液氧儲槽閃蒸減少自動控制系統改進

高東奎，孫長麗

（馬鋼比歐西氣體有限責任公司 安徽馬鞍山 243000）

引言

隨著大型空分設備的發展，與之配套的基本上都是大型常壓液氧和液氮儲槽，工作壓力在10 kPa左右，液氧從壓力相對較高的上塔主冷到壓力只有10 kPa左右的儲槽，有一個壓降節流過程，液體節流后產生汽化現象，雖然馬鋼比歐西氣體有限責任公司的液氧出冷箱的設計為溫控回路過冷度調節，但只是恒定過冷度控制，受液體產量及液體罐車充裝的影響，經常導致大槽壓力的波動，從而導致大槽壓力上升放空閥開啟放空或壓力偏低自增壓系統開啟的產品損失和冷量損失的情況。為此需研究提出解決以上原因導致液氧產品放散損失和冷量損失的改進方案，提高運行效率。

1 裝置及控制系統概況

馬鋼比歐西氣體有限責任公司成立于2005年2月16日，現運行兩套由德國林德工程公司設計制造的40 000 m3/h 內壓縮流程制氧機機組，同時運行的有由四川空分設備有限公司設計制造的2 000 m3的液氧儲槽，由于制氧機機組和液氧儲槽設備的控制系統由不同設備廠家設計制造，導致控制系統銜接不是非常完善，沒有采取更加優化的串級控制。

1.1 液氧儲槽壓力控制系統原設計介紹

儲槽設置有自增壓系統，如圖1 所示。其內槽壓力由PV7103.1和PV7103.2兩只薄膜調節閥控制，PV7103.2 閥低于2 kPa 開啟，高于10 kPa 關閉；PV7103.1閥高于10 kPa開啟，低于5 kPa關閉。

過冷度調節，液氧出冷箱前通過液氧過冷器旁路閥TV3212 進行過冷度調節，根據溫度設定值進行微調。

1.2 原有壓力及過冷度控制系統存在的不足：

（1）液氧儲槽壓力控制范圍過大，儲槽壓力會有低于2 kPa 或大于10 kPa 的工況出現，儲槽設計最大工作壓力10 kPa，最小工作壓力2 kPa，嚴重影響了儲槽的安全運行。

（2）原設計恒定的過冷度控制，恒定過冷度控制受液體產量、液體罐車充裝量及汽化量的影響，經常導致儲槽壓力大幅波動，從而導致儲槽壓力上升放空閥開啟放空或壓力偏低自增壓系統開啟，造成產品損失和冷量損失。

圖1 原有儲槽壓力及過冷度控制系統

2 改造方案及思路

制氧機組和儲存系統是不可分割的整體，因此一個完善的控制方案是十分重要的，它能保證整個裝置安全、可靠地運行。經過對液氧儲槽實際運行數據的分析和總結，確定通過在溫控系統中增加串級自動控制，實現液氧過冷度自動調節，從而降低液氧儲槽壓力的波幅，減少液氧儲槽的閃蒸放空量和自增壓汽化量。

2.1 方案描述

如圖2 變更后的壓力及過冷度控制系統，增加溫度指示控制器1TIC3212 控制邏輯，新增1HIC3212、PIC7103,3、TIC3212.SP_BIAS 三個控制模塊，具體新增控制邏輯如下：

(1)PIC7103.3 串級狀態下的SP 值是PIC7103.1的0.85倍（可由PIC7103.3.SP_BIAS輸入）。

(2)在PIC7103.3 的MV 值 在50% 時，不 對TIC3212進行調整。

(3)在PIC7103.3 的MV 值在50%以下時，則TIC3212在串級狀態時的SP值由HIC3212的輸入值加上調整值（最大為1度）。

(4)在PIC7103.3 的MV 值在50%以上時，則TIC3212在串級狀態時的SP值由HIC3212的輸入值減去調整值（最大為1度）。

具體公式為：TIC3212.SP=HIC3212 +(PIC7103.3_MV-50)×0.02

圖2 改進后儲槽壓力及過冷度控制系統

3 效果驗證

如3 所示，液氧儲槽閃蒸減少自動控制系統改進前后一周DCS 趨勢，觀察發現，改進后TIC3212.SP 值能根據儲槽壓力及時進行自動修正；過冷器旁路閥開度根據儲槽壓力的變化及時進行了串級控制，當儲槽壓力升高時自動關小過冷器旁路閥開度，增大液氧入罐過冷度，抑制儲槽壓力上升趨勢，減少液氧的放散量，當儲槽壓力降低時自動關小過冷器旁路閥開度，減小液氧入罐過冷度，抑制儲槽壓力下降趨勢，減少自增壓系統調節導致的蒸汽消耗和冷量損失。液氧儲槽閃蒸減少自動控制系統改進后儲槽放空閥開度明顯減少，放空閥閥位開度平均值由32%降至6.3%。放空損失由1 000 m3/月降至300 m3/月左右（見圖4）。另外氧槽壓力波動范圍由4～11 kPa，縮小到5～9 kPa。

圖3 改進前后趨勢對比圖

圖4 月度液氧損失趨勢圖

4 總結

通過在集散控制系統（PCS7）中增加模塊和編程，實現對液氧過冷度的自動控制，從而提高了液氧過冷度控制的精確度及時性，進而降低了由于液氧貯槽放空導致的產品損失和自增壓氣化導致的冷量損失，提高了設備安全運行可靠性，改造實施后，裝置節能降耗效果明顯。