柜和3C機(jī)柜必要的來往信冶金動(dòng)力013年第10期METALLURGICAL POWER總第164期號(hào),通過表1中的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò),確定所需增設(shè)的儀第二步:SLL線:fn=d1m/kxp器設(shè)備及其布置,信號(hào)線路的布置方式及連接方法式中,k——補(bǔ)償系數(shù),k=0.18,k越大,斜率越大表1ABB機(jī)柜和3C機(jī)柜來往信號(hào)P:PT-615序號(hào)名稱去向f縱坐標(biāo)1三級(jí)出口壓力P619X12至現(xiàn)場第三步:SCL線:f(n3×1(1-b)2-12六級(jí)出口壓力P632XT2至現(xiàn)場(注:b=0.2,先設(shè)定,在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行修定)第四步:X=PT-619P-6153三級(jí)入口溫度TE618XT2至現(xiàn)場4六級(jí)入口溫度TE631XT2至現(xiàn)場式中,PT-619—三級(jí)出口壓力;PT615級(jí)入口壓力5一段入口導(dǎo)葉PV601XT2至現(xiàn)場6二段入口導(dǎo)葉PV627XT2至現(xiàn)場X橫坐標(biāo)。7一段回流閥FV612XT2至現(xiàn)場第五步:根椐f、X得出同一時(shí)刻的喘振曲線回流閥FV621XT2至現(xiàn)場9三級(jí)人口差壓PDT620XT2至DCSN2節(jié)點(diǎn)以上計(jì)算所需要的參數(shù)以及增壓機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生喘振的時(shí)間與喘振時(shí)的差壓值都可從歷史數(shù)據(jù)入口壓力PT615XT2至DCSN2節(jié)點(diǎn)11二級(jí)出口壓力Pr617XT2至DCSN2節(jié)點(diǎn)趨勢(shì)中找出。歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖見圖1。12六級(jí)入口差壓PDT623XT2至DCSN2節(jié)點(diǎn)13四級(jí)入口壓力P1628XT2至DCSN2節(jié)點(diǎn)504014五級(jí)出口壓力PI630XT2至DCSN2節(jié)點(diǎn)15一級(jí)入口溫度TE607XT2至DCSN6節(jié)點(diǎn)△ Po signal lag16四級(jí)入口溫度TE620XT2至DCSN6節(jié)點(diǎn)17電機(jī)電流m2351AXT2至DCSN7節(jié)點(diǎn)非DCS供電18緊急停車EDXT6至DCSN8節(jié)點(diǎn)C盒3C6start of surge everTime(seconds)至DCSN8節(jié)點(diǎn)允許3CC.加載P流量差壓,kPa;P一出口壓力kPa,絕壓;P一入口壓力,kPa,20二段加載:LOAD2至DCSN8節(jié)點(diǎn)允許3CCC加載絕壓圖1歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖21一段過度喘振: surge X6至DCSN9節(jié)點(diǎn)3C給DCS發(fā)②在3C控制系統(tǒng)的增壓機(jī)操作界面共建4個(gè)22二段過度喘振:mg2x6至DCsN9節(jié)點(diǎn)連鎖回流閥電磁閿關(guān)鍵的控制器并定義它們的功能。(2)然后改編仍由ABB控制系統(tǒng)來完成的增壓6空氣增壓機(jī)3C操作界面建的4個(gè)控制器分機(jī)起停車操作及連鎖,以及由兩控制系統(tǒng)的來往信別為:一段出口壓力控制器(PC-619);一段喘振控號(hào)邏輯圖。制器(FIC-620);二段喘振控制器(FIC-623);二段(3)最后增壓機(jī)起車后通過儀表設(shè)備測(cè)量增壓出口壓力控制器(PC-632)機(jī)參數(shù)計(jì)算3C控制器的各喘振控制曲線,在3C控3本方案所采用的主要理論與技術(shù)制系統(tǒng)的增壓機(jī)操作界面共建4個(gè)控制器并定義它6空分增壓機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能項(xiàng)目全面應(yīng)用們的功能。防喘振控制器、性能控制器、解耦控制器等控制技術(shù)①計(jì)算3C控制器的各喘振控制曲線作為優(yōu)化控制的應(yīng)用平臺(tái),進(jìn)行防喘振控制。但穩(wěn)因我廠增壓機(jī)為非標(biāo)設(shè)備,喘振控制中所需要定、節(jié)能的防喘振控制絕對(duì)離不開高速的測(cè)量數(shù)據(jù)的差壓必須進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算,再得出SLL線與SCL采集速度、高分辨率的歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)顯示功能與快線,如增壓機(jī)一段計(jì)算方法。速的運(yùn)算功能。因此方案中必須增設(shè)一套高性能的第一步:喘振公式CCC Vanguard S5 Duplex控制系統(tǒng)。d。=d1×(p4/p)×(T/T)CCC Vanguard控制系統(tǒng)是真正的實(shí)時(shí)多任務(wù)開放式系統(tǒng),采用先進(jìn)的安全型cPCI總線構(gòu)架;雙「值的差壓PT-617TE-607重化冗余容錯(cuò)的硬件體系結(jié)合全面的冗余容錯(cuò)技術(shù)實(shí)測(cè)喘振時(shí)的差壓TE-618和獨(dú)一無二的 Fallback策略,使得系統(tǒng)可靠性達(dá)到2013年第10冶金動(dòng)力METALLURGICAL POWER3199.99%。先進(jìn)的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)將關(guān)鍵任務(wù)與喘振極限線間的距離,并在一個(gè)喘振周期內(nèi)將喘振非關(guān)鍵任務(wù)按優(yōu)先等級(jí)實(shí)施控制,保證系統(tǒng)的執(zhí)行止住速率不隨ⅠO點(diǎn)數(shù)增加而下降,如防喘振、調(diào)速和性4.2在3C防喘振控制系統(tǒng)的調(diào)試投用過程中,碰能控制執(zhí)行速率為20ms,使機(jī)組的精確控制成為到和解決的問題有可能。(1)與3C防喘振控制器配套的測(cè)量儀表選用它的主要技術(shù)特點(diǎn)在于了反應(yīng)較快的變送器,原防喘振控制閥為響應(yīng)速度(1)控制方式不同慢的等百分比控制閥,通過調(diào)整氣動(dòng)繼動(dòng)器提高控傳統(tǒng)的防喘振控制一般只適用于簡單的單段壓制閥的響應(yīng)速度,使控制閥可以在1.6s以內(nèi)完成縮系統(tǒng),3C先進(jìn)的防喘振控制系統(tǒng)通常用于處理復(fù)全開動(dòng)作。雜的多段壓縮控制問題,并有階梯響應(yīng)、多段壓縮的(2)要對(duì)變送器的阻尼進(jìn)行調(diào)整,特別是流量測(cè)解耦控制以及退守策略等控制方式。量變送器,以消除信號(hào)噪聲對(duì)防喘振控制的不利影(2)采樣周期和執(zhí)行周期不同響CCC Vanguard控制系統(tǒng)信號(hào)采樣周期:25(3)解決了3C控制器與ABB控制器間的通訊ms;執(zhí)行周期:系統(tǒng)任務(wù)——5ms;控制任務(wù)——喘問題,使3C防喘振控制器上的信號(hào)可以在DCS上振控制、速度控制等壓縮機(jī)控制任務(wù)以及緊急停車顯示,方便了操作人員的操作。聯(lián)鎖20ms。更快于ABB控制系統(tǒng)。(4)解決了以往增壓機(jī)手動(dòng)操作為主及起車與(3)冗余范圍不同故障停車后恢算時(shí)間長的問題。所有與控制有關(guān)的部件(例如:1O卡件、控制5效益分析器、內(nèi)部總線、IO擴(kuò)展、BUS等)都將按冗余容錯(cuò)配表2是￠空分增壓機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能項(xiàng)目置。比ABB控制系統(tǒng)多出IO卡件的冗余。投用前后的過程增壓機(jī)數(shù)據(jù)比較結(jié)果。4關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)表2測(cè)試結(jié)果對(duì)比表4.1關(guān)鍵技術(shù)是防喘振控制器根據(jù)操作點(diǎn)的移動(dòng)增壓機(jī)電流/A增壓機(jī)功率/W情況以操作點(diǎn)與偏差(DEV)為被控制變量將鬥I反控投用前410.324061.6饋控制和開環(huán)控制結(jié)合起來進(jìn)行防喘振控制,具體先控投用后370.4如下(1)對(duì)于緩慢的小的擾動(dòng)使操作點(diǎn)進(jìn)入SCL左變化9.73-10.42邊的喘振控制區(qū),3C防喘振控制器的門控制算法根據(jù)操作點(diǎn)與SCL之間的距離(DEV=e)產(chǎn)生相應(yīng)可以分析得出優(yōu)化控制投運(yùn)達(dá)到如下效果的比例積分響應(yīng)使操作點(diǎn)回到SCL右側(cè)的安全控運(yùn)行期間增壓機(jī)電流和功率都有明顯的降低。制區(qū)。通過對(duì)比可以看出,投用后增壓機(jī)壓機(jī)平均電流從(2)對(duì)于一個(gè)較大較快的擾動(dòng),當(dāng)比例積分/微410.32A降低到3704A,有效功率從4061.62kW分(PRD響應(yīng)不能使壓縮機(jī)的操作點(diǎn)保持在SCL線降低到36385kW,降低幅度為1042%。的右邊,而使操作點(diǎn)瞬間越過了SCL左邊的RTL,6結(jié)束語則3C防喘振控制器的循環(huán)跳閘響應(yīng)就會(huì)以快速重6空分增壓機(jī)的控制系統(tǒng)優(yōu)化控制由于調(diào)試準(zhǔn)復(fù)的階躍響應(yīng)迅速打開防喘振閥,這樣就恰好可以確,機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定,自開車以來從沒有發(fā)生過機(jī)組喘增加足夠的流量來阻止喘振。振現(xiàn)象,為空分系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力(3)在SL左邊還有一條SOL,如果因意外的情的保證。況(如組態(tài)錯(cuò)誤、過程變化、特別嚴(yán)重的波動(dòng))使壓縮收稿日期:2013-07-08機(jī)操作點(diǎn)越過SLL和SOL線而發(fā)生了喘振,則安全作者簡介:趙東華(1983-),男,204畢業(yè)于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)儀表專保險(xiǎn)響應(yīng)(CRSO)就會(huì)重新規(guī)定喘振控制余度的寬助理工程師,現(xiàn)從事制氧設(shè)備維護(hù)維修管理工作。度b(裕度)使喘振控制線右移,增加喘振控制線與