基于自动变负荷技术的空分系统优化控制
基于宽负荷调节的协调控制优化
基于宽负荷调节的协调控制优化摘要：为确保电网对于火力发电机组宽负荷调峰响应的要求，并提高机组运行的灵活性、经济性和稳定性，结合我厂超临界燃煤机组实际情况，在不经过机务改造的前提下，通过对协调控制系统进行纯控制优化，达到提高协调控制品质，并且保障机组安全、稳定、经济运行。
通过对机组部分负荷变动数据分析，可以得结论：协调控制系统品质显著提升，能够满足电网深度调峰及日常调频调节要求，为电厂实现宽负荷调峰、灵活性运行提供了技术保障。
关键词：协调控制，火电厂，宽负荷调峰1协调及子功能控制优化内容1.1锅炉主控重新构造变负荷前馈：根据变负荷速率、负荷跨度及压力变化趋势动态确定前馈量，并根据压力偏差使该前馈量可提前刹车或延迟结束；当负荷开始变化时，该前馈量迅速变化，以快速补偿锅炉惯性；负荷变化结束时，前馈量缓慢结束，保证锅炉能量的稳定。
该前馈量作用至煤量、送风、引风机、一次风、减温水、脱硝等系统。
新建锅炉主控=压力闭环调节器+可变压差微分+超压踢煤+能量前馈+负荷指令前馈，提高锅炉针对各个工况下压力调节的快速性，提高响应能力。
将锅炉主控改为变参数调节，比例、积分、微分相互分离，以适应不同工况下调节需求；采用动态、静态不同参数，以适应锅炉运行情况。
表1锅炉主控参数表表2比例分段函数表表3积分分段函数表表4微分分段函数表主蒸汽压力是衡量机组锅炉蒸汽产量与负荷是否匹配的重要指标，主蒸汽压力在出现较大波动时，意味这锅炉和汽机能量不平衡，影响机组安全稳定运行。
通过优化增加压力偏差大、静态偏差大快速踢煤回路，从而保证主汽压力有效精准可控。
表5压差踢煤函数表主汽压力压差（SP-PV）锅炉负荷指令（MW）-100-13-2-13-1.5-10-0.8-60.861.51021310013表6踢煤分段函数表锅炉负荷指令（MW）踢煤系数00.2700.21050.31350.41500.81751215127513151350138014001锅炉主控传递函数见图1。
试论大型煤化工型空分设备及其自动控制技术
试论大型煤化工型空分设备及其自动控制技术摘要：自动化控制系统作为整套空分设备的重要组成部分，与空分设备流程不同，其控制特点也不同。
大型煤化工型空分设备的流程控制特点，分析空压机、增压机、汽轮机三大机组的控制技术、高压氧气阀门的应用技术、高压液氧泵和相关阀门的控制技术以及机组相互关联控制技术。
关键词：大型煤化工型空分设备；控制技术前言在煤化工生产中，空分设备是不可或缺的重要组成部分之一，它的运行稳定与否直接关系到煤化工产品的质量和生产能效。
为进一步提升空分设备的运行安全性和可靠性，可将自动化控制技术合理应用到空分设备当中。
借此，本文就大型煤化工空分设备及其自动化控制技术展开论述。
1、空分设备中的IT CC控制技术在煤化工生产过程中，蒸汽通常采用的都是自产方式，一台汽轮机可拖动空压机组、增压循环压缩机组。
ITCC又被称之为CCS压缩机组综合控制技术，具体是指采用独立于DCS系统的CCS系统对汽轮机、空压机和增压机进行自动化控制。
在这种控制方式下，控制系统中所有与自动化控制功能有关的器件全部通过TUVAK6级安全认证，主要包括内部总线、I/O接口、主处理器、容错装置、系统电源等等。
CCS将自动化控制与连锁保护进行了集成，从而使两者形成了一个有机整体，具体的控制功能有机组负荷自动调节、防喘振控制、汽轮机调速、回路控制以及程序控制等等。
借助CCS系统的操作站，可对机组中相关的单元设备进行远程启停，同时还能进行监控和报警，不仅如此，利用工业以太网，还能实现与DCS系统之间的数据通信，由此使得整个控制过程更加有效。
2、空分设备中的自动变负荷技术2.1、自动变负荷技术该技术根据后续用氧的负荷变化对氧气量进行设定，自动调整空压机入口导叶，进而达到调节空分设备回路、流量、液位的目的，并在规定时间内使氧气产量达到要求。
自动变工况需要在预测阶段人为设定空分设备需要的液氧量，并对设备回路进行调节，如调整膨胀机的膨胀量，以保证液氧量达到设定量要求。
空分中的变负荷控制
空分中的变负荷控制作者：路少中刘连芳舒行科巢勇来源：《数字技术与应用》2010年第06期摘要:以某化肥厂空分设备为例,详细介绍了自动变负荷控制系统及其工作原理,以及各关键工艺参数的实现过程;变负荷技术在空分中的应用还要受到压缩机喘振曲线的限制,进而介绍喘振的知识,在通用性能曲线的限制下使得变负荷控制在空分设备中正常稳定的运行。
关键词:空分设备,自动变负荷,控制系统,防喘振引言随着空分技术的不断发展,我国的空分工艺流程组织也经历了几代变革。
目前出现的全低压制氧机,采用的是低温法分离空气,由内压缩流程完成生产。
其主要工艺流程包括以下几个部分:空气压缩、空气冷却、空气纯化、换热液化和低温精馏。
目前空分行业广泛关注的是面对当前空分设备大型化程度的提高,如何减少产品气放散量,保证物料平衡,并且在不同的负荷情况下怎样控制设备的总能耗、保证整个系统安全经济运行是设计者着手研究的方向。
空分工艺过程该空分设备采用常温分子筛吸附、增压透平膨胀机、规整填料上塔和全精馏无氢制氩技术、氧氮产品内压缩流程。
其动力来源于一台仅有1/3负荷能力的电机和一台具有2/3负荷能力的尾气透平机。
流程如上图所示。
在上述装置刚刚启动运作时,还未曾产生尾气,所以此时空压机只是依靠同步电机拖动。
如果此时的负荷量超过同步电机所能承受的范围,电机可能有损坏的危险。
随着生产过程不断进行,气体温度以及尾气量也开始增加,尾气透平机开始工作,整个系统的负荷亦随之增大。
变负荷控制系统由空分工艺流程可知空分系统的负荷变化范围不仅大而且是较长时间的缓慢过程。
若某一时刻加量过快,将会对同步电机构成威胁,加量太慢又不能使尾气透平机的功率得到充分的利用。
针对空分装置各主要参数诸如空气量、氧气量、膨胀空气量、膨胀空气旁通量、粗氩流量、氩馏分量、空压机排气压力和下塔阻力等的频繁变化的特点,采用适合的调节方式对这些变动的负荷进行调节,使空压机保持在适当的工况下运行。
变负荷调节的关键是根据空压机所承载负荷的变化情况,确定当前的加工空气量和其他工艺参数。
基于自动变负荷技术的空分系统优化控制
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空 分系统 耗 电总 量为７ ０ ％ ，这 在很大 程度 上就 实现 了本课题 目 标一节 能降耗 。 （ ２ ） 在 预冷环 节， 由于总量 的减 少及 压缩 温 度的变化 ，根据 自动变负荷技术控 制相应 的 流量 与温度调节伐 ，这样就可 以降低 冷水量 的 喷淋 ，冷量 的减少就 意味着预冷环节 做功量减 少 ，相应的能耗也就 降低 了 。在进入 到纯化系 统 时，因为总量 的原因，分子筛 的再 生过程就 不 需要那么 多的热量，吹冷过程时 间缩短 ，压 力也不需要升 的太 高，根据变 负荷控 制可 以将 相 应的调节伐 关小，这样 能耗就 会下降。 （ ３ ） 在 精馏环 节会涉 及到产 品气体量 、温 度 量 、压力量 、膨胀量等众 多因素 的变化 ，这 时 自动变 负荷控 制的优势就会 显现 出来 ，它可 以根据此时精馏 塔内各参数量 的变 化 ，依据 实 际产 品 量 的设 定需 求 ，实时 调整 各 阀 门的 开 度 ，以满 足当前的生产 需求 ，这样就会带 来相 应的能耗优化 ，如膨胀机不 需要制出那么 多的 冷量，从而降低了膨胀 机的能耗 。 图３ 为 生产 一定的产 品气体 量运 用变负 荷 控制前后能耗对 比图。 本 文通 过研 究 自动 变 负荷 技术 来分 析 空 分系统 的能耗优 化过程 。运 用 自动变 负荷 技术 可 以很好 的解决产品量变化 的不同要求这 一问 题 ，减少 了无功生产 、降低 了产品气体 的放 散 率 。根据 自动变负荷技 术可 以实时改变 自动 控 制或手动 控制 ，实现把 能耗 标准降到 小于 等于 标准值 ，从而达到节能 目的。
大型空分设备自动变负荷优化控制系统获“中国机械工业科学技术奖
图11 控制油泵启停逻辑3 结束语现今控制系统的市场竞争越来越激烈，各个DCS系统生产厂家的产品功能也越来越强大。
过去通常是在压缩机控制系统（CCS）中实现对三大机组的监测、控制和联锁，而在双鸭山杭氧26000 m3/h空分项目中，将三大机组工艺过程参数的监视和控制在空分设备的DCS系统中实现，减少了一套CCS系统的投资，降低了维护成本，节省了备品备件等费用支出；同时使三大机组的控制与空分设备的控制更好地融合在一起。
从调试运行的效果来看，DCS系统可以承担三大机组的控制和联锁，确保用户生产安全、稳定进行。
2016年度“中国机械工业科学技术奖”正式发布中国通用机械网2016年10月30日报道，近日，2016年度“中国机械工业科学技术奖”正式发布，特等奖1项，一等奖35项，二等奖119项，三等奖189项。
通用机械行业获得一等奖4项，包括由沈阳鼓风机集团股份有限公司、沈阳透平机械股份有限公司、中国寰球工程公司、西安交通大学和大连理工大学完成的年产60万吨天然气液化装置用双混合冷剂离心压缩机组研制项目，由合肥通用机械研究院、台州环天机械有限公司、沈阳透平机械股份有限公司和中国石化股份有限公司广州分公司完成的大型往复压缩机流量无级调节系统关键技术及应用项目等；二等奖10项，包括由开封空分集团有限公司完成的35000 m3/h全提取空分装置研发项目，由杭州杭氧股份有限公司和浙江大学完成的大型空分设备自动变负荷优化控制系统项目等；三等奖12项，包括由机械科学研究院浙江分院有限公司和杭州杭氧股份有限公司完成的大型空分设备用高压板翅式热交换器翅片自动化生产线开发和应用项目，由兰州高压阀门有限公司完成的极高压力氧气阀项目等。
大型空分设备自动变负荷优化控制系统获“中国机械工业科学技术奖”二等奖2016年12月31日《杭氧报》报道，近日，杭氧股份 “大型空分设备自动变负荷优化控制系统”项目在全国众多优秀科研项目中脱颖而出，荣获“2016年中国机械工业科学技术奖”二等奖。
空分设备自动变负荷控制技术探讨
但 因为各种原 因， 自动变 负荷 系统 并没 工厂在生产 过程 中， 对氧气的使用是间歇性的 ， 便 引起 空分 装置 的 首次引进 自动变负荷技术 ， 有得到正 式投用［ ２ １ 。 １ ９ ９ ７ 年 ， 莱芜钢铁 有限公司 １ ２ ０ ０ ０ ｍ ／ １ － １ 空分设备 负荷需求发生了大幅度 的变动 ， 而由于空分装置的大滞后性和大惯
１空 分设 备 工 作原 理
空分设备原名空气分离设备 ， 是一 种以空气为原料 ， 通过动力 、
内现在 已经进 口很多套的空分设备 自动变负荷控制技术 ， 并得 到了 实际广泛 应用 ， 为广大的企 业工厂增强了综合控制能力 ， 节约 了单
减弱了工人的劳动强度 ， 赢得 了广大企业用 精馏等 位产 品的成本 ， 定与支持 ， 国内用户 越来越多 的青 睐空分设备 自动变负荷控 制技 系统从液态空气 中逐步分离生产出Ｎ …０及Ａ ｒ 等惰性气体的设备。
切换变负荷的技术。 它是一种 以现代控制系统理论 、 流程模 拟理 论 术的漏缺 ， 形成了我国独特 自主知识产权的尖端技术 自动变负荷控 和实时监控 技术为依据 ， 通 过计算机来 完成试验数据 的传输和 处 制系统 。 理， 不同模 型的识别 、 控制性能 的监视、 控制规律 的计算和系统整体
压 机等空分设备负荷调 节能力 大小以及生产产 品的需求标准［ 】 】 。
的损耗和切换损失。 氧气的空气 流失量 由７ ％降低到４ ０ ／ ０ 左右 ， 能量损 通常情况下 ， 自动变负荷控制可 以分为指令控制和 目标控制两 耗也 减少 了２ ～３ ％。 种控制方式 。 指令控制方式 ， 就是指可 以通过人工任意 的设置某一 ４结 语 产品氧气量（ 被 控量 ） 的大ｌ Ｊ ￣ （ Ｓ Ｖ 值） ， 当用户要求增加产 品的送氧量 随着 国民经济的稳定快速发展 ， 科学技术的不断进步和 自主创 时， 可以增大送氧量的ｓ Ｖ 值， 不改变氧产量Ｐ Ｖ， 则其偏差（ ＡＤ ＝ Ｐ Ｖ — 为我 国的空分行业带来 了新 的发展机遇 ， 同时 ｓ ｖ ） 将会减少 ， 这样通过对偏差ＡＤ 的控制就可 以完成 自动变负荷 的 新 能力 的不断提高 ， 与国外的空分 市场的竞争也愈加激烈 。 在倡导节 能减排、 生态和谐 控制 。 目标控 制方式 ， 就是通过一定 的目标被控量来 完成产 品的变
空分设备先进控制解决方案
・８７・
后续工业过程对氧气、氮气需求量变化的影响。当空分设备负荷需求大幅度变动时，空分设 备在生产过程中不可能将生产能力立即提高或降低，实际生产中经常出现氧气放散或供不应
求的现象，前者造成了大量的能耗与经济损失，后者则影响了后续工业过程的生产。因此迫
・８４・
切需要根据空分设备的实际生产特点开发自动变负荷生产控制技术，即根据用户用氧量的变 化自动调节生产运行工况，运行参数在自动控制过程中向最佳点逼近，以降低氧气放散量和 减少电耗（汽耗），实现优化操作，从而进一步平稳生产，保证产品质量，降低劳动强度。
可见，在空分设备上应用先进控制和自动变负荷技术是进一步提高装置自动化水平，实
现节能降耗的研究方向，也是当前空分行业的迫切需求。
３先进控制方案
应用多变量模型预测控制及智能控制技术，并结合空分设备的生产特点，设计以产品产
量为目标的自动变负荷控制及装置优化控制系统，建立主塔、粗氩塔与精氩塔的动态数学模 型，优化精馏塔操作，实现装置液化能力的动态调节，稳定关键产品纯度控制指标，达到平
２空分设备先进控制重要性的分析
空分设备的工艺流程比较复杂，各工段的生产装置如空压机、膨胀机、精馏塔等控制点
较多，且多个变量彼此关联、相互制约，给过程控制提出了较高的要求。随着计算机过程控
制的迅速发展，大多新设计的空分设备均采用了Ｄｌ墨控制系统。ＤＩＣＳ控制系统较好地实现 了空压机的联锁保护和防喘振控制、分子筛纯化系统的时序控制以及其他常规控制等。ＤＣｓ 控制系统的应用在一定程度上平稳了装置的运行，提高了装置的控制水平。由于空分设备流 程复杂，各单元部机间联系密切，整个过程的物料流和能量流相互影响；且精馏塔系统的冷
产负荷调整的平稳过渡。此自动变负荷控制系统可实现在氧气设计产量７０％～１００％范围内
自动变负荷及优化控制在空分设备中的应用
技术的难点 ，结合 国内首套 国产 空分装置 的 自动变 负荷 及优 化控制应用情况 ，对空分设备 自动变
负荷及优化控制的系统结构和操作流程等进行了较 全面 的阐述 。 【 关键词 】 自动变负荷 ；优化控制 ；控制系统 ；空分设备 Ｑｌ ｌ ６ ． １ １ 中图分 类号 Ｔ 文献标 识码 Ｂ
第２ ７卷第 ３期 ２ ０ １ ３年 ６月
制冷与空调
Ｒｅ ｆ ｒ ｉ ｇ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ａｉ ｒ Ｃｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ
、 ， ０ １ ． ２ ７ Ｎｏ ． ３ Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３ ． ２ ６ ６ ～２ ７ １
投产 ， 第二 套 空分装 置也 于 ２ ０ ０ ８年 １ ２试车 成功 后 停车 ， 两 套空分 于 ２ ０ ０ ９ 年１ １ 月通过 性 能考核 。 ２ ０ ０ ９
煤 化 工 和 航 空航 天 等 领 域广 泛 采 用 的大 型气 体 设
备， 我国每年用于空分设备的能源消耗很大， 约占 空分装 置成 本 的 ６ ５ ％￣８ ０ ％， 但 能源 利用 率相 对较 低。 同时 ， 由于气 体用 户需 求呈现 间歇式 或不 均衡 、
ｏ ｐ ｅ ｒ ｔｉ ａ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｒｅ ａ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ．
［ Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ］ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ Ｖ ｒｉ ａ ａ ｂ ｌ ｅ ． １ ｏ ａ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｒ ｔ ｏ ｌ ； Ａｄ ｖ ｎｃ ａ ｅ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ； Ｃ ｏ ｎ ｒ ｔ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ； Ａｉ ｒ Ｓ ｅ ｐ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ
空分设备自动变负荷先进控制技术
为误操作因素影响。变负荷时主要的可以设定的产品包括：氧气、液氧、液氮。
４
自动变负荷的技术特点
根据工艺要求，氧气产量需求不同，各控制回路的最佳设定值也不同（即工况要求相应
地改变）。变负荷调节系统，根据氧气产量的需求变化，经过准确合理的流程参数模拟计算，
６主要控制策略
自动变负荷控制系统的主要控制策略是基于稳态流程模拟和动态模拟仿真的过程对象数
学模拟。
建立基于过程对象数学模型的ＭＰＣ模拟预测控制系统，使用过程动态模拟和可测量信 息来预测过程输出的未来行为。预测控制技术是一种基于模型、滚动优化并结合反馈校正的
优化控制算法。预测控制综合利用实时信息和模型信息，对目标函数不断进行滚动优化，并
率超过了合同要求。
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１基本设计思路
首先在流程设计计算过程中，针对７５％～１０５％不同负荷范围做流程模拟计算并建立数 学机理模型；结合静态分析，建立了空分设备自动变负荷的控制变量、操纵变量及扰动量等
确定关键监控点。将上塔、下塔、粗氩塔、精氩塔以单元形式相互独立并相互关联分析。其 他系统在满足主要单元部分正常工况的情况下，通过调整机组导叶、机组喷嘴、冷却水流
８结束语
以空分设备模型化、控制和优化综合技术为核心的空分设备自动变负荷控制系统，之前 在国产设备上还是空白。南钢２００００ｍ３／ｈ空分设备自动变负荷控制系统的顺利运行，实现 了我国空分设备以流程模拟、优化控制、自动变负荷生产为核心的新一代主控系统的高技术 产品，提升我国空分设备的智能化、信息化高技术水平和装备的国际竞争力。本项目以实现 空分设备自动变负荷为核心的新一代主控系统，极大提高了空分设备的自动变负荷能力和优 化控制节能效果，加速我国空分行业的信息化、智能化进程，带动一大批相关技术和产业的 发展：推动我国空分设备信息化、智能化的发展，推动我国冶金、化工、石化等空分设备应
igcc机组空分系统自动变负荷控制分析
９７９
ＩＧＣＣ机组空分系统自动变负荷控制分析
袁广武 吴 楠 王赞惠 侯兴鑫
（华 能 （天 津 ）煤 气 化 发 电 有 限 公 司 ）
摘 要 介绍了某 ＩＧＣＣ电厂机组的发电流程和该 电 厂 空 分 系 统 的 工 艺 流 程。针 对 机 组 投 产 以 来 一 直 存在的空分系统负荷控制处于操作员手动模式的 现 状，分 析 空 分 装 置 的 运 行 特 点，提 出 从 空 压 机、增 压 机和液氧泵 ３个主要环节实现空分装置自动变负荷控制功能，实际运行表明：改进方 案 提 高 了 机 组 的 自 动 化 程 度 ，减 少 了 人 员 操 作 误 差 ，降 低 了 运 行 风 险 。 关 键 词 自 动 变 负 荷 空 分 系 统 ＩＧＣＣ 控 制 逻 辑 中图分类号 ＴＱ０５６．２ 文献标识码 Ｂ 文章编号 １０００３９３２（２０１９）１２０９７９０４
空分 装 置 处 于 ＩＧＣＣ系 统 的 最 前 端，其 产 品 气氧气直接供 给 气 化 炉 参 与 燃 烧 反 应，氧 气 产 量 和纯度决定了 气 化 炉 的 负 荷 和 燃 烧 质 量，因 此 所 谓空分装置的负荷调整反映在对其氧气产量的调 整 上。 该 公 司 ＩＧＣＣ电 站 空 分 装 置 设 计 负 荷 为 ４６０００Ｎｍ３／ｈ，空 分 负 荷 调 整 通 过 改 变 空 压 机 入 口 导叶开度改变 空 压 机 进 气 流 量，控 制 空 压 机 出 口 压力，由于进气流量发生变化，需要调整增压 机入 口调阀开度，以调整增压环节的进气流量，同 时调 整膨胀机的机 前 空 气 温 度，最 终 改 变 进 入 精 馏 塔 的空气量，实 现 空 分 装 置 负 荷 的 调 整。 再 通 过 液 氧泵和氧放空阀控制供给气化炉氧气的压力和流 量，维持气化 炉 燃 烧 反 应。 在 负 荷 调 整 期 间 需 保 证 空 压机 和增压 机被 控 制在 喘 振 线 之 外 ，确 保 转
变负荷下的空气压缩系统自调节控制研究
变负荷下的空气压缩系统自调节控制研究周大寒;江爱朋;胡俊杰【摘要】建立了常用螺杆机的运行能耗模型,储气罐以及进气阀模型,在加卸载控制方式下,利用Matlab对其运行过程进行了仿真,通过仿真确定了各负载率下最优卸载压力线,最后结合最优卸载压力,将负载率分段,提出了一种自动调节节能策略,并通过仿真证明了该节能方案可以使空压机系统产气压力波动小,在满足用户用气需求的前提下,系统总能耗有所降低.【期刊名称】《能源工程》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】5页(P15-19)【关键词】能耗模型;卸载压力;自动调节;节能【作者】周大寒;江爱朋;胡俊杰【作者单位】杭州电子科技大学能量利用系统与控制研究所,浙江杭州 310018;杭州电子科技大学能量利用系统与控制研究所,浙江杭州 310018;杭州电子科技大学能量利用系统与控制研究所,浙江杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】N945.12在工业生产过程中，压缩空气作为一种环保、方便、高效的能源越来越多地应用在各个环节。
在压缩机的控制系统中，如何确保空压机进出口压力稳定以及如何确保压缩过程中流量的稳定十分重要。
随着“绿色环保、节能社会”发展理念不断深入，空压机的节能越来越得到各界重视。
目前对于单台空压机的运行控制方式主要有启停、加卸载、容调控制以及变频控制[1]。
在空压机系统节能的研究上，孔德文等[2]分析了空压机排气压力对容积效率的影响，得到了空压机容积流量的计算方法，建立了螺杆压缩机的能耗模型，并且通过仿真证明了最优卸载压力的存在。
史丽萍等[3]研究了空压机气风量的优化控制，证明了通过论域调整和改善模糊PID控制器参数调整的精度和范围，可以使系统具有良好的自适应能力和鲁棒性。
李莉等[4]从基于优先权、流量匹配、时间均值三个方面分别分析研究了如何提高空压机群的运行效率，尽可能地降低空压机群的运行能耗。
KRICHEL等[5]对螺杆机系统进行了建模，并通过仿真对模型进行了验证。
空分系统自动变负荷先进控制改造
空分系统自动变负荷先进控制改造冯伟;赵东华;张超【摘要】The upgrading project of advanced control system for automatic load change of the air separation system of Zhangjiakou Ziguang Gas Corporation is introduced. Optimized control was achieved and energy consumption of the air separation system was reduced through the upgrading.%介绍了张家口紫光气体公司空分系统自动变负荷先进控制系统改造的具体内容，实现了优化控制，降低了空分的能耗。
【期刊名称】《冶金动力》【年(卷),期】2013(000)011【总页数】4页(P34-37)【关键词】空分系统;增压机;先进控制;自动变负荷【作者】冯伟;赵东华;张超【作者单位】张家口紫光气体公司，河北宣化 075100;张家口紫光气体公司，河北宣化 075100;张家口紫光气体公司，河北宣化 075100【正文语种】中文【中图分类】TQ116.111 引言张家口紫光气体公司6#空分于2006年投产。
装置采用全低压分子筛吸附，全精馏无氢制氩，氧、氩气内压缩，空气中压膨胀等技术，设计能力为15000m3/h氧气。
该装置中的分馏上塔、粗氩塔、精氩塔均采用规整填料作为塔内填充物。
装置在设计上具备3种工况操作和变负荷能力，设计变负能力范围为75%～110%。
2 现状分析空分设备在正常运行中的主要生产成本是电力消耗，减少无功生产、降低氧气放散率，是节约电耗的重要措施，如何使制氧机根据转炉用氧情况自动调节工艺和供气已成为一项重要的工作。
6#空分装置设计有三种的不同的生产工况，在这三种工况下加工空气量均为80000m3/h，其中工况III氧气产量为15800m3/h，工况II 为14200m3/h，可变范围为设计值的94.7%～105.3%。
先进控制技术在空分装置自动变负荷中的应用
先进控制技术在空分装置自动变负荷中的应用发布时间：2021-05-31T06:47:28.022Z 来源：《福光技术》2021年3期作者：刘刚姚雅诺[导读] 需要设计合理，的计算方式，以保证变负荷过程的物料平衡。
青海盐湖元品化工有限责任公司青海格尔木 816000摘要：空分装置的作用是用来生产氧气和氮气，是钢铁冶炼企业有关工作中的重要环节，主要为下游客户提供服务。
由于下游用户对氧气用量的需求呈现间歇性的特点，因此要求空分装置进行频繁的变负荷操作，以满足下游用户需求并减少氧气放散。
整个装置涉及压缩机、膨胀机以及精馏塔等单元设备，前后物料关联紧密且变量间存在耦合，产品纯度控制存在较大滞后。
同时，空分装置的自动化水平往往较低，大都需要人工进行调控，人工调控又难以很好地兼顾各个工艺之间的变量，从而进一步导致产品的纯度不稳定等问题。
在近几年中，模型预测控制技术在石油化工等行业取得了广泛的应用，也为空分装置自动变负荷可行性提供了技术支持。
基于此，本文主要分析了先进控制技术在空分装置自动变负荷中的应用有关内容。
关键词：先进控制技术空分装置自动变负荷1控制难点分析一方面，从正常负荷生产情况来看，整个装置在稳态点附近波动，各控制回路只需小幅调整即可保证装置稳定。
但是，由于周期性工作的分子筛系统每个一段固定的时间就会进行充压，而这时进入系统的空气量与氧气量就会出现短期内的物料不均。
所以，这就需要在充压时提前调整空压机的导叶，以弥补因充压而引起空气量的不足。
另一方面，所谓变负荷操作是指装置从当前的稳态点向目标点进行移动变化，这就使得变负荷操作不仅要保证稳定的生产还要提供一定的速率，大大增加了人工手动变负荷的难度。
在这个过程中有两个问题需要仔细考虑：一是工况调整幅度要与装置自身的承受能力、设备阀门状况相匹配二是装置前后工艺量间的响应存在滞后，如果调节不及时，则会引起物料不平衡，容易出现纯度波动。
在减负荷过程中，如果空气量下降过快而氧产量下降速率不能与之，匹配，久而久之容易出现氧纯度、氩馏分含量不合格。
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基于自动变负荷技术的空分系统优化控制
【摘要】针对空分系统运行控制中存在的问题，提出了基于自动变负荷技术的优化控制策略，以实现系统节能降耗。
通过实际的数据分析表明，该控制方案具有可行性，系统存在问题得以解决，节能运行效果良好。
【关键词】空分系统；自动变负荷技术；节能降耗
1.前言
空分设备在正常运营中的主要生产成本是电力消耗，减少无功生产、降低产品气体的放散率，是节约电耗的重要措施。
80年代末钢铁企业中，所配套的空分设备最大的数量级别为“30000”，到了90年代末，已经变成“60000”级别，企业对氧气及氩气的使用量与相关设备的标准设计产量之间就出现了较大的差距。
2.自动变负荷技术
2.1 系统组成
自动变负荷系统是在原有的工艺控制系统（DCS）的基础上，增加一套管理计算机系统，通过通讯模件和接口把其连成一个整体，可以直接地与能源控制中心的用户联网，以完成从用户那里收集产品的瞬时用量和日用量，预测用量高峰和低谷。
实现自动变负荷的操作和控制，只有在上位计算机参与工艺控制的前提下，才可以实现。
上位机系统所起的作用：
①从工艺控制系统（DCS）中收取原始数据，显示当前运行参数，向能源中心传输主要生产管理信息和数据；②通过自身的系统软件和应用软件与空分工艺控制系统的共同运行，对工艺控制系统进行管理和控制，进而替代操作人员，实现对空分装置进行自动变负荷的操作和设备运行状态的最佳化；③通过处理已储存的原始数据，进行设备故障诊断，制定出更合理的设备维护、维修计划。
其系统组成如图1所示。
2.2 变负荷控制的节能分析
根据已有的数据及设备的运行情况完全可以找到系统的一个最优的运行点，在保证稳定运行的情况下，实现节能降耗。
下面结合具体情况进行分析说明。
设空分装置按计划生产产品气体：氧气为1200m3/h，纯度为99.6%；氮气为2000m3/h，纯度为99.9%，加工的空气量为4000m3/h，现由于实际情况的变化仅需要1000m3/h的氧气量，1500m3/h的氮气量。
在没有进行自动变负荷改造前存在的情况是：仍然按照4000m3/h对原料空气进行加工，这样多余的产品量就要进行放空，实际上是增加了各设备运行的时间，从而降低了生产效率、增大了能耗，同时多余气体的放空也是一种能源的浪费。
在运用自动变负荷技术改造
后，具体的流程图如下：
3.结论
（1）由于产品气体的下降，按照变负荷技术也就是把相应的原料气体设定值调整为相应数值，这里就相当于将4000m3/h调整为3000m3/h。
在这一过程中，首先是经压缩机出来的参数发生了变化，压力P1变化为P1’、温度T1变化为T1’、流量Q1变化为Q1’，压缩机对外做功量将减少，由于加工气体总量的减少，所以相应的压缩时间就会变短，这样在单位时间内生产效率就会提高，耗电量也就会减少，压缩机占空分系统耗电总量为70%，这在很大程度上就实现了本课题目标—节能降耗。
（2）在预冷环节，由于总量的减少及压缩温度的变化，根据自动变负荷技术控制相应的流量与温度调节伐，这样就可以降低冷水量的喷淋，冷量的减少就意味着预冷环节做功量减少，相应的能耗也就降低了。
在进入到纯化系统时，因为总量的原因，分子筛的再生过程就不需要那么多的热量，吹冷过程时间缩短，压力也不需要升的太高，根据变负荷控制可以将相应的调节伐关小，这样能耗就会下降。
（3）在精馏环节会涉及到产品气体量、温度量、压力量、膨胀量等众多因素的变化，这时自动变负荷控制的优势就会显现出来，它可以根据此时精馏塔内各参数量的变化，依据实际产品量的设定需求，实时调整各阀门的开度，以满足当前的生产需求，这样就会带来相应的能耗优化，如膨胀机不需要制出那么多的冷量，从而降低了膨胀机的能耗。
图3为生产一定的产品气体量运用变负荷控制前后能耗对比图。
本文通过研究自动变负荷技术来分析空分系统的能耗优化过程。
运用自动变负荷技术可以很好的解决产品量变化的不同要求这一问题，减少了无功生产、降低了产品气体的放散率。
根据自动变负荷技术可以实时改变自动控制或手动控制，实现把能耗标准降到小于等于标准值，从而达到节能目的。
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