空分设备自动变负荷控制技术探讨

李兰兰

（林德工程（杭州）有限公司，浙江杭州 310012）

空分设备自动变负荷控制技术探讨

李兰兰

（林德工程（杭州）有限公司，浙江杭州 310012）

空分设备是当今世界上绝大多数国家在航空航天、石油化工、冶金和医疗等领域广泛采用的一种大型设备。但由于科技水平相对落后，能源利用率相对较低，我国平均每年用于空分设备的能源消耗十分巨大。而自动变负荷控制技术的应用，对于空分设备的高效低耗、节能减排和低碳环保具有十分重要的推动作用。详细阐述空分设备自动变负荷控制技术的工作原理，分析较大的空分设备的发展现状、发展趋势以及来来的社会效益。

空分设备 自动变负荷控制 工作原理

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、净化、制冷等系统将空气压缩冷冻变为液态，再经过热交换、精馏等系统从液态空气中逐步分离生产出N2、O2及Ar等惰性气体的设备。随着空分技术的快速发展，我国的空分工艺流程不断的革新，现在主要有高压、中压、高低压和全低压等四种工艺流程。在广大的企业工厂在生产过程中，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性的特点，导致身缠能力不能在生产过程中瞬间降低，从而使生产过程中的多余的氧气散失到空气中，能源利用率降低，造成大量的资源浪费和经济损失。空分设备自动变负荷控制技术就是在保证分离生产出来的N2、O2及Ar等惰性气体纯度合格的情况下，通过一定的操作程序，按照某一特定的速率改变空分设备的生产能力，直到找到一个新的合理的工作临界点为止。

2　自动变负荷控制技术概述

所谓的自动变负荷控制技术，就是在空分行业中，工艺流程情况在外界的影响发生变化时，将不同负荷要求之间的自动控制完成切换变负荷的技术。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的监控，进而实现对整个空分工艺流程的自动变负荷控制。空分设备中的变负荷的承载能力大小主要取决于空压机、精馏塔和循环增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［1］。

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产品氧气量（被控量）的大小（SV值），当用户要求增加产品的送氧量时，可以增大送氧量的SV值，不改变氧产量PV，则其偏差（△D=PVSV）将会减少，这样通过对偏差△D的控制就可以完成自动变负荷的控制。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负荷自动控制。例如，某一产品中，将氧管网的压力看作目标被控量，SV值保持不变，当用户要求增加产品的用氧量时，就是减少管网的压力PV值，此时的偏差△D将会减少；当用户要求减少产品的用氧量时，控制方向则相反。

3　空分设备中自动变负荷控制技术应用趋势

随着科学技术不断进步发展，国际市场发生着日新月异的变化，空分技术更加趋于信息化、规模化、智能化和垄断化。突破发展空分设备制造核心技术、有效解决由于设备的规模扩大引发的耦合关联控制等诸多问题、努力提高空分设备的能效将成为我国国内空分行业亟待解决的重大课题。

如今，环境污染的日益严重，能源价格的不断抬高，工厂企业对产品要求的随之提高，国内对空分行业的竞争也日渐激烈。我国国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，节约了单位产品的成本，减弱了工人的劳动强度，赢得了广大企业用户的肯定与支持，国内用户越来越多的青睐空分设备自动变负荷控制技术。

20世纪80年代中后期，本溪钢铁有限公司10000m3/h空分设备首次引进自动变负荷技术，但因为各种原因，自动变负荷系统并没有得到正式投用［2］。1997年，莱芜钢铁有限公司12000m3/h空分设备引进了德国公司的自动变负荷控制系统（该系统具有一级的分布式控制系统、可编程逻辑控制器系统控制和二级自动变负荷控制）实现了70%～100%的负荷变化，调节时间小于1小时［3］。2000年以前，空分设备规模一直徘徊在15000m3/h这个等级，从2000年杭氧有限公司与济钢有限公司签订的首套20000m3/h空分设备以后，我国的空分设备大型化的进程才开始［4］。此后，渭河化肥厂40000m3/h分控设备和兖矿国泰化工60000m3/h空分设备都相继引用了法国公司的自动变负荷控制系统，使负荷实现了70%～105%的变化。2008年底，杭氧有限公司独立创新，刻苦专研，自主研发的自动变负荷先进控制系统打破了空分行业国外公司的垄断，填补了我国国内变负荷控制技术的漏缺，形成了我国独特自主知识产权的尖端技术自动变负荷控制系统。

空分设备自动变负荷控制技术的应用与推广，降低了产品的成本，提高了产品效益和能源利用率，避免了因人为操作不当而造成的损失，降低了氧气的放散，延长了纯化操作时间，减少了空分装置的损耗和切换损失。氧气的空气流失量由7%降低到4%左右，能量损耗也减少了2～3%。

4　结语

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新能力的不断提高，为我国的空分行业带来了新的发展机遇，同时与国外的空分市场的竞争也愈加激烈。在倡导节能减排、生态和谐的新形势下，我们不但要提高空分设备和加工工艺的技术水平，更要整体提升我国空分设备的信息化和自动化水平。

［1］周芬芳，王凯.空分设备自动变负荷先进控制技术［J］.深冷技术，2014（3）：16-20.

［2］肖家立.钢铁企业氧气放散与空分设备负荷调节［J］.深冷技术，2012（6）：3-7.

［3］利铭，史保锋.自动变负荷技术在空分装置中的作用［J］.工业仪表与自动化装置，2013（5）：44-45.

［4］周智勇.大型空分设备技术现状及进展［J］.杭氧科技，2014（3）：1-6.