制氧生产的自动变负荷控制是嘛

制氧生产的自动变负荷控制

概要

氧气生产与转炉冶炼密切相关，而转炉冶炼用氧的特征是用量大且变化幅度也大，并与转炉冶炼生产的节奏紧密相关，是间歇式用氧负荷，故氧气生产上经常出现Lc 试样平直段的长度氧气放散或供不应求两种现象。前者不利于氧气生产的节能降耗及经济运行指标，后者影响转炉冶炼生产，甚至影响到整个转炉炼钢生产线的生产组织和经济效益。莱钢利用外资进行改造扩建中，于1994年引进德国林德公司的12000m3/h空分装置，以满足莱钢年产200万t钢氧气供应。在技术交流和商务谈判中确定，由林德公司提供整套空分设备，莱钢负责工厂设计和施工，由德方专家负责工程的监理及系统调试。为解决氧气生产和转炉炼钢用氧的矛盾，在加大液态氧储罐容积的同时，向德方提出该套空分装置控制系统中增设制氧生产的自动变负荷系统。该系统采用美国贝利公司的集散控制系统(DCS)，实现制氧生产全过程自动控制。制氧生产自动变负荷系统，就是根据用户用氧量的变化，自动调节生产运行工况，运行参数其实在自动控制过程中，向最佳点逼近，以实现优化操作。

1 自动变负荷控制原理

设计自动变负荷控制程序软件时，按不同的任务把软件分成若干模块，其结构如图1所示。图中自动变负荷控制程序被分成显示服务模块；操作点计算模块；过程模型；传送控制器模块和优化控制器五大部分。

1.1显示服务模块

为操作员提供操作界面，显示工艺流程图，工艺参数值及变化趋势，工艺过程报警参数。各种气体管路用不同的颜色显示，并根据操作需要，在工艺流程画面中选取所需的局部画面显示。

1.2操作点计算模块

它有一套输入参数计算模型，对操作员凭经验输入的主要产品如液氮(LN)、液氧(LO)、高压氧(HPA)和气氧(GO)的目标产量进行复核，算出每种产量允许的最小、最大值和目标产量值，以防止操作员输入的数值与工艺要求数值严重不吻合。它会烧毁保险丝计算结果与设计能力、当前工艺状态及上次各计算模型值有关，当输入参数值严重与工艺数值不吻合时，显示屏会提示错误信息。一共有4个输入参数计算模型，液氧模型的表达式如下

FLO=[(F1－F2)/K1 －F3－K2

式中FLO为液氧产量；F1为分子筛出口空气流量；F2为膨胀机过冷空气量；F3为氧压机入口氧流量；K1、K2为系数。

该模型的计算结果向操作员提供一个与设计能力和当前工艺相吻合的液氧产量值。

液氮输入参数计算模型表达式为

FLN=[(F1－F2)/K3 －K4

式中FLN为液氮产量；K3、K4为系数。

该模型根据分子筛出口空气量和膨胀机过冷空气量之差和系数之比为液氮的理论产量值；减去损耗系数，为液氮的实际产量。

高压氧输入参数计算模型为

FHPA=[(F1－F2)/K5 －F4－K6

式中FHPA为高压氧产量；F4为液氧泵进口液氧流量；K5、K6为系数。

因空分装置生产过程的氧产品分别为液氧、气氧和高压氧，在输入参数计算模型3个产品的产量是相互关联的，但都是以分子筛出口空气量和膨胀机过冷空气量为基本计算参数。

气氧输入参数计算模型为

FGO=－F3－F4－K8

式中FGO为气氧产量；F为空压机出口空气流量；K7、K8为系数。

4个输入参数计算模型是根据空分装置的设计能力、运行工况计算出当前生产过程中各产品的产量值，使操作员及时了解运行工况及产品的产量。此空分装置共有3种设计工况，见表1所示：

表中工况A为最佳设计工况(1台透平机工作，另1台备用)，工况B是按要求降到70％产量的运行工况，工况C是要求生产800m3/h液氧时的设计工况(两台透平机同时工作)。因生产的气氧压力为145kPa，在氧气输送过程中，气氧需转化为高压氧。

1.3过程模型模块

过程模型模块由一系列模型功能块组成，它们又可分成状态模型和计算模型。自动变负荷控制程序对工艺负荷变化的控制是通过对几个主要产品的产量、质量和并且速度控制不准确工艺流程中几个主要环节的控制来实现的。一共有7个状态模型和7个计算模型，它们根据对工况需要达到的产量目标、物料平衡和制冷量平衡原理，以及主要工艺环节的相关参数，根据状态模型由计算模型计算出工艺过程中这些控制环节期望的状态值。

1.3.1状态模型

过程模型中的7个状态模型分别是：空气净化量状态模型，粗氩量状态模型、液氩量状态模型、制冷量平衡状态模型、透平机空气量状态模型、透平旁通空气量状态模型和工艺气量状态模型。这7个模型对保证工艺的稳定起着决定性的作用，7个状态模型分别用S1，…，S7表示。空气净化量S1是一个关于气氧和液氧产量的函数，其表达式为

S1=f(K1，FGO，FLO，C1)

式中K1为系数；C1为工作状态下空气净化量。

粗氩量状态模型S2，仅与空气净化量S1相关，