CN111575433A - 一种提升氧气管网压力波动控制工艺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提升氧气管网压力波动控制工艺的方法,建立耗氧流量动态预测模型,耗氧流量动态预测模型包括转炉耗氧流量模型、高炉耗氧流量模型、总耗氧流量模型、球罐压力计算模型;球罐压力上限设定为2.2Mpa,下限设定为1.4Mpa,在球罐压力预测值超出2.2Mpa或低于1.4Mpa时,将结果反馈到制氧设备操作人员,提示其进行相关调节,建立起氧气动态供需平衡调度优化策略。本发明降低了氧气放散率,减少了汽化设备投用时间,同时通过建立相应软件系统,消除了信息传递隐患,设备运行信息透明化,固化了相关算法,提高了耗氧量预测的准确性,给制氧设备操作人员提供更为准确的参考,优化了氧气管网压力波动控制工艺。
Description
技术领域
本发明属于炼钢生产优化技术领域,具体涉及一种提升氧气管网压力波动控制工艺的方法。
背景技术
炼钢过程中需要喷吹高纯度氧气,有助于降低钢的含碳量,清除磷、硫、硅等杂质,同时氧化产生的热量维持炼钢过程所需的温度,有效缩短冶炼时间和提高钢铁质量。氧氮供气系统设计是按钢铁工序气体平均消耗量来做静态平衡,但实际生产中,氧气供需的动态平衡则反映一个钢厂供氧系统平衡的本质。炼钢耗氧量随着生产节奏、强度和设备状况的变化而有所不同,当增大冶炼强度、瞬时生产负荷大于设计值时,会出现管网压力下降、供氧量会有短时间不足,而转炉故障、检修和铁水供应不足时,如果保持原有空分负荷,则会引起总管压力上升而导致氧气放散。
现有技术方案由制氧设备操作人员使用Excel公式根据相关耗氧设备理论耗氧量,再结合调度发出的生产组织计划预测制氧设备氧气产量。现有方案的缺陷主要表现在无法及时掌握到相关耗氧设备实际生产情况,耗氧量为理论值,同时由于炼钢生产计划的执行在时间上偶尔会有偏差,这会很大程度上影响制氧设备氧气产量的预测准确性,进而导致氧气球罐压力波动偏差较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提升氧气管网压力波动控制工艺的方法,。低氧气放散率,减少汽化设备投用时间,同时通过建立相应软件系统,消除信息传递隐患,透明化设备运行信息,固化相关模型算法,提升氧气管网压力波动控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种提升氧气管网压力波动控制工艺的方法,包括以下步骤:
1)获取转炉及炼铁设备耗氧数据,接收炼钢生产信号,接收炼铁生产信号;
2)建立耗氧流量动态预测模型,耗氧流量动态预测模型包括转炉耗氧流量模型、高炉耗氧流量模型、总耗氧流量模型、球罐压力计算模型;
3)球罐压力上限设定为2.2Mpa,下限设定为1.4Mpa,在球罐压力预测值超出2.2Mpa或低于1.4Mpa时,将结果反馈到制氧设备操作人员,提示其进行相关调节,建立起氧气动态供需平衡调度优化策略。
进一步地,所述步骤2)中转炉耗氧流量模型的设计过程如下:
1)设备耗氧流量不会是一个稳定值,而是在一定范围内上下波动,为最大程度上使预测耗氧流量值接近真实水平,通过积分算法计算出最近一段时间内设备的耗氧量,再以此计算出该设备的平均耗氧情况,得出转炉单炉耗氧量预测模型如下:
其中,Sz:最近4炉转炉吹炼氧气流量平均值,m3/h;t0:当前炉次开始吹炼时间;t1:当前炉次结束吹炼时间;
2)将转炉的每个生产周期划分为若干个小周期,每个步骤对应一个小周期,设计转炉生产步骤模型:
Tnow=Tstep-Tspent
其中,Tstep:当前炉次在执行当前步骤时的剩余周期时间,h;sznow:当前炉次正在执行步骤信号;sstep1…sstepn:转炉执行步骤信号;Tnow:当前炉次运行周期剩余时间,h;Tspent:当前执行步骤已用时间,h;
3)根据转炉生产步骤模型相应的确定转炉的吹炼时间,得出转炉耗氧流量模型如下:
其中,Sznow:转炉当前信号吹氧流量,m3/h;szstop:转炉停机信号,计划停机或非计划停机;szblow:转炉吹炼信号。
进一步地,所述步骤2)中高炉耗氧流量模型的设计过程如下:
1)通过积分算法计算出最近一段时间内设备的耗氧量,再以此计算出该设备的平均耗氧情况,得出高炉单炉耗氧量预测模型如下:
其中,Sg:最近4个小时高炉富氧流量平均值,m3/h;tnow:当前时间点;tnow-4:前4小时时间点;
2)高炉在生产过程中会连续用氧,其用氧波动主要影响因素即为休风与停止休风状态转换,高炉耗氧流量模型设计如下:
其中,Sgnow:高炉当前信号氧气消耗流量,m3/h;sgnow:高炉当前执行信号;sgstop:高炉停机信号,表示高炉休风。
进一步地,所述步骤2)中总耗氧流量模型的设计过程如下:其他用氧设备耗氧流量模型同高炉耗氧模型,总耗氧流量模型如下:
Shtotal=∑Sznow+∑Sgnow+∑Sonow
其中,Shtotal:高炉当前信号氧气消耗流量,m3/h;Sonow:其他用户当前信号氧气消耗流量,m3/h。
进一步地,所述步骤2)中球罐压力计算模型的设计过程如下:
1)本发明中涉及多台制氧设备,氧气产出总流量计算方法如下:
Sctotal=ΣScnow
其中,Sctotal:氧气产出总流量,m3/h;Scnow:单台制氧设备当前产出流量,m3/h;
2)球罐压力计算模型采用如下理论计算模型:
Pnow=(Sctotal-Shtotal)/46500+Plast
其中,Pnow:当前时刻压力,当前时刻流量差异乘以流量压力转换常数,再加上上一时刻压力,Mpa;Plast:上一时刻压力,Mpa;46500:流量压力转换常数,m3/(Mpa·h)。
进一步地,所述步骤3)中球罐压力预测值超出上限2.2Mpa时将会发生放散的情况,系统报警,将结果反馈到制氧设备操作人员,提示其进行调节;球罐压力预测值低于1.4Mpa时,提示制氧设备操作人员投入液氧汽化补充。通过对球罐压力的历史运行数据进行分析,将球罐压力的运行区间保持在1.5-2.0Mpa之间最有利于氧气系统的运行调节。
进一步地,所述步骤3)中氧气动态供需平衡调度优化策略如下:
1)氧气产出流量调节以球罐压力不超出2.2Mpa为目标,氧气产出流量超出消耗流量计算模型如下:
其中,ΔS:氧气超产流量,m3/h;Pu:预测最近时刻压力超出上限点的压力,Mpa;tu:预测压力超出上限时刻;tnow:当前时刻;
2)调节量分配按照比例进行分配,以各个制氧设备理论产出流量为基础,计算出各个设备的调节量:
其中,ΔSi:单个制氧设备需调节流量,m3/h;Si:制氧设备理论产出流量,m3/h。
本发明具有以下有益效果:
本发明借助相应的信息系统,固化了相关算法,提高了耗氧量预测的准确性,给制氧设备操作人员提供更为准确的参考,优化了氧气管网压力波动控制工艺。
球罐压力变化预测准确率大幅提升,提前预测时长可以达4小时,2小时内预测趋势吻合度达到100%;由于耗氧设备生产信息获取不及时导致氧气球罐压力过高情况得到有效避免;降低了氧气放散率,减少了汽化设备投用时间,同时通过建立相应软件系统,消除了信息传递隐患,设备运行信息透明化,固化相关模型算法,提升了氧气管网压力波动控制工艺。
本方法在所有使用转炉炼钢的钢铁企业的氧气管网压力波动控制中均可使用,能为使用本方法的企业创造实在的经济效益,具有极强的推广价值。
附图说明
图1是钢厂氧气供需平衡示意图。
图2是本发明提升氧气管网压力波动控制工艺流程图。
图3是根据本发明方法开发的系统生产计划同步录入界面示意图。
图4是系统预测结果示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例,对本发明的技术方案做进一步描述,但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
1、耗氧流量动态预测方案
钢厂氧气供需平衡示意图如图1所示,提升氧气管网压力波动控制工艺流程图如图2所示。首先获取转炉及炼铁设备耗氧数据,接收炼钢生产信号,接收炼铁生产信号。实际中设备耗氧流量不会是一个稳定值,而是在一定范围内上下波动,为最大程度上使预测耗氧流量值接近真实水平,通过积分算法计算出最近一段时间内设备的耗氧量,再以此计算出该设备的平均耗氧情况。
转炉单炉耗氧量预测模型如下:
Sz:最近4炉转炉吹炼氧气流量平均值,m3/h;
t0:当前炉次开始吹炼时间;
t1:当前炉次结束吹炼时间。
高炉单炉耗氧量预测模型如下:
Sg:最近4个小时高炉富氧流量平均值,m3/h;
tnow:当前时间点;
tnow-4:前4小时时间点。
本发明中转炉作为氧气消耗的用户,其生产节奏的变化是直接引起氧气球罐压力波动的直接因素,因此对转炉生产节奏的预测是耗氧流量动态预测中的首要环节。
考虑到转炉生产的实际步骤,可以将转炉的每个生产周期划分为若干个小周期,每个步骤对应一个小周期,设计模型如下所示。
转炉生产步骤模型:
Tstep:当前炉次在执行当前步骤时的剩余周期时间,h;
sznow:当前炉次正在执行步骤信号;
sstep1…sstepn:转炉执行步骤信号。
Tnow=Tstep-Tspent
Tnow:当前炉次运行周期剩余时间,h;
Tspent:当前执行步骤已用时间,h。
根据以上转炉生产步骤模型,可以相应的确定转炉的吹炼时间,得出转炉耗氧流量模型如下:
Sznow:转炉当前信号吹氧流量,m3/h;
szstop:转炉停机信号,计划停机或非计划停机;
szblow:转炉吹炼信号。
高炉在生产过程中会连续用氧,其用氧波动主要影响因素即为休风与停止休风状态转换,高炉耗氧流量模型设计如下:
Sgnow:高炉当前信号氧气消耗流量,m3/h;
sgnow:高炉当前执行信号;
sgstop:高炉停机信号,表示高炉休风。
其他用氧设备耗氧流量模型同高炉耗氧模型,总耗氧流量模型如下:
Shtotal=∑Sznow+∑Sgnow+∑Sonow
Shtotal:高炉当前信号氧气消耗流量,m3/h;
Sonow:其他用户当前信号氧气消耗流量,m3/h。
本发明中涉及多台制氧设备,氧气产出总流量计算方法如下:
Sctotal=ΣScnow
Sctotal:氧气产出总流量,m3/h;
Scnow:单台制氧设备当前产出流量,m3/h。
球罐压力计算模型采用如下理论计算模型:
Pnow=(Sctotal-Shtotal)/46500+Plast
Pnow:当前时刻压力,当前时刻流量差异乘以流量压力转换常数,再加上上一时刻压力,Mpa;
Plast:上一时刻压力,Mpa;
46500:流量压力转换常数,m3/(Mpa·h)。
2、制氧设备氧气产出流量调节方案
本发明中,基于设备运行安全考虑,球罐压力上限设定为2.2Mpa下限为1.4Mpa,在超出上限时将会发生放散的情况,在低于下限时则必须投入液氧汽化补充。通过对球罐压力的历史运行数据进行分析,认为将球罐压力的运行区间保持在1.5-2.0Mpa之间最有利于氧气系统的运行调节。在球罐压力预测值超出2.2Mpa或低于1.4Mpa时,需要将结果反馈到制氧设备操作人员,提示其进行相关调节,超上限则调节到2.0Mpa,低于下限则立即投入汽化。
本发明中涉及的制氧设备的氧气产出流量调节以球罐压力不超出2.2Mpa为目标,建立起氧气动态供需平衡调度优化策略。
氧气产出流量超出消耗流量计算模型如下:
ΔS:氧气超产流量,m3/h;
Pu:预测最近时刻压力超出上限点的压力,Mpa;
tu:预测压力超出上限时刻;
tnow:当前时刻。
调节量分配按照比例进行分配,以各个制氧设备理论产出流量为基础,计算出各个设备的调节量:
ΔSi:单个制氧设备需调节流量,m3/h;
Si:制氧设备理论产出流量,m3/h。
根据上述预测算法开发出如下应用系统,生产计划同步录入界面如图3所示,根据生产计划可以明确相关设备停机时间,作为运行信号的基础。系统预测结果如图4所示。
本发明不局限于上述实施方式,任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化,凡是与本发明具有相同或相近的技术方案,均落入本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术部分均为公知技术。
Claims (7)
1.一种提升氧气管网压力波动控制工艺的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)获取转炉及炼铁设备耗氧数据,接收炼钢生产信号,接收炼铁生产信号;
2)建立耗氧流量动态预测模型,耗氧流量动态预测模型包括转炉耗氧流量模型、高炉耗氧流量模型、总耗氧流量模型、球罐压力计算模型;
3)球罐压力上限设定为2.2Mpa,下限设定为1.4Mpa,在球罐压力预测值超出2.2Mpa或低于1.4Mpa时,将结果反馈到制氧设备操作人员,提示其进行相关调节,建立起氧气动态供需平衡调度优化策略。
2.如权利要求1所述的提升氧气管网压力波动控制工艺的方法,其特征在于,所述步骤2)中转炉耗氧流量模型的设计过程如下:
1)通过积分算法计算出最近一段时间内设备的耗氧量,再以此计算出该设备的平均耗氧情况,得出转炉单炉耗氧量预测模型如下:
其中,Sz:最近4炉转炉吹炼氧气流量平均值,m3/h;t0:当前炉次开始吹炼时间;t1:当前炉次结束吹炼时间;
2)将转炉的每个生产周期划分为若干个小周期,每个步骤对应一个小周期,设计转炉生产步骤模型:
Tnow=Tstep-Tspent
其中,Tstep:当前炉次在执行当前步骤时的剩余周期时间,h;sznow:当前炉次正在执行步骤信号;sstep1…sstepn:转炉执行步骤信号;Tnow:当前炉次运行周期剩余时间,h;Tspent:当前执行步骤已用时间,h;
3)根据转炉生产步骤模型相应的确定转炉的吹炼时间,得出转炉耗氧流量模型如下:
其中,Sznow:转炉当前信号吹氧流量,m3/h;szstop:转炉停机信号,计划停机或非计划停机;szblow:转炉吹炼信号。
4.如权利要求1所述的提升氧气管网压力波动控制工艺的方法,其特征在于,所述步骤2)中总耗氧流量模型的设计过程如下:其他用氧设备耗氧流量模型同高炉耗氧模型,总耗氧流量模型如下:
Shtotal=ΣSznow+ΣSgnow+ΣSonow
其中,Shtotal:高炉当前信号氧气消耗流量,m3/h;Sonow:其他用户当前信号氧气消耗流量,m3/h。
5.如权利要求4所述的提升氧气管网压力波动控制工艺的方法,其特征在于,所述步骤2)中球罐压力计算模型的设计过程如下:
1)多台制氧设备氧气产出总流量计算方法如下:
Sctotal=ΣScnow
其中,Sctotal:氧气产出总流量,m3/h;Scnow:单台制氧设备当前产出流量,m3/h;
2)球罐压力计算模型采用如下理论计算模型:
Pnow=(Sctotal-Shtotal)/46500+Plast
其中,Pnow:当前时刻压力,当前时刻流量差异乘以流量压力转换常数,再加上上一时刻压力,Mpa;Plast:上一时刻压力,Mpa;46500:流量压力转换常数,m3/(Mpa·h)。
6.如权利要求1所述的提升氧气管网压力波动控制工艺的方法,其特征在于,所述步骤3)中球罐压力预测值超出2.2Mpa时系统报警,将结果反馈到制氧设备操作人员,提示其进行调节;球罐压力预测值低于1.4Mpa时,提示制氧设备操作人员投入液氧汽化补充。
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