空分增压机系统节能优化改造

2013年第10冶金动力METALLURGICAL POWER29制氧空分增压机系统节能优化改造赵东华,邱发春,冯伟,张超(张家口紫光气体公司,河北张家口075100)【摘要]介绍了张家口紫光气体公司￠空分系统增压机节能改造的具体实施情况,实现了优化控制,降低了空分的能耗【关键词】空分系统;增压机;控制系统;节能【中图分类号】TH45【文献标识码】B【文章编号】1006-67642013)10-0029-03The Energy-saving Optimization Revamping of Air Separation Booster SystemZHAO Donghua, QIU Fachun, FENG Wei, ZHANG Chao(Zhangjiakou Ziguang Gases Company, Zhangjiakou, Hebei 075100, China)[ Abstract] The energy-saving optimization project of boosters in the No 6 air separatesystem of Zhangjiakou Ziguang Gases Company is introduced in detail. After completion of theproject, optimized control has been achieved and energy consumption of air separation hasbeen reducedI Key words] air separate system; pressure booster; control system; energy savin1引言优化控制主要是通过以下几方面来实现真正的防喘张家口紫光气体公司615000mh空分系统为振控制与性能控制内压缩流程,增压机为二段串联的6级离心式压缩(1)根据喘振发生的特点,将闭环控制和各种开机,每段分三级,各有导叶、回流阀、放空阀一台。其环控制相结合,实现防喘振控制。DCS控制系统为ABB控制系统。增压机是空分系统(2)应用极限控制、解耦控制和各种后备功能中的主要耗电设备,6空分增压机投产以来,一段导提高了增压机系统的稳定性。叶开度85%、回流阀开度6%,二段导叶开度20%、(3)利用3C控制系统的快速测量、扫描、程序回流阀开度27%,空分单耗居高不下,长期在069内部的高速运算速度,提高防喘振控制系统的响应kwh的水平,日耗电在10万kWh左右的高值,在速度。2012年厂优化生产工艺及技改工作会议上厂部提(4)采用系统总线、IO卡件、CPU处理器、通迅出对6空分增压机控制系统优化改造网络、模块内部电路均为双重冗余结构2改造方案(5)实现自动变负荷操作,提高增压机的效率,21总体思路起到节能降耗的作用,减少用电量。该项目在增压机起、停车操作及连锁逻辑仍然22技术方案具体实施步骤由“ABB”控制系统来完成的基础上,增设一套CCC增设CCCⅤ anguard S5 Duplex控制系统一套vanguard S5 duplex控制系统。ABB和3Cc控制器首先确定AB机柜和3C机柜必要的来往信号,然之间通过必要的信号来实现联络,6空分增压机控后在AB操作系统上改编增压机起停车操作及连锁制系统优化节能就是自动调节增压机的一、二段排逻辑,最后在增压机起车后,通过仪表设备测量增压压操作点,使操作点向喘振控制曲线右侧移动,以实机各参数计算3C控制器的喘振曲线,同时在3C控现操作点的所谓“卡控”边控制,降低制氧单耗,确定制系统的增压机操作界面共建4个关键的控制器并个合适的喘振控制裕度,再根据喘振发生的特点定义它们的功能,实现自动加、卸载与防喘振控制。通过一些特定的控制响应来控制防止喘振的发生。(1)首先确定ABB机柜和3C机柜必要的来往信冶金动力013年第10期METALLURGICAL POWER总第164期号,通过表1中的信号来实现联络,确定所需增设的仪第二步:SLL线:fn=d1m/kxp器设备及其布置,信号线路的布置方式及连接方法式中,k——补偿系数,k=0.18,k越大,斜率越大表1ABB机柜和3C机柜来往信号P:PT-615序号名称去向f纵坐标1三级出口压力P619X12至现场第三步:SCL线:f(n3×1(1-b)2-12六级出口压力P632XT2至现场(注:b=0.2,先设定,在实验过程中进行修定)第四步:X=PT-619P-6153三级入口温度TE618XT2至现场4六级入口温度TE631XT2至现场式中,PT-619—三级出口压力;PT615级入口压力5一段入口导叶PV601XT2至现场6二段入口导叶PV627XT2至现场X横坐标。7一段回流阀FV612XT2至现场第五步:根椐f、X得出同一时刻的喘振曲线回流阀FV621XT2至现场9三级人口差压PDT620XT2至DCSN2节点以上计算所需要的参数以及增压机运行过程中发生喘振的时间与喘振时的差压值都可从历史数据入口压力PT615XT2至DCSN2节点11二级出口压力Pr617XT2至DCSN2节点趋势中找出。历史数据趋势图见图1。12六级入口差压PDT623XT2至DCSN2节点13四级入口压力P1628XT2至DCSN2节点504014五级出口压力PI630XT2至DCSN2节点15一级入口温度TE607XT2至DCSN6节点△ Po signal lag16四级入口温度TE620XT2至DCSN6节点17电机电流m2351AXT2至DCSN7节点非DCS供电18紧急停车EDXT6至DCSN8节点C盒3C6start of surge everTime(seconds)至DCSN8节点允许3CC.加载P流量差压,kPa;P一出口压力kPa,绝压;P一入口压力,kPa,20二段加载:LOAD2至DCSN8节点允许3CCC加载绝压图1历史数据趋势图21一段过度喘振: surge X6至DCSN9节点3C给DCS发②在3C控制系统的增压机操作界面共建4个22二段过度喘振:mg2x6至DCsN9节点连锁回流阀电磁阌关键的控制器并定义它们的功能。(2)然后改编仍由ABB控制系统来完成的增压6空气增压机3C操作界面建的4个控制器分机起停车操作及连锁,以及由两控制系统的来往信别为:一段出口压力控制器(PC-619);一段喘振控号逻辑图。制器(FIC-620);二段喘振控制器(FIC-623);二段(3)最后增压机起车后通过仪表设备测量增压出口压力控制器(PC-632)机参数计算3C控制器的各喘振控制曲线,在3C控3本方案所采用的主要理论与技术制系统的增压机操作界面共建4个控制器并定义它6空分增压机控制系统优化节能项目全面应用们的功能。防喘振控制器、性能控制器、解耦控制器等控制技术①计算3C控制器的各喘振控制曲线作为优化控制的应用平台,进行防喘振控制。但稳因我厂增压机为非标设备,喘振控制中所需要定、节能的防喘振控制绝对离不开高速的测量数据的差压必须进行补偿计算,再得出SLL线与SCL采集速度、高分辨率的历史趋势数据显示功能与快线,如增压机一段计算方法。速的运算功能。因此方案中必须增设一套高性能的第一步:喘振公式CCC Vanguard S5 Duplex控制系统。d。=d1×(p4/p)×(T/T)CCC Vanguard控制系统是真正的实时多任务开放式系统,采用先进的安全型cPCI总线构架;双「值的差压PT-617TE-607重化冗余容错的硬件体系结合全面的冗余容错技术实测喘振时的差压TE-618和独一无二的 Fallback策略,使得系统可靠性达到2013年第10冶金动力METALLURGICAL POWER3199.99%。先进的实时多任务操作系统将关键任务与喘振极限线间的距离,并在一个喘振周期内将喘振非关键任务按优先等级实施控制,保证系统的执行止住速率不随ⅠO点数增加而下降,如防喘振、调速和性4.2在3C防喘振控制系统的调试投用过程中,碰能控制执行速率为20ms,使机组的精确控制成为到和解决的问题有可能。(1)与3C防喘振控制器配套的测量仪表选用它的主要技术特点在于了反应较快的变送器,原防喘振控制阀为响应速度(1)控制方式不同慢的等百分比控制阀,通过调整气动继动器提高控传统的防喘振控制一般只适用于简单的单段压制阀的响应速度,使控制阀可以在1.6s以内完成缩系统,3C先进的防喘振控制系统通常用于处理复全开动作。杂的多段压缩控制问题,并有阶梯响应、多段压缩的(2)要对变送器的阻尼进行调整,特别是流量测解耦控制以及退守策略等控制方式。量变送器,以消除信号噪声对防喘振控制的不利影(2)采样周期和执行周期不同响CCC Vanguard控制系统信号采样周期:25(3)解决了3C控制器与ABB控制器间的通讯ms;执行周期:系统任务——5ms;控制任务——喘问题,使3C防喘振控制器上的信号可以在DCS上振控制、速度控制等压缩机控制任务以及紧急停车显示,方便了操作人员的操作。联锁20ms。更快于ABB控制系统。(4)解决了以往增压机手动操作为主及起车与(3)冗余范围不同故障停车后恢算时间长的问题。所有与控制有关的部件(例如:1O卡件、控制5效益分析器、内部总线、IO扩展、BUS等)都将按冗余容错配表2是￠空分增压机控制系统优化节能项目置。比ABB控制系统多出IO卡件的冗余。投用前后的过程增压机数据比较结果。4关键技术及创新点表2测试结果对比表4.1关键技术是防喘振控制器根据操作点的移动增压机电流/A增压机功率/W情况以操作点与偏差(DEV)为被控制变量将鬥I反控投用前410.324061.6馈控制和开环控制结合起来进行防喘振控制,具体先控投用后370.4如下(1)对于缓慢的小的扰动使操作点进入SCL左变化9.73-10.42边的喘振控制区,3C防喘振控制器的門控制算法根据操作点与SCL之间的距离(DEV=e)产生相应可以分析得出优化控制投运达到如下效果的比例积分响应使操作点回到SCL右侧的安全控运行期间增压机电流和功率都有明显的降低。制区。通过对比可以看出,投用后增压机压机平均电流从(2)对于一个较大较快的扰动,当比例积分/微410.32A降低到3704A,有效功率从4061.62kW分(PRD响应不能使压缩机的操作点保持在SCL线降低到36385kW,降低幅度为1042%。的右边,而使操作点瞬间越过了SCL左边的RTL,6结束语则3C防喘振控制器的循环跳闸响应就会以快速重6空分增压机的控制系统优化控制由于调试准复的阶跃响应迅速打开防喘振阀,这样就恰好可以确,机组运行稳定,自开车以来从没有发生过机组喘增加足够的流量来阻止喘振。振现象,为空分系统长期安全稳定运行提供了有力(3)在SL左边还有一条SOL,如果因意外的情的保证。况(如组态错误、过程变化、特别严重的波动)使压缩收稿日期:2013-07-08机操作点越过SLL和SOL线而发生了喘振,则安全作者简介:赵东华(1983-),男,204毕业于河北农业大学仪表专保险响应(CRSO)就会重新规定喘振控制余度的宽助理工程师,现从事制氧设备维护维修管理工作。度b(裕度)使喘振控制线右移,增加喘振控制线与