基于莱钢10#制氧机控制系统工艺流程的研究 |
| 2012-07-02 15:15 作者：贾 斌 马丽辉 董伟 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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摘要：详细介绍莱钢10#制氧机组控制系统的外压缩工艺流程，以及该制氧机组系统的硬件配置与控制功能，10#制氧机DCS选用的是AC800F和Profibus现场总线和PLC控制技术相结合的控制方案，系统运行比较稳定，对于自动化控制的设计和应用有着很大参考价值。
关键词：制氧机；空分装置；工艺流程
中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1671—7597（2012）0120
【《硅谷》杂志2012年1月刊文】
1概述
莱芜钢铁集团有限公司10#制氧机组空分装置为22000m3/h外压缩流程制氧机组，其中主空压机设备成套引进ATLAS的大型离心式压缩机，配套的主电机为ABB公司的9900KW的同步电机。同步电机的控制系统采用的是ABB公司AC800M控制系统，监控系统采用的是ABB公司的PANELVIEW系列的人机界面。这套同步电机自动控制系统代表着当今大型同步电机控制的国际水平，具有控制思想先进、可靠，人机界面简单、直观等优点；该自动控制系统完成“双导叶随动”的自动控制；空压机出口压力、出口流量控制回路的自动调节；空压机能量控制器控制回路的自动调节；空压机防喘振控制；空压机报警、开/停车联锁控制、辅油泵启/停联锁控制等。其工艺流程采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机、规整填料塔、氧气内压缩等技术要点，先进整套机组包括：空气预冷系统、分子筛纯化系统、增压透平膨胀机系统、分馏塔系统、氮气压缩系统、液体贮存系统等。采用现场总线、DCS、PLC等先进技术相结合的控制方法，实现了该机组自动控制、数据通讯及上位机管理。
2控制系统硬件配置
莱钢10#制氧机DCS选用的是AC800F和Profibus现场总线，AC800F系统是ABB集团推出的具有世界领先水平的全能综合型开放控制系统，融传统的DCS和PLC优点于一体，并支持多种国际现场总线标准。它既具备DCS的复杂模拟回路调节能力、友好的人机界面（HMI）及方便的工程软件，又同时具有与高档PLC指标相当的高速逻辑和顺序控制性能。系统既可连接常规I/O，又可连接Profibus、FF、CAN、Modbus等各种现场总线设备。系统具备高度的灵活性和极好的扩展性，系统包括操作级与过程级，操作级包括传统控制功能，如操作与监视，归档与信息记录，趋势与报警，回路与逻辑控制功能等，为便于管理，所有功能均可在相应过程站中执行。做为过程级是由一个或几个过程站组成，每个过程站由AC800F和扩展I/OS800单元组成。过程站CPU可以配置为冗余或不冗余系统，系统具有各种I/O模块与现场各种类型过程信号相连接。系统提供了两种工业标准总线。过程站总线用于PROFIBUS-DP通信；I/O总线用于现场I/O数据通信，具有较高的安全性与较强数据可靠性。通过标准TCP/IP协议以太网，实现整个流程中空气压缩、空气预冷、空气纯化、增压压缩、膨胀透平、氧氮精馏、氩精馏、氮气压缩等子系统的自动控制、数据通讯及上位机管理，可完整地监控整个系统的生产情况。
3制氧机工艺流程控制功能
莱芜天元气体公司目前运行机组工艺流程分内压缩和外压缩两种工艺流程，10#制氧机组采用外压缩工艺流程，其采用的新型双导叶离心式空气压缩机控制系统，外压缩制氧机为常温分子筛吸附、空气增压透平膨胀制冷、全精馏制氩、使用主冷换热、氧气压缩外供的全低压空分装置。其生产工艺过程如下：
3.1原料气体杂质净除
如果原料空气不经过除尘直接被空压机吸入，其中固体杂质会使空压机的气缸、叶片和阀门摩擦加剧。固体灰尘带到冷却器中会造成换热表面污染，导致传热系数下降。一般要求空气净除后的固体杂质含量应小于0.001g/m3。原料空气经滤袋式（或自洁式）过滤器出去灰尘及机械杂质后，自洁式空气过滤器由空气滤筒、脉冲反吹系统、净气室、框架、控制系统组成。反吹系统由气动隔膜阀、电磁阀、专用喷嘴及压缩空气管路组成。控制系统主要由脉冲控制仪、差压变送器、控制电路等组成。经过透平空压机加压至0.51MPa左右，经过空冷塔洗涤、降温至17℃，进入切换使用的分子筛吸附器，吸附掉其中的水分、CO2及碳氢化合物等杂质，分两部分进入冷箱。
3.2空气制冷与液化控制系统
在空分装置中要实现氧氮分离，首先要使空气液化，这就必须设法将空气温度降至液化温度。空分下塔的绝对压力在0.6MPa左右，在该压力下空气开始液化的温度约为-173℃。因此，要使空气液化，必须有一个比该温度更低的冷流体来冷却空气。大部分空气在主换热器中与返流气体（纯氧、纯氮、污氮）进行换热降温至-173℃，其中一股进入下塔，作为下塔的上升气体。另一股进入辅冷和液氧换热液化后，分别回到下塔和进入上塔。少量一部分空气经膨胀机增压端增压至0.78MPa，进入主换热器被返流气体（纯氧、纯氮、污氮）冷却至165K（-108℃），然后进入膨胀机膨胀端膨胀，旁通少量去污氮管网，其余部分送上塔。在下塔，空气被初步分离成氮和富氧液空，氮气在主冷中被液化，同时主冷低压侧液氧被蒸发。部分液氮回流下塔作为回流液，另一部分液氮经过冷器过冷后节流进入上塔，作为上塔的回流液。富氧液空送入上塔中部参入精馏。
3.3低压液氧贮槽
上塔底部的液氧由循环液氧泵加压，分别送至主冷和辅冷，与氮气和空气换热，蒸发得到的产品氧气从辅冷引出，在主换热器中复热后出冷箱，经活塞式氧气压缩机压缩送入氧气管网。产品液氧从上塔底部取出，进入低压液氧贮槽。污气氮从上塔上部去处，经过冷器、主换热器复热后。一部分作为分子筛的再生气体，其余部分去水冷塔。氮气从上塔顶部引出，经过冷器、主换热器复热后出冷箱，一部分氮气经氮压机压缩后，送入氮气管网。其余部分去水冷塔。产品液氮从去上塔的液氮管取出。从上塔中下部抽出约含氧90%的氩馏分，经精氩塔初步精馏制得含氧小于3ppm的工艺氩，工艺氩经精氩塔精馏除去其中的氮组分，使含氮量小于2ppm，得到产品液氩，并送入液氩贮槽贮存。
4结束语
该制氧外压缩控制系统工艺流程采用先进的控制技术，系统运行稳定，安全性和可靠性高，故障停机率低，机组的产品质量和产量稳定，为莱钢生产线提供了连续、优质的供气气源，保证了轧线生产的顺利进行，创造了可观的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]黄玮、吴志泰，制氧机的制氧控制系统[A].全国自动化新技术学术交流会会议论文集（一）[C].2005年.
[2]崔跃、夏旭东、蒋勇，Quantum控制系统在20000m-3/h制氧机的应用[J].电气应用，2006年，02期.
[3]刘春庆、陈爱、谈建功、王辉、李颖，DCS与PLC技术在莱钢9-#制氧机控制系统中的应用[J].冶金动力，2004年，05期.（注：本文版权归作者本人和硅谷杂志所有，禁止他人未经授权转载）
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