空分設備自動化控制系統的設計與應用

趙強

摘要：空分設備自動化控制的實現能夠有效強化系統運行的智能化程度，實現系統的自動化調節、控制與保護，降低了操作人員.的工作量及工作難度，從而為企業帶來更大的經濟效益，進一步促進企業的長久發展。文中首先簡要介紹了空分設備工藝流程及自動化設計，然后分別從DCS系統、分子篩自動控制、壓縮機自動控制以及其他系統的自動控制對空分設備的自動化控制設計與應用進行了介紹，供相關工作人員參考借鑒。

關鍵詞：自動化控制;空分設備;設計與應用

中圖分類號：TB663

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）03-0013-02

0引言

對空分設備進行自動化控制能夠實現系統的人機對話，使操控過程及控制原理更為清晰、直接的呈現出來，降低了系統操控的復雜程度。并且，自動化控制的空分設備具有良好的聯鎖保護功能，能夠確保系統穩定、安全的運行。文中以天津鋼鐵有限公司兩套28000m'/h空分設備的設計與應用為例，對空分設備自動化控制系統的設計與應用進行了介紹。

1空分設備自動化控制系統設計及設備工藝流程

空分設備自動化控制設計的涵蓋范圍較為廣泛，涉及到循環水、加壓汽化、原料空氣過濾、貯槽、空壓機、氮壓機、空氣預冷、氧壓機、分子篩純化、精餾塔以及增壓膨脹機等各個功能系統。該系統設計方案中將DCS系統作為空分設備的樞紐控制系統，中央控制室對系統中的全部設備進行集中控制”。空分設備的工藝流程如圖1所示。

2DCS系統網絡構架設計

DCS系統包括2臺工程師站、1臺交換機、3臺操作站、3個報警鍵盤以及若干1/0卡件、端子板。PKSC200系統的網絡構架可具體細化為3層：以太網層、監控網層以及I/0控制網層。以太網層采用C1ient/Server結構，能夠實現對裝置運行信息數據的實時采集，并能夠通過ODBC進行現場控制站與操作站之間的數據交換，使得操作站可以通過訪問服務器及時了解設備運行信息，實現對生產的全過程監控。監控網層主要采用C200系列混合控制器，該層網絡控制能夠實現對空分過程進行連鎖、連續調節、順序控制、邏輯控制、批處理等多種控制操作，并能夠對系統外圍設備間的通訊進行有效協調。I/0控制網層采用模塊結構裝有輸入、輸出卡件，能夠在保證系統運行不受到影響的前提下實現帶電熱插拔。除此之外，I/0控制網絡對設備運行的開關量和模擬量進行輸入、輸出處理，能夠對空分過程中不同類別、規格的信號進行全方位的檢測及控制。

3分子篩自動化控制

在進行空分操作時，經壓縮處理的空氣需在冷卻塔中進行降溫，當溫度降低至17°C時，使其按照自，上而下的方向進入分子篩，分子篩可以吸附空氣中的有害雜質，對空氣進行凈化處理。在進行空氣凈化的過程中，分子篩吸附器通常成對出現，一只處于工作狀態、一只處于再生狀態，兩只分子篩吸附器交替使用8]。吸附器的再生全過程為排壓處理、系統加熱、空氣吹冷、整體充壓、替換使用。分子篩的自動化控制首先嚴格根據工藝標準及流程設置DCS自動控制程序;其次，通過流程畫面選擇電加熱器對吸附顆粒進行系統加熱;再次，通過均壓閥控制將時間均等分為10份，并采用二折線方式對均壓閥的開度進行調解;最后，在系統運行出現異常時，通過DCS操控或操作工進行流程畫面操控暫停分子篩運行，進行設備檢修維護41。

4壓縮機自動化控制

在進行控制機組的自動化設計中，要充分滿足供貨方對其提出的功能需求，并實現安全由DCS系統控制運行。因此，在進行編程設計時，必須進行多方考量，確保功能詳細周到并嚴格控制偏差。使用DCS系統實現壓縮機的自動化控制能夠有效提高空分設備的經濟性能，并能夠實現控制原理可視化，使得中控室對機組進行更有效的監管控制。

4.1空壓機的自動控制

首先，當監控系統確定外界環境滿足空壓機的啟動要求后，由DCS系統對其發出啟動信號進行就地啟動;然后在空壓機運行過程中系統對其進行自動化的加載控制，根據空壓機入口導葉的位置，進行防震喘的自動控制;最后，根據系統運行過程中軸承溫度、油壓、震動、位移等設備參數進行聯鎖停車控制。

4.2氧壓機的自動控制

氧壓機的自動化控制分為3個步驟，首先根據檢測系統的數據反饋對外界條件進行判斷，在滿足運行的工藝條件后，點擊流程畫面中的準備選項進行自啟動控制;其次，在接到主控室的調度指令后，按下正常停車選項，進行氧壓機正常停車控制;最后，在氧壓機運行出現異常或嚴重故障時，按下緊急停車選項，進行重故障停車控制。

通過對壓縮機自動化控制系統的設計及應用發現，在進行壓縮機防震喘控制過程中，對于變速器的選擇應更加精準。普通的變速器無法滿足防震喘的功能需求，必須使用快速變送器。其次，在進行壓縮機組設計時應盡量使系統配備單獨的震喘探測器，以便實時監控壓縮機組的震喘情況。若無法滿足專門配置震喘探測器則應考慮在DCS控制系統實現對震喘系統的實時監測[5]。

5其他系統自動化控制

首先，在進行空氣預冷系統自動化控制過程中應及時檢測空冷塔水位高度。當其水位穩定后若出現超高狀態，則應在一定程度上打開控制閥;若穩定后的水位偏低，則應適當關閉控制閥門。除此之外，必須保證對空氣預冷系統實現邏輯控制，避免空冷塔水位過高流進分子篩，造成分子篩運行異常：并對上、下兩段進水量實時監測，發生異常及時報警。其次，在進行循環液泵優化設計后，用液位控制取代壓力控制實現對回流閥進行控制。再次，為保證空分設備運行的安全性，將傳統的中控室控制充槽車泵、充瓶泵啟動，更改為就地啟動。最后，在系統內配備備用的增壓膨脹機，保證系統內膨脹機處于“一運行，一備用”的狀態。進行增壓膨脹機轉速控制時，可以對其流閥及噴嘴開度進行適當調節，并按照設備運行時的氣壓、溫度、轉速、油供等聯鎖值對處于故障運行的膨脹機采取緊急切斷處理，實現對膨脹機的聯鎖停運6]。

6結束語

在本次設計及應用的過程中，通過對空分設備的自動化控制設計實現了一次性開車成功。據檢測，PID調節及系統數據監控均準確可靠，空分產品中的氧、氮、氬含量及質量均符合生產標準;壓縮機系統在運行過程中實現了自動化調節防震喘;分子篩系統“一運行，一再生”交替運行正常，極大程度地降低了操控人員的工作量及工作難度;系統聯鎖保護運行正常，穩定性較高。綜上所述，空分設備自動化系統的設計與應用能夠有效強化系統運行的安全性、可靠性、智能性，從而為企業創造更大的經濟效益，對企業的具有重要的現實意義。

參考文獻

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