CN108361186A - 一种钢铁厂空压机系统优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢铁厂空压机系统优化方法，根据历史数据，建立各用户压缩空气压力、流量需求模型；读取各用户压缩空气实时数据，根据各用户压缩空气实时数据优化各用户压缩空气压力、流量需求模型，给定压缩空气管网压力设定值；根据压缩空气管网压力设定值，设定空压机系统各个空压机站的空压机的运行状态；判断空压机系统是否处于最优状态，如果处于最优状态，则保持最优状态运行；如果不是最优状态，则重新给定压缩空气管网压力设定值，直到判定空压机系统处于最优状态，保持最优状态运行。本发明采用集群优化，可以对空压机进行科学的启停、加/卸载操作，实现了压缩空气管网压力的精确控制，降低了压缩空气管网压力等级，降低了能源损耗。

Description

一种钢铁厂空压机系统优化方法

技术领域

本申请涉及冶金行业空压机系统技术领域，特别涉及一种钢铁厂空压机系统优化方法。

背景技术

钢铁厂空压机系统的各个空压机站地理位置较为分散，通过管网连接在一起，为全厂提供压缩空气。因生产工艺不同，各用户需求压缩空气压力等级不同，并且用户不定时检修以及产线调整，均会造成用户压缩空气压力、流量需求的改变。但空压站操作人员无法掌握各用户的实时工艺状况，所以只能让主管网保持在较高的压力等级，以满足所有用户的生产需求，造成较大的能源浪费。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种钢铁厂空压机系统优化方法，采用集群优化的优化策略，对空压机进行科学的启停、加/卸载操作，实现了压缩空气管网压力的精确控制，降低了压缩空气管网压力等级，降低了能源损耗，同时实现了钢铁厂各用户压缩空气的高效利用，有助于提高钢铁厂的管理水平，增加钢铁厂的经济效益。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种钢铁厂空压机系统优化方法，包括如下步骤：

根据历史数据，建立各用户压缩空气压力、流量需求模型；

读取各用户压缩空气实时数据，根据所述各用户压缩空气实时数据优化所述各用户压缩空气压力、流量需求模型；

根据优化后的所述各用户压缩空气压力、流量需求模型，给定压缩空气管网压力设定值；所述压缩空气管网压力设定值为所述空压机系统的主管网的压缩空气管网压力设定值，要求满足所有用户的用气需求；

根据所述压缩空气管网压力设定值，设定空压机系统各个空压机站的空压机的运行状态；

判断所述空压机系统是否处于最优状态，如果处于最优状态，则保持最优状态运行；如果不是最优状态，则重新给定所述压缩空气管网压力设定值，直到判定所述空压机系统处于最优状态，保持最优状态运行。

进一步的，所述钢铁厂空压机系统优化方法基于钢铁厂统一的时钟信号运行，所述统一的时钟信号为钢铁厂能源管控中心的对时系统提供的IRIG-B和SNTP时钟信号。

进一步的，所述根据历史数据，建立各用户压缩空气压力、流量需求模型，具体内容为：

利用钢铁厂能源管控中心的历史数据，结合各用户的工况以及是否需要检修，建立各用户压缩空气压力、流量需求模型。

进一步的，所述钢铁厂能源管控中心的历史数据包括建厂以来的各台空压机的运行数据，以及各用户使用压缩空气的压力、流量历史数据。

进一步的，所述读取各用户压缩空气实时数据，根据所述各用户压缩空气实时数据优化所述各用户压缩空气压力、流量需求模型，具体内容为：

通过钢铁厂能源管控中心读取所述各用户压缩空气实时数据，包括各用户使用压缩空气压力、流量的实时数据，将所述各用户压缩空气实时数据代入所述各用户压缩空气压力、流量需求模型，利用神经网络的原理验证所述各用户压缩空气压力、流量需求模型的正确性，并根据所述各用户压缩空气实时数据不断修正所述各用户压缩空气压力、流量需求模型的规则和计算方法。

进一步的，所述根据优化后的所述各用户压缩空气压力、流量需求模型，给定压缩空气管网压力设定值，具体内容为：

根据各用户的压力等级、工艺重要程度不同，通过所述各用户压缩空气压力、流量需求模型计算所述压缩空气管网压力设定值。

进一步的，所述根据压缩空气管网压力设定值，设定所述空压机系统各个空压机站的空压机的运行状态，具体内容为：

根据所述空压机系统各个空压机站的空压机的配置情况、工况、检修状态、距离远近、管网长度因素，基于所述压缩空气管网压力设定值为每个空压机站设定对应的压缩空气出口管网压力P，根据所述压缩空气出口管网压力P设定各台空压机的运行状态。

进一步的，所述根据所述压缩空气出口管网压力P设定各台空压机的运行状态的具体内容为：

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足P>0.65MPa时，对应的空压机处于卸载状态；

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足0.6MPa＜P≤0.65MPa时，对应的空压机处于预卸载状态；

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足0.59MPa＜P≤0.6MPa时，对应的空压机处于预加载状态；

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足0.58MPa＜P≤0.59MPa时，对应的空压机处于加载状态；

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足P≤0.58MPa时，对应的空压机处于运行状态。

进一步的，所述判断所述空压机系统是否处于最优状态的判断标准为：

所述空压机系统能源消耗最低，同时满足所有用户对压缩空气压力等级的需求。

进一步的，所述空压机系统能源消耗最低的具体内容为，所述空压机系统的所有空压机站的总耗电量最低；确定空压机站的总耗电量的具体内容为：

将空压机按照排气量划分为三类，分别为100m³/min、250m³/min、400m³/min，空压机的不同排气量类型、不同运行状态对应不同的耗电量，根据各台空压机的排气量类型和运行状态确定其耗电量，然后计算所有空压机站的总耗电量。

由上述技术方案可知，本发明提供的钢铁厂空压机系统优化方法，根据历史数据，建立各用户压缩空气压力、流量需求模型，该模型可反映各客户对压缩空气的历史使用需求；通过各用户压缩空气实时数据优化该模型，由于钢铁厂产线调整或用户检修并不会引起所有用户的需求变化，因此基于历史数据建立的模型在优化时也不会有过大的改变，优化工作量较小，该优化后的模型可以实时反映不断变化的用户负荷以及不断变化的供气管网压力，较好的跟随钢铁厂各用户生产情况的变化；根据优化后的模型给定压缩空气管网压力设定值，由于该压缩空气管网压力设定值是空压机系统的主管网的压缩空气管网压力设定值，要求满足所有用户的用气需求，利用该压缩空气管网压力设定值设定各空压机的运行状态(预卸载、卸载、预加载、加载、运行、停止)，因此本发明采用的是集群优化的优化策略，以整个空压机系统为优化对象，而并不限于单台空压机；空压机运行状态是综合各用户历史需求与实时需求而确定，因此既可以满足用户的实时需求，又不会造成资源浪费。通过判断空压机系统是否处于最优状态，可以检测给定的压缩空气管网压力设定值是否合理，压缩空气管网压力设定值是以空压机系统处于最优状态为目标而给定的，因此采用本发明的钢铁厂空压机系统优化方法可以确保空压机系统始终处于最优的运行状态。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

1)本发明提供的钢铁厂空压机系统优化方法，采用空压机集群优化的方法，可以集中调配，便于安排设备检修，可有效优化空压机的运行方式，提高空压机的利用率，大幅降低能源消耗。

2)本发明提供的钢铁厂空压机系统优化方法，可以减少空压机启停次数，降低电机和空压机的磨损，减小空压机维护频率。

3)本发明提供的钢铁厂空压机系统优化方法，可根据历史数据对各用户压缩空气使用进行预测，为操作人员提供有效的帮助，避免盲目操作。

4)本发明提供的钢铁厂空压机系统优化方法，可对压缩空气管网压力等级进行精确调控，保证各用户稳定生产。

附图说明

图1为本发明实施例中钢铁厂空压机系统优化方法的流程图。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

在本发明实施例中，一种钢铁厂空压机系统优化方法，通过PLC、SCADA系统等设备构成的二级、三级控制系统执行，并且基于钢铁厂统一的时钟信号运行，即利用钢铁厂能源管控中心的对时系统为各设备授时，完成各设备的时钟统一，其中的历史数据、实时数据、优化方法运行时间均基于对时系统提供SNTP时钟信号，空压机的启动、停止、加载、卸载等操作时间均取自对时系统所提供的IRIG-B时钟信号。

参见图1，本发明实施例的钢铁厂空压机系统优化方法，包括如下步骤：

利用钢铁厂能源管控中心存储的历史数据，该历史数据包括建厂以来的各台空压机的运行数据，具体为各空压机的运行状态、启停、设定值；各用户使用压缩空气的压力、流量历史数据，具体为各用户使用的压缩空气流量、压力、温度等；以及压缩空气管网压力、温度、流量、设定值等。结合各用户的工况以及是否需要检修，利用PLC系统建立各用户压缩空气压力、流量需求模型，该模型为一个数据模型。

PLC系统从能源管控中心SCADA系统读取各用户压缩空气实时数据，优化各用户压缩空气压力、流量需求模型，具体为：将各用户压缩空气实时数据代入各用户压缩空气压力、流量需求模型，利用神经网络的原理验证各用户压缩空气压力、流量需求模型的正确性，并根据各用户压缩空气实时数据不断修正各用户压缩空气压力、流量需求模型的规则和计算方法。

根据各用户的压力等级、工艺重要程度不同，根据各用户压缩空气压力、流量需求模型计算压缩空气管网压力设定值，该压缩空气管网压力设定值为全厂空压机系统的主管网的压缩空气管网压力设定值，不涉及单个空压机站对单个用户的局域压缩空气管网，并且该压缩空气管网压力设定值要求能够满足所有用户的用气需求。

根据压缩空气管网压力设定值，设定空压机系统各个空压机站的空压机的运行状态。首先把各台空压机按照排气量划分为三类100m³/min、250m³/min、400m³/min；然后根据空压机系统各个空压机站的空压机的配置情况、工况、检修状态、距离远近、管网长度等因素，基于压缩空气管网压力设定值为每个空压机站设定对应的压缩空气出口管网压力P，压缩空气出口管网压力P是空压机站出口压力，每个空压机站并不一定相同，考虑压力损耗及传输距离等因素，压缩空气出口管网压力P一般高于压缩空气管网压力设定值。

根据压缩空气出口管网压力P设定各台空压机的运行状态，压缩空气出口管网压力P与空压机运行状态的对应关系如下：

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足P>0.65MPa时，对应的空压机处于卸载状态；

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足0.6MPa＜P≤0.65MPa时，对应的空压机处于预卸载状态；

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足0.59MPa＜P≤0.6MPa时，对应的空压机处于预加载状态；

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足0.58MPa＜P≤0.59MPa时，对应的空压机处于加载状态；

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足≤0.58MPa时，对应的空压机处于运行状态；在此条件范围中，空压机站压缩空气出口管网压力P为0.57MPa是一个保证正常生产的底线，当设定出的压缩空气出口管网压力P小于0.57MPa时，需要对应的空压机以最大功率运行，并且此情况下一般是整个空压机系统的所有空压机尽可能多地开启。

设定完各空压机站的空压机的运行状态之后，判断空压机系统是否处于最优状态，该最优状态并不表示单台空压机处于最优状态，而是整个空压机系统处于最优状态，判断标准为空压机系统能源消耗最低，同时满足所有用户对压缩空气压力、流量的需求。本实施例中，空压机系统能源消耗最低是以空压机系统的所有空压机站的总耗电量最低为判断依据的，空压机的不同排气量类型、不同运行状态对应不同的耗电量，根据现场各台空压机的排气量类型以及设定的运行状态即可确定各台空压机的耗电量，然后可以计算所有空压机站的总耗电量。

如果空压机系统处于最优状态，则保持最优状态运行；如果空压机系统不是最优状态，则返回给定压缩空气管网压力设定值的步骤，重新给定压缩空气管网压力设定值，直到判定空压机系统处于最优状态，保持最优状态运行。

若空压机系统工况有调整，或者各用户工况调整，需要重新从第一步开始调整，重新建立各用户压缩空气压力、流量需求模型，依次执行后续步骤，直到空压机系统再次保持最优状态运行。

在钢铁厂空压机系统运行过程中，传统的依靠人工经验或简单的控制逻辑已经不能满足环保节能的要求。而通过上述实施例提供的钢铁厂空压机系统优化方法，基于用户历史数据和实时数据共同确定空压机的运行状态，因此可以对空压机进行科学的启停、加/卸载操作，实现了压缩空气管网压力的精确控制，降低了压缩空气管网压力等级，降低了能源损耗。同时实现了钢铁厂各用户压缩空气的高效利用，有助于提高钢铁厂的管理水平，增加公司的经济效益。由于采用了钢铁厂统一的时钟信号，可以实现工艺数据的精确计量。

该优化方法所达到的空压机系统最优状态是根据各用户压缩空气实时数据自动进行调整，并不断优化空压机的状态而来的，并不是固定不变的，因此可以完美跟随钢铁厂实时生产调整，提高钢铁厂的管理水平，增加其经济效益。

该优化方法以“空压机系统能源消耗最低，同时满足所有用户对压缩空气压力、流量的需求”为控制目标，采用的是集群优化的优化策略，可以集中调配空压机的运行状态，彻底解决现有空压机系统控制方法能耗大的问题，并且便于安排设备检修。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种钢铁厂空压机系统优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据历史数据，建立各用户压缩空气压力、流量需求模型；

读取各用户压缩空气实时数据，根据所述各用户压缩空气实时数据优化所述各用户压缩空气压力、流量需求模型；

根据优化后的所述各用户压缩空气压力、流量需求模型，给定压缩空气管网压力设定值；所述压缩空气管网压力设定值为所述空压机系统的主管网的压缩空气管网压力设定值，要求满足所有用户的用气需求；

根据所述压缩空气管网压力设定值，设定空压机系统各个空压机站的空压机的运行状态；

判断所述空压机系统是否处于最优状态，如果处于最优状态，则保持最优状态运行；如果不是最优状态，则重新给定所述压缩空气管网压力设定值，直到判定所述空压机系统处于最优状态，保持最优状态运行。

2.如权利要求1所述的钢铁厂空压机系统优化方法，其特征在于：所述钢铁厂空压机系统优化方法基于钢铁厂统一的时钟信号运行，所述统一的时钟信号为钢铁厂能源管控中心的对时系统提供的IRIG-B和SNTP时钟信号。

3.如权利要求1或2所述的钢铁厂空压机系统优化方法，其特征在于：所述根据历史数据，建立各用户压缩空气压力、流量需求模型，具体内容为：

利用钢铁厂能源管控中心的历史数据，结合各用户的工况以及是否需要检修，建立各用户压缩空气压力、流量需求模型。

4.如权利要求3所述的钢铁厂空压机系统优化方法，其特征在于：所述钢铁厂能源管控中心的历史数据包括建厂以来的各台空压机的运行数据，以及各用户使用压缩空气的压力、流量历史数据。

5.如权利要求1或2所述的钢铁厂空压机系统优化方法，其特征在于：所述读取各用户压缩空气实时数据，根据所述各用户压缩空气实时数据优化所述各用户压缩空气压力、流量需求模型，具体内容为：

通过钢铁厂能源管控中心读取所述各用户压缩空气实时数据，包括各用户使用压缩空气压力、流量的实时数据，将所述各用户压缩空气实时数据代入所述各用户压缩空气压力、流量需求模型，利用神经网络的原理验证所述各用户压缩空气压力、流量需求模型的正确性，并根据所述各用户压缩空气实时数据不断修正所述各用户压缩空气压力、流量需求模型的规则和计算方法。

6.如权利要求1或2所述的钢铁厂空压机系统优化方法，其特征在于：所述根据优化后的所述各用户压缩空气压力、流量需求模型，给定压缩空气管网压力设定值，具体内容为：

根据各用户的压力等级、工艺重要程度不同，通过所述各用户压缩空气压力、流量需求模型计算所述压缩空气管网压力设定值。

7.如权利要求1或2所述的钢铁厂空压机系统优化方法，其特征在于：所述根据压缩空气管网压力设定值，设定所述空压机系统各个空压机站的空压机的运行状态，具体内容为：

根据所述空压机系统各个空压机站的空压机的配置情况、工况、检修状态、距离远近、管网长度因素，基于所述压缩空气管网压力设定值为每个空压机站设定对应的压缩空气出口管网压力P，根据所述压缩空气出口管网压力P设定各台空压机的运行状态。

8.如权利要求7所述的钢铁厂空压机系统优化方法，其特征在于：所述根据所述压缩空气出口管网压力P设定各台空压机的运行状态的具体内容为：

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足P>0.65MPa时，对应的空压机处于卸载状态；

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足0.6MPa＜P≤0.65MPa时，对应的空压机处于预卸载状态；

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足0.59MPa＜P≤0.6MPa时，对应的空压机处于预加载状态；

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足0.58MPa＜P≤0.59MPa时，对应的空压机处于加载状态；

当空压机站压缩空气出口管网压力P满足P≤0.58MPa时，对应的空压机处于运行状态。

9.如权利要求1或2所述的钢铁厂空压机系统优化方法，其特征在于：所述判断所述空压机系统是否处于最优状态的判断标准为：

所述空压机系统能源消耗最低，同时满足所有用户对压缩空气压力等级的需求。

10.如权利要求9所述的钢铁厂空压机系统优化方法，其特征在于：所述空压机系统能源消耗最低的具体内容为，所述空压机系统的所有空压机站的总耗电量最低；确定空压机站的总耗电量的具体内容为：

将空压机按照排气量划分为三类，分别为100m³/min、250m³/min、400m³/min，空压机的不同排气量类型、不同运行状态对应不同的耗电量，根据各台空压机的排气量类型和运行状态确定其耗电量，然后计算所有空压机站的总耗电量。