总第１８９期 ２０１１年第９期 河北冶４－ ＨＥＢＥＩ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ Ｔｏｔａ１ ｌ ８９ ２０ｌｔ、Ｎｕｍｂｅｒ ９ ３５ ０００ Ｉｎ３／ｈ制氧机自动变负荷控制的改进 李建坡 （河北钢铁集团邯钢公司能源中心，河北邯郸０５６０１５） 摘要：介绍了３５ ０００ ｍ ／ｈ制氧机的工艺流程，针对该制氧机存在的工况不稳定和氮塞等问题，对自动变 负荷控制系统作了改进，取得了较好的效果。 关键词：制氧机；自动变负荷控制；改进 中图分类号：ＴＦ３４１．９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—５００８（２０１１）０９—００５９—０４ ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴ ＯＦ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ ＯＦ ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＬＯＡＤ ＲＥＧＵＬＡＴＩＯＮ ＯＦ ３５ ０００ ｉｎ ／ｈ ０ＸＹＧＥＮ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ Ｌｉ Ｊｉａｎｂｏ （Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｈａｎｄａｎ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｅｂｅｉ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ，Ｈａｎｄａｎ，Ｈｅｂｅｉ ０５６０１５） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｌｏｗ ｏｆ ３５ ０００ ｍ ／ｈ ｏｘｙｇｅｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｗｏｒｋ ｃｏｎｄｉ ｔｉｏｎ ｎｏｔ ｂｅｉｎｇ ｓｔｅａｄｙ ａｎｄ ｎｉＷｏｇｅｎ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｕｐ，ｉｔｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｌｏａｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｏｘｙｇｅｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｌｏａｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ １ 前言 增压机（Ｃ０５）中继续压缩至所需压力，然后在冷箱 的主换热器（Ｅ０１）中冷却，并经一膨胀阀的膨胀，作 邯钢首次引进的内压缩制氧流程全精馏无氢制 氩３５ ０００ ｍ ／ｈ空分设备，是邯钢目前规模最大的 制氧装置，担负着５０％的Ｏ 供应任务。该装置于 ２００５年１０月投产。在达产调试阶段，存在Ｏ，质量 不达标、设备故障频发等问题，根据生产需要，通过 进行技术改造和创新，实现了自动变负荷控制，提高 了设备运行可靠率、降低了能耗。 ２ 内压缩制氧工艺流程 为液体回流液进人中压塔和低压塔，从低压塔 （Ｋ０２）底部抽出的液氧，大部分在通过高压液氧泵 （Ｐ０３Ａ／Ｂ）增压后，进入主换热器（Ｅ０１）中被气化复 热至大气温度送入管网；小部分做为液氧产品送人 储槽。Ｋ０２顶部的污氮送入过冷器，以过冷来自中 压塔的液体，然后进入主换热器复热至大气温度。 纯氮塔（Ｋ０３）顶部产生纯气氮和液氮，该气氮送入 过冷器（Ｅ０３）用于过冷来自中压塔的液体，然后进 入主换热器复热至大气温度。分别经中压氮压机 （Ｃ５０）和低压氮压机（Ｃ５１）增压至所需压力后送人 管网。 ３５ ０００ ｍ ／ｈ制氧机是由法液空公司设计，采用 多种最新制氧工艺，其内压缩制氧工艺流程见图１。 图１中，净化空气主气流直接进入冷箱，并在主 换热器（Ｅ０１）中与气态产品进行对流热交换，冷却 至接近于露点，这股气流然后进入中压塔（Ｋ０１）底 部作首次分离；其余的净化空气送入空气增压机 ３５ ０００ ｍ ／ｈ制氧机内压缩工艺流程的特点是： （】）利用高压增压机产生的高压空气与高压液 （Ｃ０５），压缩至一定压力时抽出送人透平膨胀机的 增压机（ＥＴ０１Ｃ），经压缩后进人冷箱，在主换热器 氧换热，液氧复热后出冷箱作为产品气体。 （２）采用高压液体氧泵省去了氧压机，这样在 （Ｅ０１）中冷却至适当温度，然后经透平膨胀机 工艺上更加安全可靠，既节约资金，又使维护简单。 （３）采用增压透平膨胀机，使膨胀空气压力达 到０．５ ＭＰａ，可直接进入下一个塔。 （ＥＴ０１），膨胀后进人中压塔（Ｋ０１）；剩余的在空气 收稿日期：２０１１—０７—２４ 作者简介：李建坡（１９７２一），男，工程师，２００９年毕业于河北大学计 算机信息管理专业，现在河北钢铁集团邯钢公司能源中心从事设备 管理工作，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｊｉａｎｐｏ＠ｍａｉｌ．ｈｇｊｔ．ｃｎ （４）主换热器（Ｅ０１）为高压板翅式，技术先进。 （５）液体产量高，可达到４ ０００ ｍ ／ｈ（折合气 态），其它工艺流程无法达到这个液体产量。 ５９ （６）粗氩塔首次采用二合一没计，分为上下塔， 由冷凝蒸发器相连。 ，Ｌ 氮气 氧气 高压宁气 净化审气 Ｅ０３ ／１ Ｖ＂ｑ ｆＫ０３、 、 ＝＝＝ｘ：二＝ 二＝＝×，＼ ＫＯ２ Ｅ０１ 二＝＝×＜ 。。。－－●一 、 ＰＯ３ ．、、 ｌ １ ＾， 二＝＝×＝＝＝ 二＝＝×＝＝二 膨胀空 Ｌ ｒ 图１ ３５ ０００ ｍ ／ｈ制氧机内压缩制氧工艺流程 Ｆｉｇ １ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｎｇ ｏｘｙｇｅｎ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ ３５ ０００ ｍ ／ｈ ｏｘｙｇｅｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ３ ３５ ０００ ｍ ／ｈ制氧机的自动变负荷控制 ３５ ０００ ｍ ／ｈ制氧机的自动变负荷控制是国外 气量，出装置的Ｏ 、Ｎ 、Ａｒ产量（液体和气体），使得 装置的产量满足用户的需求。变负荷控制的关键是 确定负荷变化时的加工空气量以及其它二［：艺参数， 自动实现变负荷控制，无需人为调节。３５ ０００ ｍ ／ｈ 的々利技术，在不外加任何设备、增压机出口气体不 叫流的情况下，可根据需要在７５％～１０５％（设计 条 件下）负荷之问输入相应的产品产量，空分系统将 自动变负筒生产。这个过程包括：调整进空分的空 制氧机的主要技术参数见表１。 表１ ３５ ０００ ｍ ／ｈ制氧机的主要技术参数 Ｔａｂ １ Ｍａｉｍ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ３５ ０００ ｍ ／ｈ ｏｘｙｇｅｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ 在３５ ０００ ｍ ／ｈ制氧机中，空气量的设定值由 行补偿，计算得到的膨胀空气量去控制膨胀机的入 口导叶开度。参与自动变负荷的参数还有：高 空 ０，量决定。当Ｏ，的产量决定后，根据计算公式得 剑一个最初的空气加工值，再由上塔的氩馏分的输 出给出一个补偿值，从而产生整套装置的加工空气 气出板式流量、下塔到上塔的节流液氮、液空到粗氩 副塔的节流液空，下塔的液空液位、粗氩塔的液位及 粗氩塔的液空蒸发量等参数，ＣＥＮＴＵＭ ＣＳ３０００足 整个控制系统的核心，它根据产量的设定值，对各参 总量。根据这个总的空气量可以计算出在允许范围 的Ａｒ产量。Ａｒ产量受粗氩塔内工况的影响，由 粗氩中含氧量对其作一个修正。设备所需的冷量主 要［１ｊ 气量决定，然后根据液体产量和板式温度进 数逐步作出调整。通过对速率的限制使装置平缓过 度，各参数随工况和时间发生变化，最终平稳达到设 河北冶金 ２０１１年第９期 定点的工况。 ４ 存在的问题及分析 ４．１工况不稳定 ５．１ 建立全新的流程数据模型 因首次接触大型空分设备，从原设计人手，认真 查阅资料，对工艺中各个设计参数进行核算，摆脱原 设计参数的束缚。结合该制氧机的实际运行情况， 主要表现：主塔和粗氩塔工况不稳定，抗外界干 扰能力差，Ａｒ产量不能达产。 原因分析：经分析首先排除了流量计、分析仪表 的问题。实际测得主塔下塔液空纯度偏低，说明下 塔回流比偏大，需要调整；上塔主冷液氧液位设定值 对各个技术参数逐步进行调整，建立了一套全新的 工艺参数数据模型。 （１）调整了粗氩塔的冷凝蒸发器工况，减小粗 氩冷凝蒸发器去低压塔Ｋ０２的流量，降低粗氩塔的 负荷，使得抽取的馏分中含氮量减小。由于低压塔 偏高，０：蒸发量偏小，使氩馏分在低于９０％的工况 下运行。同时分子筛切换时空气量波动大，氩馏份 经常出现波谷。为了保证Ｏ 纯度，不得已人为提 高氩馏分，结果造成了上塔的精馏工况不稳定，使 ０：、Ａｒ的提取率下降；粗氩塔的冷凝蒸发器液空液 位设定值偏高，造成粗氩下塔的阻力偏高，负荷偏 大，粗氩的产量偏小且不稳定。 ４．２频繁发生氮塞事故 主要表现：频繁发生氮塞事故，影响，Ｏ 、Ｎ 和 Ａｒ的正常生产。 原因分析：在主塔工况较为稳定的前提下，粗氩 塔冷凝蒸发器液位设定值过高，蒸发液空量负荷过 大，氩馏分抽取量过大，蒸发器氮气聚集速度快。一 旦手动排放不及时，使粗氩塔冷凝蒸发器换热能力 减弱，造成粗氩塔下塔回流比的非正常变化，马上发 生氮塞事故。发生氮塞后，如果早期处理方法不妥 当，氮塞事故会进一步恶化，不但液体氩的产量和纯 度受到影响，同时不利于主塔的工况稳定，从而降低 ０，的产量和纯度。 ４．３不能实现自动变负荷控制 主要表现：自动变负荷控制初期，在产量和加工 空气总量达到设定值后，主塔内工况发生突变，０， 纯度下降，氩馏分下降，造成粗氩塔氮塞，被迫停止 负荷调整，必须重新进行工况的恢复。 原因分析：对主塔内各参数进行核对发现，在不 同工况下的运行参数设定值不匹配，实际值和推理 计算值有较大的偏差，使在比较脆弱的环节中运行， 工况易出现混乱。发现自动变负荷控制各参数的变 化趋势曲线不同步，包括加工空气量、各产品气体产 量和主塔的液空、液氮等，造成整体工况紊乱或者产 生波动，严重时发生氮塞事故。另外，系统总的冷量 需求与计算值不符，膨胀机的调整能力不能充分发 挥，不能平稳调整液体产量和气体产量的变化，易出 现流量的大幅波动，造成主塔的冷量时而过剩、时而 缺乏，塔内温度变化大，从而导致氮塞事故的发生。 ５ 技术改进和创新 Ｋ０２，提高了馏分含氧量，回流比减小，所以精馏效 果也提高。 （２）对主塔冷凝蒸发器的液氧液位和粗氩塔的 冷凝蒸发器的液位进行调整，使液位的波动减小，增 强了负荷的稳定。 （３）提高了精氩塔的压力，使压力控制阀 ＰＩＣ１７３０不至于频繁动作，稳定了精氩塔工况，并逐 步将设计的串级调节投运，观察并记录运行效果，进 行计算系数的调整修正，以期达到一个最佳的运行 工况。部分工艺参数修正见表２。 表２部分工艺参数修正比较 Ｔａｂ．２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｐａｒｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ５．２解决氦塞故障 按照氮塞时主塔内的状况，将氮塞分为：一般氮 塞、严重氮塞和周期性氮塞。 （１）一般性氮塞。先将不凝气排放阀ＨＶ１７２０ 开大，然后减小主塔的冷凝蒸发器液位，提高蒸发 量，控制氩馏分中氧含量。 （２）严重氮塞。在解决一般性氮塞操作的基础 上，降低粗氩塔冷凝蒸发器液位设定值，减小蒸发 量，降低粗氩产量，调整各个参数值降低粗氩塔负 荷，增强粗氩塔的对主塔工况波动的抗干扰能力。 （３）周期性氮塞。通过观察发现，发生周期性 氮塞的原因主要受分子筛切换的影响，一般发生在 分子筛切换的升压阶段。经过理论分析和计算，决 定从空压机负荷上人手，将人口导叶调节同分子筛 ６１ 换步骤联系起来，允分发挥ＤＣＳ系统的控制功 能，设汁ｒ一个补偿挎制功能块。用分子筛切换步 程序中设定的延时时间逐步修正，使设定值逐步接 近实际值，最终得到符合该制氧机自动变负荷操作 骤的升压步号来触发，在每次升压开始时刻使空压 机的入口导叶增加一个定量开度，使空气量的增加 抵消分流量 采用上述措施后，进塔的空气流量保 持一个稳定的值，避免ｌｒ由分子筛切换造成的周期 性氮塞事故。 ５．３优化逻辑控制 的技术参数，实现三种工况之间的自动变负荷操作。 表３ 自动变负荷控制修正的主要参数比较 Ｔａｂ ３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｍａｉｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｂｙ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｌｏａｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ 对ＣＳ３０００逻辑控制进行优化，使相关自动变 负荷控制工艺参数相互匹配。调整限速模块设定 值，使 况的参数变化、０，产量和进塔空气量的变 化曲线达到同步。 ６ 效果 经过对３５ ０００ ｍ ／ｈ制氧机工艺流程参数的调 埘 艺流程的各项数据进行收集整理，在标准 ¨ｒ况、最大液氧ｒ况、最大气氧工况三种状态下，记 整和自动变负荷控制系统的优化，该制氧机的生产 过程趋于稳定， 艺流程的基本ｌｒ艺参数基本稳定。 录制氧机实际运干ｔ＿Ｔ艺参数数据。根据自动变负荷 控制原理，埘各参数的实际值和理论值进行比对，计 算出各参数的偏差，并重新进行修正。自动变负荷 控制修止的主要参数见表３。 修正后的参数设定值符合变负荷的目标工况， 住实际运行巾进行了验证。在建立稳定丁况的前 提卜，以少量参数变化为实验点，观察并记录变化过 程ｒｔｌ参数变化和Ｔ况的稳定时『白Ｊ，根据记录结果对 （１）在三种标准工况下，０，提取率由原设计值 的９７．１８％达到９７．５％，Ａｒ提取率由原设计值的 ８７．５％达到８８．５％以上。 （２）污氮中含０，保持在０．０８％以下，污氮 ０，的下降、Ａｒ提取率的提高又促进了０ 的提取。 （３）通过调整空压机的负荷，该制氧机在夏季 保持了３５ ０００ ｍ ／ｈ的Ｏ，产量。 （上接第８【）页） 由 夫７町 ，ｃ元素的测量误差为±０．０２％，Ｓ 儿素的测 的准确度、 ｛五 。合金中的碳硫含量，具有较高的精密度和准确度。 参考文献 ［１］肖红新，陈平ＣＳ一 红外碳硫仪空白值的研讨［ ］广东有色 金属学报２０００，（５）；７６ 『２ ｉ徐建平，程德翔．关于红外吸收法测定钢铁中硫的误差分析Ｃ 筹为±０．０００ ３０％，该方法具有较高 Ｊ、 川高频红外碳硫仪，在试样量为０・０８～０・１２ ｇ、ｗ粒ＪＪｆ１人鞋为２．０ ｇ、纯Ｆｅ ｌＪＪｕ入：量为０．３ ｇ的条 冶金标准样品技术交流会论文专辑２【）（Ｊｌ：４３～４５ ，什下，就ｎＪ‘以快速准确地分析中碳铬铁、低碳铬铁 邯钢成功试制汽车用烘烤硬化钢镀锌板ＨＣ２２０ＢＤ＋Ｚ 近日，邯钢公司成功试制汽车用超低碳烘烤硬 化钢镀锌板ＨＣ２２０ＢＤ十Ｚ．、规格为０．８×１ ２５０ 车的应用较为广泛。镀锌板烘烤硬化钢既可以提高 汽车外板的耐腐蚀性、延长汽车寿命，又能通过提高 外板的抗凹陷性，达到实现汽车轻量化的目的。 ｉｎ１Ｔｌ，表面质量均为一级。经检验，力学性能、烘烤硬 化值等均满足用户使用要求， 目前，邯钢公司已研发成功ＩＦ钢、高强ＩＦ钢、 冷轧双相钢、烘烤硬化钢、低合金高强度、含磷高强 烘烤硬化钢的特点是冲压成形前较软、易成形 加工，通过涂漆中的烘烤过程使屈服强度增加，主要 钢等６大系列近３０个汽车用钢新牌号。在此基础 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