試論大型煤化工型空分設備及其自動控制技術

馬志虎（神華寧夏煤業集團烯烴一分公司，寧夏 銀川 750411）

試論大型煤化工型空分設備及其自動控制技術

馬志虎（神華寧夏煤業集團烯烴一分公司，寧夏 銀川 750411）

文章從ITCC控制技術、SIS安保連鎖系統和自動變負荷技術三個方面，對大型煤化工型空分設備及其自動控制技術進行了簡要論述。期望通過本文的研究能夠對提高相關機組的運行穩定性有所幫助。

煤化工；空分設備；自動化控制

在煤化工生產中，空分設備是不可或缺的重要組成部分之一，它的運行穩定與否直接關系到煤化工產品的質量和生產能效。為進一步提升空分設備的運行安全性和可靠性，可將自動化控制技術合理應用到空分設備當中。借此，本文就大型煤化工空分設備及其自動化控制技術展開論述。

1 空分設備中的ITCC控制技術

在煤化工生產過程中，蒸汽通常采用的都是自產方式，一臺汽輪機可拖動空壓機組、增壓循環壓縮機組。ITCC又被稱之為CCS壓縮機組綜合控制技術，具體是指采用獨立于DCS系統的CCS系統對汽輪機、空壓機和增壓機進行自動化控制。在這種控制方式下，控制系統中所有與自動化控制功能有關的器件全部通過TUVAK6級安全認證，主要包括內部總線、I/O接口、主處理器、容錯裝置、系統電源等等。CCS將自動化控制與聯鎖保護進行了集成，從而使兩者形成了一個有機整體，具體的控制功能有機組負荷自動調節、防喘振控制、汽輪機調速、回路控制以及程序控制等等。借助CCS系統的操作站，可對機組中相關的單元設備進行遠程啟停，同時還能進行監控和報警，不僅如此，利用工業以太網，還能實現與DCS系統之間的數據通信，由此使得整個控制過程更加有效。

2 空分設備中的SIS安保聯鎖系統

SIS安保聯鎖系統采用容錯技術、冗余技術，并進行故障安全設計，能夠保證該系統可靠運行。壓縮機組利用該系統可對事故進行區分，并發生報警，提供有關事件發生順序的信息，為分析事故原因提供可靠依據。空分設備需要在安保聯鎖系統中輸入連鎖停車信號，該系統獨立于DCS系統運行，當發生故障時，可立即啟動系統的保護措施，保護空分設備安全運行。該系統還可以與機組聯鎖停車系統對接，在裝置發生故障的情況下，可通過聯鎖操作降低空分設備運行負荷。在DCS控制系統中，可進行機組操作控制，并將相關信號輸送到安保聯鎖系統中，通過信號分配確保DCS系統與SIS系統能夠分別獲取重要信號。將專用的調速裝置配備在汽輪機組調速系統中，可保證調速的準確性。在DCS控制中，需要將所有信號接入，使系統具備調節機組負荷、控制機組喘振、控制機組內部單元設備回路、控制系統顯示、控制程序以及控制安保聯鎖系統的功能。同時，還要在DCS系統中，配備三選二超速保護系統和汽輪機調速系統，以保證系統可靠運行。

3 空分設備中的自動變負荷技術

3.1 自動變負荷技術

該技術根據后續用氧的負荷變化對氧氣量進行設定，自動調整空壓機入口導葉，進而達到調節空分設備回路、流量、液位的目的，并在規定時間內使氧氣產量達到要求。自動變工況需要在預測階段人為設定空分設備需要的液氧量，并對設備回路進行調節，如調整膨脹機的膨脹量，以保證液氧量達到設定量要求。自動變負荷技術與自動變工況技術均需要以保證產品純度為前提，針對液體產品不同的產量要求，對相關變量進行設定，確定最佳控制方案，強化對設定點的有效控制，從而有效降低能耗。

3.2 具體應用

在自動變負荷技術中，引入了多變量預測控制技術，即MPC。MPC建立在測試模型基礎上，在工業控制現場中得到了廣泛應用，取得了良好了應用效果，是一種當前較為先進的控制技術。MPC技術能夠在預測時域內（一般設置在未來的時間段）通過輸入最佳序列從而對輸出的計算結果進行優化，該技術的應用主要包括模型預測、滾動優化以及反饋校正三個部分，具備魯棒性較好的技術優勢，可應用于大滯后強耦合情況。在自動變負荷過程中，需要人為改變主要產品的產量設定值，如氧氣、液氮、液氧等產量設定值，有效控制工藝參數設定點，為自動變負荷奠定基礎。通過平穩操作變負荷過程，可有效改善產品質量，避免出現人工變負荷操作失誤。

3.3 應用效果

自動變負荷技術能夠實現對操作流程的跟蹤調節與控制，為產品質量提供有力保障。該技術的變負荷能力可達75%-105%，變負荷調節速率為每分鐘可調節1%，具備調節速度快、變化用時短等優勢。與人工變負荷調節相比，自動變負荷技術大幅度提升了調節速度，并且有效降低氧氣放散量。在空分設備中采用自動變負荷技術，能夠按照預設的速率對變負荷進行調節，從而保證空分設備生產的產品達到高質量要求，同時保證空分設備穩定運行，降低故障發生幾率。

4 結語

綜上所述，對于大型煤化工而言，由于其生產過程的特殊性，從而使其對空分設備的運行穩定性提出了較高的要求，為此，應當將各種先進的自動控制技術合理運用到大型煤化工空分設備當中，借此來對空分設備的運行過程進行有效的控制，從而在確保相關機組運行穩定的同時，提高生產能效和產品質量，這有助于推動我國煤化工行業的持續發展。

[1]王文忠.大型煤化工型空分設備及其自動控制技術[J].科技傳播,2012(1):126+130.

[2]秦洪濤，齊春輝.煤化工中大型空分裝置自控系統電源系統設計[J].工業儀表與自動化裝置,2009,35(3):91-93.

[3]俞洪超，李文政，俞文光.大型煤化工綜合園區控制系統通信網絡的設計及實現[J].化工裝備技術,2014,35(5):47-49.

馬志虎（1985-）,男，回族，寧夏固原人，本科學歷，神華寧夏煤業集團烯烴一分公司，工程師，研究方向：深冷技術。