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
发表时间：2020-06-05T08:14:14.498Z 来源：《防护工程》2020年5期作者：魏士勇
[导读] 目前，空分设备的变负荷主要是手动控制，产品纯度不稳定，容量大，工况不稳定，为有效改变这种状况，可将高科技控制技术与空分设备相结合。

根据工艺原理和适当的工作经验，开发了变负荷、自动化、信息化的高水平控制系统，达到了工艺控制、产品质量稳定、减轻劳动强度、节能降耗的目的。

魏士勇
大庆石化公司水气厂
摘要：目前，空分设备的变负荷主要是手动控制，产品纯度不稳定，容量大，工况不稳定，为有效改变这种状况，可将高科技控制技术与空分设备相结合。

根据工艺原理和适当的工作经验，开发了变负荷、自动化、信息化的高水平控制系统，达到了工艺控制、产品质量稳定、减轻劳动强度、节能降耗的目的。

在具体实施过程中，还存在一些问题，直到我们明确了空分机组自动变负荷的高科技控制技术理念，充分了解其特点，了解其核心功能，熟练运用其控制策略，我们完全可以实现预先设想的目标。

关键词：控制技术；空分装置；自动变负荷
0 引言
空分设备的任务是生产氧气和氮气，这是石化公司生产的一个重要环节，空气分离器主要由压缩机、提取器、蒸馏器等部件组成。

由于前后物料联系紧密，变量相互关联，产品纯度难以检测，同时空分设备自动化水平往往较低，大部分需要人工检测。

但是，人工检查很难考虑不同工艺之间的变量，进而导致产品纯度进一步不稳定等问题，近年来，石化行业广泛应用预防控制技术，并提供技术支持，当空气分离时允许自动调整负荷。

1 控制难点分析
一方面，在稳定点附近，正常生产负荷略有变化。

同时，为保证装置在各控制回路中的稳定运行，只需稍作调整，即可保证装置的稳定运行，但周期性分子筛系统在规定的时间内进入系统的空气和氧气量不均，因此有必要调整进入系统的空气和氧气量。

空气压缩机控制板加载前，以弥补由于加载空气量不足。

另一方面，所谓可变负载的使用意味着设备从当前稳定点移动到目的地，这使得可变负载的操作不仅稳定，而且保证了稳定的速度，这大大增加了手动操作的难度。

应慎重考虑：一是变负荷运行范围应在装置载体范围内，调节装置各阀门的状态；二是变负荷功能前后装置的工艺容积响应滞后，未及时调整，物料配比不平衡，影响产品纯度，在减负荷过程中，如果空气量下降过快，氧气量失去平衡，此时氧气纯度不再合格。

以确保在使用可变负载时物料平衡。

2 自动变负荷先进控制系统的设计思路
首先，对不同的负载范围进行了不同的过程仿真计算。

对相关过程进行模拟计算后，建立相应的数学机理模型，控制变量和控制变量的位置。

上、下塔为一个单元，粗、精氩塔相互独立、相互关联，便于分析。

其他系统应通过调节冷却水流量等步骤调节控制面，逐步实现高科技管理技术下自动变负荷的目标，在建立数据采样点时，既要考虑采样点的多样性和代表性，又要提高监管手段的多样性。

在高技术控制技术背景下，对自动负荷变化过程中使用的控制阀，应明确采用自动调节方法，便于中间过程变量的调节。

符合要求，因为高科技控制技术的自动负荷调节要求阀门在高负荷或低负荷条件下具有良好的性能，并且一些阀门配备有非常有利于实时控制的反馈功能；同时增加在线分析仪，以便于在中间过程中对材料纯度进行实时分析。

这些准备工作有助于在基于高科技控制技术的自动过程负荷调整过程中监测部件的变化，并且即使在以下情况下也不能保证产品质量，有助于实现预期目标。

3 自动变负荷先进控制系统的功能
先进的自动变负荷控制系统有两个重要特点：其一，理论基础是现代控制论；其二，数据处理、传输、控制系统监控等工作在一台集成的小型计算机上进行计算、分析和处理，即计算机安装在上位机上先进的负荷管理软件是MPC和RTO的结合，专门用于实现负荷自动变化控制系统。

同时，自动变负荷操作只需要工作人员改变一些参数，操作人员可以通过在指定点调整和检查参数来实现对整个过程中自动变负荷的控制。

二次pilot/RTO组合能有效提高负荷自动变化率，明显提高产品质量，稳定自动变负荷运行，消除人为因素造成的变负荷过程中的误差，液氧、液氮和氧气是变负荷过程中可以确定的主要产品。

4 自动变负荷先进控制系统的特点
ADC系统各控制链的最佳配置值由氧含量要求和工艺要求决定，即当工艺要求和氧含量根据不同标准变化时，设定值也应作适当的改变，为满足现行标准，自动变负荷升级控制系统能够根据生产过程中氧气含量的不断变化，精确计算工艺参数。

同时将设计值传给控制
链，计算后按规定值返回。

这样，可以完全建立MPC后控制系统，然后再与监控系统一起，将MPC监控系统建立在上位机上，再建立在MPC监控系统上。

5 自动变负荷先进控制系统的目标
自动变负荷具有多变量、时变、强耦合、滞后等特点，决定了其需要通过过程仿真计算、实时监控和最优控制来实现，而最优控制的最终目标是确保：自动负荷变化过程可以在一定的速度下调整，在保证空分设备稳定运行和产品质量的同时，采用高科技管理技术，在不改进或改进工艺的前提下，可获得以下优点：一是实现变负荷自动工艺流程控制，二是在产品上引入变负荷，第三，显著减少氧气排放。

6 自动变负荷先进控制系统的控制策略
ADS的主要指导思想是动态仿真和稳态过程仿真，其次是远程目标的数学仿真。

同时，利用过程可测信息和动态模拟预测过程输出的未来行为，优化和反馈校正的最优控制算法是预测控制技术的主要组成部分，其任务是从测量模型中收集信息，并实时、连续地进行滚动优化，然后与实测数据进行比较，修改对象的输出，建立一个稳定的PID多变量系统的主要任务是使负载自动转换过程始终非常持久。

控制器应减少主要变量的范围变化，确保设备的平稳运行，并根据被控制变量的重要性对可验证变量进行优先排序，只要遵守设备使用规则，并通过控制器的优化功能确保质量指标，这是一个旨在尽可能提高经济效率的工作条件过程。

7 结束语
综上所述，高新技术显著提高了空分设备在不需要分离设备自动变负荷过程的情况下自动变负荷的能力，显著提高了优化控制的节能效果，显著促进我国大气污染治理装备行业信息化和智能化，引导航空运输分离装备行业相关产业快速发展，使新技术创造新技术，在更大程度上促进整个行业的技术创新，最终将促进中国工业用气市场的发展。

参考文献：
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