空分設備自動變負荷控制技術探討

李蘭蘭

（林德工程（杭州）有限公司，浙江杭州 310012）

空分設備自動變負荷控制技術探討

李蘭蘭

（林德工程（杭州）有限公司，浙江杭州 310012）

空分設備是當今世界上絕大多數國家在航空航天、石油化工、冶金和醫療等領域廣泛采用的一種大型設備。但由于科技水平相對落后，能源利用率相對較低，我國平均每年用于空分設備的能源消耗十分巨大。而自動變負荷控制技術的應用，對于空分設備的高效低耗、節能減排和低碳環保具有十分重要的推動作用。詳細闡述空分設備自動變負荷控制技術的工作原理，分析較大的空分設備的發展現狀、發展趨勢以及來來的社會效益。

空分設備 自動變負荷控制 工作原理

1　空分設備工作原理

空分設備原名空氣分離設備，是一種以空氣為原料，通過動力、凈化、制冷等系統將空氣壓縮冷凍變為液態，再經過熱交換、精餾等系統從液態空氣中逐步分離生產出N2、O2及Ar等惰性氣體的設備。隨著空分技術的快速發展，我國的空分工藝流程不斷的革新，現在主要有高壓、中壓、高低壓和全低壓等四種工藝流程。在廣大的企業工廠在生產過程中，對氧氣的使用是間歇性的，便引起空分裝置的負荷需求發生了大幅度的變動，而由于空分裝置的大滯后性和大慣性的特點，導致身纏能力不能在生產過程中瞬間降低，從而使生產過程中的多余的氧氣散失到空氣中，能源利用率降低，造成大量的資源浪費和經濟損失。空分設備自動變負荷控制技術就是在保證分離生產出來的N2、O2及Ar等惰性氣體純度合格的情況下，通過一定的操作程序，按照某一特定的速率改變空分設備的生產能力，直到找到一個新的合理的工作臨界點為止。

2　自動變負荷控制技術概述

所謂的自動變負荷控制技術，就是在空分行業中，工藝流程情況在外界的影響發生變化時，將不同負荷要求之間的自動控制完成切換變負荷的技術。它是一種以現代控制系統理論、流程模擬理論和實時監控技術為依據，通過計算機來完成試驗數據的傳輸和處理、不同模型的識別、控制性能的監視、控制規律的計算和系統整體的監控，進而實現對整個空分工藝流程的自動變負荷控制。空分設備中的變負荷的承載能力大小主要取決于空壓機、精餾塔和循環增壓機等空分設備負荷調節能力大小以及生產產品的需求標準［1］。

通常情況下，自動變負荷控制可以分為指令控制和目標控制兩種控制方式。指令控制方式，就是指可以通過人工任意的設置某一產品氧氣量（被控量）的大小（SV值），當用戶要求增加產品的送氧量時，可以增大送氧量的SV值，不改變氧產量PV，則其偏差（△D=PVSV）將會減少，這樣通過對偏差△D的控制就可以完成自動變負荷的控制。目標控制方式，就是通過一定的目標被控量來完成產品的變負荷自動控制。例如，某一產品中，將氧管網的壓力看作目標被控量，SV值保持不變，當用戶要求增加產品的用氧量時，就是減少管網的壓力PV值，此時的偏差△D將會減少；當用戶要求減少產品的用氧量時，控制方向則相反。

3　空分設備中自動變負荷控制技術應用趨勢

隨著科學技術不斷進步發展，國際市場發生著日新月異的變化，空分技術更加趨于信息化、規模化、智能化和壟斷化。突破發展空分設備制造核心技術、有效解決由于設備的規模擴大引發的耦合關聯控制等諸多問題、努力提高空分設備的能效將成為我國國內空分行業亟待解決的重大課題。

如今，環境污染的日益嚴重，能源價格的不斷抬高，工廠企業對產品要求的隨之提高，國內對空分行業的競爭也日漸激烈。我國國內現在已經進口很多套的空分設備自動變負荷控制技術，并得到了實際廣泛應用，為廣大的企業工廠增強了綜合控制能力，節約了單位產品的成本，減弱了工人的勞動強度，贏得了廣大企業用戶的肯定與支持，國內用戶越來越多的青睞空分設備自動變負荷控制技術。

20世紀80年代中后期，本溪鋼鐵有限公司10000m3/h空分設備首次引進自動變負荷技術，但因為各種原因，自動變負荷系統并沒有得到正式投用［2］。1997年，萊蕪鋼鐵有限公司12000m3/h空分設備引進了德國公司的自動變負荷控制系統（該系統具有一級的分布式控制系統、可編程邏輯控制器系統控制和二級自動變負荷控制）實現了70%～100%的負荷變化，調節時間小于1小時［3］。2000年以前，空分設備規模一直徘徊在15000m3/h這個等級，從2000年杭氧有限公司與濟鋼有限公司簽訂的首套20000m3/h空分設備以后，我國的空分設備大型化的進程才開始［4］。此后，渭河化肥廠40000m3/h分控設備和兗礦國泰化工60000m3/h空分設備都相繼引用了法國公司的自動變負荷控制系統，使負荷實現了70%～105%的變化。2008年底，杭氧有限公司獨立創新，刻苦專研，自主研發的自動變負荷先進控制系統打破了空分行業國外公司的壟斷，填補了我國國內變負荷控制技術的漏缺，形成了我國獨特自主知識產權的尖端技術自動變負荷控制系統。

空分設備自動變負荷控制技術的應用與推廣，降低了產品的成本，提高了產品效益和能源利用率，避免了因人為操作不當而造成的損失，降低了氧氣的放散，延長了純化操作時間，減少了空分裝置的損耗和切換損失。氧氣的空氣流失量由7%降低到4%左右，能量損耗也減少了2～3%。

4　結語

隨著國民經濟的穩定快速發展，科學技術的不斷進步和自主創新能力的不斷提高，為我國的空分行業帶來了新的發展機遇，同時與國外的空分市場的競爭也愈加激烈。在倡導節能減排、生態和諧的新形勢下，我們不但要提高空分設備和加工工藝的技術水平，更要整體提升我國空分設備的信息化和自動化水平。

［1］周芬芳，王凱.空分設備自動變負荷先進控制技術［J］.深冷技術，2014（3）：16-20.

［2］肖家立.鋼鐵企業氧氣放散與空分設備負荷調節［J］.深冷技術，2012（6）：3-7.

［3］利銘，史保鋒.自動變負荷技術在空分裝置中的作用［J］.工業儀表與自動化裝置，2013（5）：44-45.

［4］周智勇.大型空分設備技術現狀及進展［J］.杭氧科技，2014（3）：1-6.