大型煤化工型空分设备及其自动控制技术

王文忠

内蒙古汇能煤化工有限公司，内蒙古鄂尔多斯 017205

0 引言

随着国民经济的飞速发展，我国大型煤化工型空分设备制造业形势一直趋向好的方面发展。尤其是近年来我国的大型煤化工行业发展更为迅速，煤化工型的空分设备作为其重要的配套服务设备，对于其的要求也越来越高。自动化控制系统是煤化工型空分设备的非常重要的组成部分，决定空分设备是否能正常运行。通过研究分析自动化控制技术的特点，有利于自动控制技术的不断提高。国家应该鼓励开拓与创新，不断地改进我国的大型煤化工型空分设备的自动控制技术，以求能更好地为我国的国民经济的发展作出贡献，造福人类社会。

1 大型煤化工型空分设备流程组织形式的选择

大型煤化工型空分设备的流程组织形式很多，选择适合的流程组织形式，不仅可以节约部分投资的费用，还可降低运行能耗，这对投资气体生产的公司来说非常重要。怎样选择适合的流程组织形式。第一，应全面地考察一个项目用气的具体情况，包括所需氧氮气之和、氧氮气的温度范围、氧氮气体之比、液体的产量、氧氮气的标准等；第二，应对不同的形式精确计算，计算所耗的能量和确保所要的单元设备有供货；第三，考察流程组织和原来的空分设备的管理系统的兼容情况；第四，还需综合考虑气体产品在工业生产中的整体能耗。如，某大型煤化工企业在设计空分设备的项目时，比较了氮气增压循环流程与空气增压循环流程所需的能耗，发现选择后者比选择前者能耗降低了310kW。煤化工项目的主要工艺流程需要的高压氮气温度不小于81℃，假如用空气增压循环系统还需要用低压的蒸汽对高压的氮气加热，能耗约为510kW。因此从项目的整体能耗情况来看，选择氮气增压循环流程更为节能。

2 大型煤化工型空分设备的自动控制特点

2.1 空压机、增压循环压缩机、汽轮机三大机组的控制技术

1）SIS安保联锁系统自动控制技术

SIS安保联锁系统是自动控制技术中最主要的系统之一，别名为ESD紧急停机系统。内压缩机工作组的安全与联锁均靠安保联锁系统来实现保护，其工作原理是采取容错、冗余的技术与故障安全的防范设计技术，以使得机组能够安全可靠地运转，SIS系统识别第一事故后会马上发出报警的声光信号。发生报警与联锁的作用后，再按照事故发生的时间先后顺序将事故一一打印出来，以方便工作人员对事故发生的原因进行有效分析。SIS安保联锁系统与DCS控制系统各司其责，两者相对完全独立。煤化工型空分设备的联锁停机的主要信号被记录在安保联锁系统内部，一旦煤化工型空分设备发生运行故障，就立即自动启动安保联锁系统（SIS），使整个机组都处在安全工作的运行状态。空分设备各机组的显示、运行、控制等过程全都通过DCS系统来实现， 空分设备各机组将自动联锁显示出的主要信号，将其接入到安保联锁系统内部，然后再通过数据交流的方式接入到DCS系统显示出来；对既要接入SIS又需要接入DCS的重要信号，则可以通过信号的自动分配分别地接入到两个系统内部。

2）CCS压缩机组系统自动控制技术

CCS机组系统自动控制技术别名也称为ITCC自动控制技术，其工作原理是增压机、驱动汽轮机与空压机均采取与DCS控制技术系统相对独立的机组全面控制系统来达到控制的目的。所有的与控制相关的部件零件均要按照三重冗余、容错的方式来装置，启用系统的电源模块供电给冗余。CCS技术系统将控制与联锁防护功能集于一体。CCS控制系统包含了调节机组的负荷，对汽轮机进行调速控制，对机组进行防喘振控制，对机组内的单元设备的回路进行控制、联锁保护控制和程序执行控制，对机组内单元设备的仪表进行显示控制。通过CCS的操作站可以对机组内单元设备进行远程操作控制，还可以对机组内单元设备进行全面的监控和报警处理，此外，还可以实现与主控制系统进行数据信息的交流功能。

2.2 大型煤化工型空分设备之间相关联锁控制技术

煤化工型空分设备与各大控制系统联系非常紧密，控制也很复杂，应当注意细节方面的控制。例如：空压机被放空或停机时，要和空气预冷系统之间进行联锁控制，之后再把膨胀机停机，令增压压缩机打向回流指针，这样就可以有效减少产品液氧泵所承载的重量。由此可见，设备与设备之间必然是相互关联在一起的，先要采取措施解套连环，才能防止出现设备启动后又立刻停机的现象。假如空分设备、压缩机组两者应用的是不一样的控制系统，那还需对联锁问题进行更深一步的考虑。

3 煤化工型空分设备的发展方向

为降低投资成本，减少维护工作量，空分设备必须尽量大型化。设备的大型化必然导致运输不便，必然会受到运输条件的限制。因此，我国的空分设备制造集团应该努力优化设计方案、尽量应用新技术，以达到减小设备的尺寸的目的。此外，还可以采取现场组装，分开运输等方式来解决大型设备的运输难题；在确保效益良好的情况下，降低生产能耗亦是发展空分设备技术的重要方向。降低生产能耗就要求设计时尽量提高核心部机的运行效率，也需要预先对设备运行的总能耗进行精准的计算；采用先进的自动控制系统，对生产实行自动控制，使空分设备向着自动化发展，可以有效地提高生产效率，降低事故风险，提高装置运行的可靠性。随着相关行业的发展，大型空分设备多样化发展将成为我国空分设备制造行业做大做强的关键。

4 结论

综上所述，我国大型煤化工型空分设备在不断创新，空分设备的自动化程度也在不断提高，但其与外国的先进技术相比还有不小的差距。因此，我国应该认真地重视大型煤化型空分设备及其自动控制技术，加大对于其研发的经济投入，以开发出适应现代煤化工行业生产需要的新技术空分设备，逐渐完善我国大型煤化工型空分设备及其自动控制技术。

[1]王文峰.先进控制技术在国产大型空分设备中的应用[J].深冷技术，2010(6).

[2]陈海霞.大型空分设备应用现状及发展前景[J].化工装备技术，2008(3).

[3]毛绍融等.60000m3/h等级内压缩流程空分设备的研制[J].深冷技术，2010(6).