试论大型煤化工型空分设备及其自动控制技术

马志虎（神华宁夏煤业集团烯烃一分公司，宁夏 银川 750411）

试论大型煤化工型空分设备及其自动控制技术

马志虎（神华宁夏煤业集团烯烃一分公司，宁夏 银川 750411）

文章从ITCC控制技术、SIS安保连锁系统和自动变负荷技术三个方面，对大型煤化工型空分设备及其自动控制技术进行了简要论述。期望通过本文的研究能够对提高相关机组的运行稳定性有所帮助。

煤化工；空分设备；自动化控制

在煤化工生产中，空分设备是不可或缺的重要组成部分之一，它的运行稳定与否直接关系到煤化工产品的质量和生产能效。为进一步提升空分设备的运行安全性和可靠性，可将自动化控制技术合理应用到空分设备当中。借此，本文就大型煤化工空分设备及其自动化控制技术展开论述。

1 空分设备中的ITCC控制技术

在煤化工生产过程中，蒸汽通常采用的都是自产方式，一台汽轮机可拖动空压机组、增压循环压缩机组。ITCC又被称之为CCS压缩机组综合控制技术，具体是指采用独立于DCS系统的CCS系统对汽轮机、空压机和增压机进行自动化控制。在这种控制方式下，控制系统中所有与自动化控制功能有关的器件全部通过TUVAK6级安全认证，主要包括内部总线、I/O接口、主处理器、容错装置、系统电源等等。CCS将自动化控制与联锁保护进行了集成，从而使两者形成了一个有机整体，具体的控制功能有机组负荷自动调节、防喘振控制、汽轮机调速、回路控制以及程序控制等等。借助CCS系统的操作站，可对机组中相关的单元设备进行远程启停，同时还能进行监控和报警，不仅如此，利用工业以太网，还能实现与DCS系统之间的数据通信，由此使得整个控制过程更加有效。

2 空分设备中的SIS安保联锁系统

SIS安保联锁系统采用容错技术、冗余技术，并进行故障安全设计，能够保证该系统可靠运行。压缩机组利用该系统可对事故进行区分，并发生报警，提供有关事件发生顺序的信息，为分析事故原因提供可靠依据。空分设备需要在安保联锁系统中输入连锁停车信号，该系统独立于DCS系统运行，当发生故障时，可立即启动系统的保护措施，保护空分设备安全运行。该系统还可以与机组联锁停车系统对接，在装置发生故障的情况下，可通过联锁操作降低空分设备运行负荷。在DCS控制系统中，可进行机组操作控制，并将相关信号输送到安保联锁系统中，通过信号分配确保DCS系统与SIS系统能够分别获取重要信号。将专用的调速装置配备在汽轮机组调速系统中，可保证调速的准确性。在DCS控制中，需要将所有信号接入，使系统具备调节机组负荷、控制机组喘振、控制机组内部单元设备回路、控制系统显示、控制程序以及控制安保联锁系统的功能。同时，还要在DCS系统中，配备三选二超速保护系统和汽轮机调速系统，以保证系统可靠运行。

3 空分设备中的自动变负荷技术

3.1 自动变负荷技术

该技术根据后续用氧的负荷变化对氧气量进行设定，自动调整空压机入口导叶，进而达到调节空分设备回路、流量、液位的目的，并在规定时间内使氧气产量达到要求。自动变工况需要在预测阶段人为设定空分设备需要的液氧量，并对设备回路进行调节，如调整膨胀机的膨胀量，以保证液氧量达到设定量要求。自动变负荷技术与自动变工况技术均需要以保证产品纯度为前提，针对液体产品不同的产量要求，对相关变量进行设定，确定最佳控制方案，强化对设定点的有效控制，从而有效降低能耗。

3.2 具体应用

在自动变负荷技术中，引入了多变量预测控制技术，即MPC。MPC建立在测试模型基础上，在工业控制现场中得到了广泛应用，取得了良好了应用效果，是一种当前较为先进的控制技术。MPC技术能够在预测时域内（一般设置在未来的时间段）通过输入最佳序列从而对输出的计算结果进行优化，该技术的应用主要包括模型预测、滚动优化以及反馈校正三个部分，具备鲁棒性较好的技术优势，可应用于大滞后强耦合情况。在自动变负荷过程中，需要人为改变主要产品的产量设定值，如氧气、液氮、液氧等产量设定值，有效控制工艺参数设定点，为自动变负荷奠定基础。通过平稳操作变负荷过程，可有效改善产品质量，避免出现人工变负荷操作失误。

3.3 应用效果

自动变负荷技术能够实现对操作流程的跟踪调节与控制，为产品质量提供有力保障。该技术的变负荷能力可达75%-105%，变负荷调节速率为每分钟可调节1%，具备调节速度快、变化用时短等优势。与人工变负荷调节相比，自动变负荷技术大幅度提升了调节速度，并且有效降低氧气放散量。在空分设备中采用自动变负荷技术，能够按照预设的速率对变负荷进行调节，从而保证空分设备生产的产品达到高质量要求，同时保证空分设备稳定运行，降低故障发生几率。

4 结语

综上所述，对于大型煤化工而言，由于其生产过程的特殊性，从而使其对空分设备的运行稳定性提出了较高的要求，为此，应当将各种先进的自动控制技术合理运用到大型煤化工空分设备当中，借此来对空分设备的运行过程进行有效的控制，从而在确保相关机组运行稳定的同时，提高生产能效和产品质量，这有助于推动我国煤化工行业的持续发展。

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马志虎（1985-）,男，回族，宁夏固原人，本科学历，神华宁夏煤业集团烯烃一分公司，工程师，研究方向：深冷技术。