冶煉廠制氧空分裝置自動化控制系統(tǒng)研究

劉俊霞

（唐山唐鋼氣體有限公司，河北 唐山 063000）

隨著世界工業(yè)化進(jìn)程不斷發(fā)展，傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展規(guī)模日益龐大，以此對冶煉企業(yè)生產(chǎn)效率提出更高要求。利用空分裝置自動控制系統(tǒng)，采用多次蒸發(fā)、冷卻方法進(jìn)行分流，以此快速得到產(chǎn)品。冶煉廠采用密閉鼓風(fēng)爐富氧熔煉工藝，該工藝可提高金屬冶煉密閉鼓風(fēng)爐生產(chǎn)能力、減少煙氣量、提高煙氣中二氧化碳含量、改善爐礦和煙氣制酸條件的有效途徑，若停氧一天，平均生產(chǎn)量會減少10t以上，且焦耗、電耗等都將上升[1]。同時，鼓風(fēng)爐空氣熔煉爐子難操作，煙氣難平衡，低空無組織排放難以控制，致使環(huán)境污染嚴(yán)重，所以，延長制氧運行周期，穩(wěn)定制氧生產(chǎn)，提高制氧效率對于金屬冶煉企業(yè)意義重大[2]。

1 工藝概況

在冶煉廠制氧過程中，采用的主要方法就是利用深層冷凍液化分離法進(jìn)行制氧。其主要工作原理就是利用空分裝置，對空氣進(jìn)行適當(dāng)壓縮、冷卻，最終使其液化。根據(jù)空氣中兩種氣體的沸點差異，運用制冷方法將氧氣進(jìn)行精確分離，金屬冶煉廠使用空分裝置系統(tǒng)，要求其施工安全要符合標(biāo)準(zhǔn)，且對施工工藝要求較高，參數(shù)與調(diào)節(jié)具有多個步驟，并且可以利用遙控進(jìn)行遠(yuǎn)程操作[3]。與此同時，還具備完善的監(jiān)督與控制功能，能夠快速且準(zhǔn)確的記錄整個運行過程。空分裝置與其他裝置相比較為復(fù)雜，其中包括多個操作系統(tǒng)，比如與濾器、壓縮器、遇冷系統(tǒng)、篩純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、液氮貯槽、氮壓機(jī)等。其工作流程如下，在空氣進(jìn)入吸入塔后，先對其進(jìn)行過濾，隨后用壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，再傳入預(yù)冷塔，冷卻水可將孔氣進(jìn)行冷卻，將冷卻好的空氣輸送到空分裝置系統(tǒng)中進(jìn)行凈化，注入膨脹劑，然后通過分餾裝置將氣體進(jìn)行分餾，得到氧氣。

2 自動化控制系統(tǒng)功能

在對空分裝置進(jìn)行監(jiān)控過程中，可以利用DCS，這樣能夠提高裝置自動化水平，保證裝置平穩(wěn)運行。冗余配置的使用能夠控制操作臺與網(wǎng)絡(luò)，使得系統(tǒng)可靠性得以提高。系統(tǒng)的主控制臺與工程站，能夠掌握控制系統(tǒng)中所涉及到的所有數(shù)據(jù)，并且對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行模擬。操作站的作用是方便工作人員監(jiān)聽設(shè)備在運行中產(chǎn)生的參數(shù)，根據(jù)分空裝置運行情況進(jìn)行合適的操作，遠(yuǎn)程管理機(jī)制可幫助管理人員進(jìn)行視察，使其能夠掌握生產(chǎn)詳情。

（1）啟動準(zhǔn)備控制。氧氣機(jī)控制系統(tǒng)的主要控制方式是到自動為主，工作人員將狀態(tài)換成準(zhǔn)備狀態(tài)，系統(tǒng)能夠根據(jù)實際需求完成開關(guān)動作。與此同時，還應(yīng)當(dāng)將混合氣與氮氣入口壓力混合，隨后利用軸封差壓進(jìn)行調(diào)節(jié)使用，對設(shè)定值進(jìn)行自動設(shè)置，并且能夠?qū)﹂y門所涉及到的各個工藝參數(shù)與位置進(jìn)行再次確認(rèn)，實現(xiàn)聯(lián)鎖開車反應(yīng)。

（2）自動啟動。工作人員應(yīng)當(dāng)在空分裝置具備一定條件后，按下警報按鈕，這樣能夠使空氣裝置系統(tǒng)完成啟動警鈴的操作，軸振動報警連鎖倍增后，啟動主電機(jī)，隨后利用軸振動接觸聯(lián)鎖倍增。在空分裝置控制系統(tǒng)中的對應(yīng)調(diào)節(jié)投入使用后，打開或者關(guān)閉閥門，將相應(yīng)軸封差壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入聯(lián)鎖中。

（3）自動切換。啟動空分裝置后，給予壓縮機(jī)一定壓力，使其在壓力下進(jìn)行工作，這時候操作人員應(yīng)當(dāng)對出現(xiàn)在計算機(jī)中的氧、氮按鈕進(jìn)行切換，逐漸開啟控制器，調(diào)節(jié)其中出現(xiàn)的數(shù)值，并且將將氮氣數(shù)值修正為氧氣介質(zhì)的數(shù)值。在氧氣純度與設(shè)定值相符合后，可以由工作人員確定，隨后整個控制系統(tǒng)自動關(guān)閉。兩分鐘后，打開的氧氣輸送閥門能夠向外輸送氧氣，隨后氧壓機(jī)恢復(fù)正常。

（4）正常停車與聯(lián)鎖。崗位人員在空分裝置自動調(diào)節(jié)完后，將啟動模式變?yōu)闇?zhǔn)備模式，控制系統(tǒng)停止工作。在啟動對應(yīng)聯(lián)鎖后，接觸軸封差壓聯(lián)鎖，開啟出口防空、旁通閥等，這時候系統(tǒng)內(nèi)的氧氣會急速下降，停止送氧工作。崗位人員隨后可以將操作臺上的準(zhǔn)備換成停止?fàn)顟B(tài)，停止主動機(jī)工作，并且最后設(shè)置停車時間，在關(guān)閉所有氧氣吸入系統(tǒng)后停止工作。

（5）聯(lián)鎖事故停車。當(dāng)出現(xiàn)多種情況的事故時，氧氣壓能夠在自動情況下停止運行，隨后聯(lián)鎖停車。主電機(jī)帶負(fù)荷停車后，會打開旁通閥、防喘振閥等。發(fā)生重大事故時，控制系統(tǒng)自動聯(lián)鎖停車，各閥門按照具體要求，對緊急噴氮進(jìn)行處理。

3 空分自動化系統(tǒng)改造效果

空分自動化系統(tǒng)經(jīng)過改造后，工作效果比較穩(wěn)定，供氧量與供氧質(zhì)量都達(dá)到了設(shè)計要求，能源節(jié)約情況如表1所示：

表1 能源節(jié)約情況

4 空分裝置自動化控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用

（1）空壓機(jī)報警聯(lián)鎖保護(hù)功能。空氣機(jī)報警聯(lián)鎖保護(hù)裝置是通過對所有條件參數(shù)進(jìn)行引用，包括三級進(jìn)氣溫度、油泵運行信號、排氣壓力、主電機(jī)電流、油溫、主油壓、過濾器后油壓、油溫等。

（2）防喘振控制系統(tǒng)。壓縮機(jī)自動連續(xù)控制通常有兩個過程，即連續(xù)控制葉片的自動加載和防喘振。這將有助于壓縮機(jī)在運行過程中喘振，利用離心壓縮機(jī)中的最小流量曲線和系統(tǒng)的具體參數(shù)確定最佳工作范圍；通過使用操作點獲得最小流量與實際操作條件之間的最小流量，并控制進(jìn)氣閥和排氣閥以實現(xiàn)防喘振控制。

（3）入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)。在鼓風(fēng)機(jī)吸口處附近安裝可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角導(dǎo)葉，在氣流進(jìn)入葉輪之前，就能發(fā)生高速旋轉(zhuǎn)，隨后對葉輪氣流方向進(jìn)行改變。入口導(dǎo)葉在調(diào)節(jié)時利用壓力定值的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。這樣能夠限制大幅度動作，避免運行中出現(xiàn)導(dǎo)葉全關(guān)現(xiàn)象。

（4）分子篩時序控制。對于分子篩進(jìn)行控制時，將操作方便、功能齊全、安全第一作為其操作原理。比如廣州某冶煉廠兩臺發(fā)動機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過聯(lián)調(diào)投運后，運行情況達(dá)到改造預(yù)期效果，能夠減輕運行人員工作強度，減少機(jī)組運行時間，縮小電壓波動幅度。

5 結(jié)語

將冶煉廠投用的制氧空分裝置自動控制系統(tǒng)運行后，消除了人為因素引起誤調(diào)節(jié)情況，提高企業(yè)工作效率，并在一定程度上保證了機(jī)組安全運行，降低了能源損耗。