大型煤化工型空分設備及其自動控制技術

王文忠

內蒙古匯能煤化工有限公司，內蒙古鄂爾多斯 017205

0 引言

隨著國民經濟的飛速發展，我國大型煤化工型空分設備制造業形勢一直趨向好的方面發展。尤其是近年來我國的大型煤化工行業發展更為迅速，煤化工型的空分設備作為其重要的配套服務設備，對于其的要求也越來越高。自動化控制系統是煤化工型空分設備的非常重要的組成部分，決定空分設備是否能正常運行。通過研究分析自動化控制技術的特點，有利于自動控制技術的不斷提高。國家應該鼓勵開拓與創新，不斷地改進我國的大型煤化工型空分設備的自動控制技術，以求能更好地為我國的國民經濟的發展作出貢獻，造福人類社會。

1 大型煤化工型空分設備流程組織形式的選擇

大型煤化工型空分設備的流程組織形式很多，選擇適合的流程組織形式，不僅可以節約部分投資的費用，還可降低運行能耗，這對投資氣體生產的公司來說非常重要。怎樣選擇適合的流程組織形式。第一，應全面地考察一個項目用氣的具體情況，包括所需氧氮氣之和、氧氮氣的溫度范圍、氧氮氣體之比、液體的產量、氧氮氣的標準等；第二，應對不同的形式精確計算，計算所耗的能量和確保所要的單元設備有供貨；第三，考察流程組織和原來的空分設備的管理系統的兼容情況；第四，還需綜合考慮氣體產品在工業生產中的整體能耗。如，某大型煤化工企業在設計空分設備的項目時，比較了氮氣增壓循環流程與空氣增壓循環流程所需的能耗，發現選擇后者比選擇前者能耗降低了310kW。煤化工項目的主要工藝流程需要的高壓氮氣溫度不小于81℃，假如用空氣增壓循環系統還需要用低壓的蒸汽對高壓的氮氣加熱，能耗約為510kW。因此從項目的整體能耗情況來看，選擇氮氣增壓循環流程更為節能。

2 大型煤化工型空分設備的自動控制特點

2.1 空壓機、增壓循環壓縮機、汽輪機三大機組的控制技術

1）SIS安保聯鎖系統自動控制技術

SIS安保聯鎖系統是自動控制技術中最主要的系統之一，別名為ESD緊急停機系統。內壓縮機工作組的安全與聯鎖均靠安保聯鎖系統來實現保護，其工作原理是采取容錯、冗余的技術與故障安全的防范設計技術，以使得機組能夠安全可靠地運轉，SIS系統識別第一事故后會馬上發出報警的聲光信號。發生報警與聯鎖的作用后，再按照事故發生的時間先后順序將事故一一打印出來，以方便工作人員對事故發生的原因進行有效分析。SIS安保聯鎖系統與DCS控制系統各司其責，兩者相對完全獨立。煤化工型空分設備的聯鎖停機的主要信號被記錄在安保聯鎖系統內部，一旦煤化工型空分設備發生運行故障，就立即自動啟動安保聯鎖系統（SIS），使整個機組都處在安全工作的運行狀態。空分設備各機組的顯示、運行、控制等過程全都通過DCS系統來實現， 空分設備各機組將自動聯鎖顯示出的主要信號，將其接入到安保聯鎖系統內部，然后再通過數據交流的方式接入到DCS系統顯示出來；對既要接入SIS又需要接入DCS的重要信號，則可以通過信號的自動分配分別地接入到兩個系統內部。

2）CCS壓縮機組系統自動控制技術

CCS機組系統自動控制技術別名也稱為ITCC自動控制技術，其工作原理是增壓機、驅動汽輪機與空壓機均采取與DCS控制技術系統相對獨立的機組全面控制系統來達到控制的目的。所有的與控制相關的部件零件均要按照三重冗余、容錯的方式來裝置，啟用系統的電源模塊供電給冗余。CCS技術系統將控制與聯鎖防護功能集于一體。CCS控制系統包含了調節機組的負荷，對汽輪機進行調速控制，對機組進行防喘振控制，對機組內的單元設備的回路進行控制、聯鎖保護控制和程序執行控制，對機組內單元設備的儀表進行顯示控制。通過CCS的操作站可以對機組內單元設備進行遠程操作控制，還可以對機組內單元設備進行全面的監控和報警處理，此外，還可以實現與主控制系統進行數據信息的交流功能。

2.2 大型煤化工型空分設備之間相關聯鎖控制技術

煤化工型空分設備與各大控制系統聯系非常緊密，控制也很復雜，應當注意細節方面的控制。例如：空壓機被放空或停機時，要和空氣預冷系統之間進行聯鎖控制，之后再把膨脹機停機，令增壓壓縮機打向回流指針，這樣就可以有效減少產品液氧泵所承載的重量。由此可見，設備與設備之間必然是相互關聯在一起的，先要采取措施解套連環，才能防止出現設備啟動后又立刻停機的現象。假如空分設備、壓縮機組兩者應用的是不一樣的控制系統，那還需對聯鎖問題進行更深一步的考慮。

3 煤化工型空分設備的發展方向

為降低投資成本，減少維護工作量，空分設備必須盡量大型化。設備的大型化必然導致運輸不便，必然會受到運輸條件的限制。因此，我國的空分設備制造集團應該努力優化設計方案、盡量應用新技術，以達到減小設備的尺寸的目的。此外，還可以采取現場組裝，分開運輸等方式來解決大型設備的運輸難題；在確保效益良好的情況下，降低生產能耗亦是發展空分設備技術的重要方向。降低生產能耗就要求設計時盡量提高核心部機的運行效率，也需要預先對設備運行的總能耗進行精準的計算；采用先進的自動控制系統，對生產實行自動控制，使空分設備向著自動化發展，可以有效地提高生產效率，降低事故風險，提高裝置運行的可靠性。隨著相關行業的發展，大型空分設備多樣化發展將成為我國空分設備制造行業做大做強的關鍵。

4 結論

綜上所述，我國大型煤化工型空分設備在不斷創新，空分設備的自動化程度也在不斷提高，但其與外國的先進技術相比還有不小的差距。因此，我國應該認真地重視大型煤化型空分設備及其自動控制技術，加大對于其研發的經濟投入，以開發出適應現代煤化工行業生產需要的新技術空分設備，逐漸完善我國大型煤化工型空分設備及其自動控制技術。

[1]王文峰.先進控制技術在國產大型空分設備中的應用[J].深冷技術，2010(6).

[2]陳海霞.大型空分設備應用現狀及發展前景[J].化工裝備技術，2008(3).

[3]毛紹融等.60000m3/h等級內壓縮流程空分設備的研制[J].深冷技術，2010(6).