CN115265093B - 一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法 - Google Patents

一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法，在DCS系统中写入公式进行实时连续计算：虚拟成品氩流量=氩馏分的流量×氩馏分的纯度×工艺氩提取率；每隔10‑60秒将实时计算出的虚拟工艺氩流量输入到工艺氩调节阀的控制器中，将虚拟工艺氩流量作为控制器中的成品氩流量的设定值；控制器将工艺氩调节阀的开度调小或者调大，以控制实时流量等于设定值；通过计算，定时将虚拟成品氩流量写入工艺氩调节阀的控制器中，智能控制氩的提取率保持时时平衡，长期稳定氩系统运行，降低了人工操作出现的氩系统氮塞；由DCS系统智能控制代替人工操作，提高了智能控制，使机组发挥最大提取率，降低了氧气综合单耗，提高了氩气产量。

Description

一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法
技术领域
本发明涉及氩精馏技术领域，尤其是涉及一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法。
背景技术
空气分离简称空分，空气分离最常用的方法是深度冷冻法，一般先将空气冷至很低温度，再在精馏塔中进行分离，应用低温冷冻原理从空气中分离出其组分（氧、氮、氩、氦等稀有气体）的过程。制氩多采用全精馏制氩(氩精馏)，即全部用精馏的方法除去氩馏分中的氧和氮；氧和氩的分离是在粗氩塔中完成的，为了降低粗氩塔的高度，一般采用二段精馏塔；含氩约为 9.18%的氩馏分经一段粗氩塔精馏后，氧含量降至约2.5%，继续进入二段粗氩塔精馏，在二段粗氩塔顶得到含氧小于2PPm的粗氩气（98.5%氩、 1.5%氮）；粗氩气再进入精氩塔中精馏，进行氩和氮的分离，在精氩塔底部得到含氧量小于2PPm、含氮量小于3PPm的液态纯氩。
低温方式制氧方法是钢铁、化工企业中最常用的工艺流程，在制氧机组中各个子系统需要非常稳定的运行才能达到氧、氮、氩气的单耗降低。在解决系统稳定的各种方式中，大多采用国内或国际上的过硬设备和配置较高技术过硬人员实现制氧机组的高效运行。在制氧机组空分系统中，关于氩系统的操作和稳定运行，每个企业只有为数不多技术过硬的员工在付出大量的精力后才能确保系统保持在长期稳定状态。
随着各个行业在氧、氮、氩气上的普及使用，使得制氧行业的从业人员越发不足。制氧空分系统中，在大型空分塔中均配有氩精馏系统，在空分厂制造设备时，配置的调节控制阀均集成在DCS中，可远程操作。设备日常运行时，操作工根据工况调节控制氩系统产量平衡，时时监控确保系统稳定运行。当前氩系统产量的控制方式为操作工根据氩馏分纯度、工艺氩微量氧含量控制调节氩产量，这种操作方式的弊端是员工需要时时分析工况，根据经验进行控制，员工工作强度大。
发明内容
本发明的目的是提供一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法，在DCS系统中写入公式进行实时连续计算：
虚拟工艺氩流量=氩馏分的流量×氩馏分的纯度×工艺氩提取率；
每隔10-60秒将实时计算出的虚拟工艺氩流量输入到工艺氩调节阀的控制器中，将虚拟工艺氩流量作为控制器中的成品氩流量的设定值；
当工艺氩调节阀中的实时流量大于控制器中的设定值时，控制器将工艺氩调节阀的开度调小，以控制开度调小后的实时流量等于控制器中的设定值；
当工艺氩调节阀中的实时流量小于控制器中的设定值时，控制器将工艺氩调节阀的开度调大，以控制开度调大后的实时流量等于控制器中的设定值。
优选的，每隔30秒将实时计算出的虚拟工艺氩流量输入到工艺氩调节阀的控制器中。
优选的，氩馏分的流量为粗氧塔负荷调整下的实际流量。
优选的，氩馏分的纯度为氩馏分中氩气的体积含量，氩馏分的纯度以在线氩馏分测点纯度分析仪表的在线分析数据为依据；
为防止在线氩馏分测点纯度分析仪表和氩馏分流量仪表出现仪表故障造成计算虚拟工艺氩流量对氩系统工况产生大幅波动，设定斜率保护或给出各阶段（75%-110%）负荷下的限定保护值，当在线分析测量值超出给定范围，氩馏分的纯度按限定中间值暂时计算虚拟工艺氩流量，氩馏分的流量超出氧气流量1.05倍时按1.05倍流量保护值计算。
优选的，工艺氩提取率为根据每套制氧75%-110%工况负荷下统计氩提取率建立的数据模型；
将提取率列出数据表，将对应的提取率逻辑编程在DCS中，虚拟工艺氩流量根据提取率模型自动调整，根据系统负荷，取对应氧气产量下氩馏分纯度作为负荷依据，在一定负荷下自动执行计算该负荷的提取率，虚拟工艺氩流量进行自动跟踪。
优选的，控制器为PID控制器，PID控制器在DCS系统中编程模块控制，利用PID控制器控制工艺氩调节阀的开度大小，实现氩系统物料产量平衡。
本申请提供了一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法，在DCS系统中写入公式进行实时连续计算：
虚拟工艺氩流量=氩馏分的流量×氩馏分的纯度×工艺氩提取率；
每隔10-60秒将实时计算出的虚拟工艺氩流量输入到工艺氩调节阀的控制器中，将虚拟工艺氩流量作为控制器中的成品氩流量的设定值；
当工艺氩调节阀中的实时流量大于控制器中的设定值时，控制器将工艺氩调节阀的开度调小，以控制开度调小后的实时流量等于控制器中的设定值；
当工艺氩调节阀中的实时流量小于控制器中的设定值时，控制器将工艺氩调节阀的开度调大，以控制开度调大后的实时流量等于控制器中的设定值；
本申请通过虚拟成品氩流量的计算，定时将虚拟成品氩流量写入工艺氩调节阀的控制器中，智能控制氩的提取率保持时时平衡，利用物料平衡，DCS集中控制逻辑编程功能实现氩系统智能控制，调节平衡氩系统物料产量平衡，长期稳定氩系统稳定运行，有效降低了人工操作出现的氩系统氮塞；
本申请中，制氧从业人员利用大数据、工业互联网等积极探索，开发智能程序，由DCS系统智能控制代替人工操作，使机组发挥最大提取率，高效运行降低氧气综合单耗，提高了稀有气体氩气产量；
氩系统智能调控产量平衡程序的开发及应用，将带动制氧机组在智能控制上的提升，在稀有气体中提取氩气上达到国内先进水平。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请提供了一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法，在DCS系统中写入公式进行实时连续计算：
虚拟工艺氩流量=氩馏分的流量×氩馏分的纯度×工艺氩提取率；
每隔10-60秒将实时计算出的虚拟工艺氩流量输入到工艺氩调节阀的控制器中，将虚拟工艺氩流量作为控制器中的成品氩流量的设定值；
当工艺氩调节阀中的实时流量大于控制器中的设定值时，控制器将工艺氩调节阀的开度调小，以控制开度调小后的实时流量等于控制器中的设定值；
当工艺氩调节阀中的实时流量小于控制器中的设定值时，控制器将工艺氩调节阀的开度调大，以控制开度调大后的实时流量等于控制器中的设定值。
在本申请的一个实施例中，每隔30秒将实时计算出的虚拟工艺氩流量输入到工艺氩调节阀的控制器中。
在本申请的一个实施例中，氩馏分的流量为粗氧塔负荷调整下的实际流量。
在本申请的一个实施例中，氩馏分的纯度为氩馏分中氩气的体积含量，氩馏分的纯度以在线氩馏分测点纯度分析仪表的在线分析数据为依据；
为防止在线氩馏分测点纯度分析仪表和氩馏分流量仪表出现仪表故障造成计算虚拟工艺氩流量对氩系统工况产生大幅波动，设定斜率保护或给出各阶段（75%-110%）负荷下的限定保护值，当在线分析测量值超出给定范围，氩馏分的纯度按限定中间值暂时计算虚拟工艺氩流量，氩馏分的流量超出氧气流量1.05倍时按1.05倍流量保护值计算。
在本申请的一个实施例中，工艺氩提取率为根据每套制氧75%-110%工况负荷下统计氩提取率建立的数据模型；
将提取率列出数据表，将对应的提取率逻辑编程在DCS中，虚拟工艺氩流量根据提取率模型自动调整，根据系统负荷，取对应氧气产量下氩馏分纯度作为负荷依据，在一定负荷下自动执行计算该负荷的提取率，虚拟工艺氩流量进行自动跟踪。
在本申请的一个实施例中，控制器为PID控制器，PID控制器在DCS系统中编程模块控制，利用PID控制器控制工艺氩调节阀的开度大小，实现氩系统物料产量平衡。
本申请中，工艺氩提取率=工艺氩流量/(氩馏分流量×0.934%)×100%。
本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法，在DCS系统中写入公式进行实时连续计算：
虚拟工艺氩流量=氩馏分的流量×氩馏分的纯度×工艺氩提取率；
每隔30秒将实时计算出的虚拟工艺氩流量输入到工艺氩调节阀的控制器中，将虚拟工艺氩流量作为控制器中的成品氩流量的设定值；
当工艺氩调节阀中的实时流量大于控制器中的设定值时，控制器将工艺氩调节阀的开度调小，以控制开度调小后的实时流量等于控制器中的设定值；
当工艺氩调节阀中的实时流量小于控制器中的设定值时，控制器将工艺氩调节阀的开度调大，以控制开度调大后的实时流量等于控制器中的设定值；
氩馏分的流量为30500Nm3/h；
氩馏分的纯度为氩馏分中氩气的体积含量为9.6%；
工艺氩提取率为35%；
经计算，虚拟成品氩流量为1025Nm3/h；
控制器为PID控制器，PID控制器与DCS系统电连接，PID控制器与工艺氩调节阀电连接。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法，其特征在于，在DCS系统中写入公式进行实时连续计算：
虚拟工艺氩流量=氩馏分的流量×氩馏分的纯度×工艺氩提取率；
每隔10-60秒将实时计算出的虚拟工艺氩流量输入到工艺氩调节阀的控制器中，将虚拟工艺氩流量作为控制器中的成品氩流量的设定值；
当工艺氩调节阀中的实时流量大于控制器中的设定值时，控制器将工艺氩调节阀的开度调小，以控制开度调小后的实时流量等于控制器中的设定值；
当工艺氩调节阀中的实时流量小于控制器中的设定值时，控制器将工艺氩调节阀的开度调大，以控制开度调大后的实时流量等于控制器中的设定值。
2.根据权利要求1所述的一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法，其特征在于，每隔30秒将实时计算出的虚拟工艺氩流量输入到工艺氩调节阀的控制器中。
3.根据权利要求1所述的一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法，其特征在于，氩馏分的流量为粗氧塔负荷调整下的实际流量。
4.根据权利要求1所述的一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法，其特征在于，氩馏分的纯度为氩馏分中氩气的体积含量，氩馏分的纯度以在线氩馏分测点纯度分析仪表的在线分析数据为依据；
为防止在线氩馏分测点纯度分析仪表和氩馏分流量仪表出现仪表故障造成计算虚拟工艺氩流量对氩系统工况产生大幅波动，设定斜率保护或给出各阶段75%-110%负荷下的限定保护值，当在线分析测量值超出给定范围，氩馏分的纯度按限定中间值暂时计算虚拟工艺氩流量，氩馏分的流量超出氧气流量1.05倍时按1.05倍流量保护值计算。
5.根据权利要求1所述的一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法，其特征在于，工艺氩提取率为根据每套制氧75%-110%工况负荷下统计氩提取率建立的数据模型；
将提取率列出数据表，将对应的提取率逻辑编程在DCS中，虚拟工艺氩流量根据提取率模型自动调整，根据系统负荷，取对应氧气产量下氩馏分纯度作为负荷依据，在一定负荷下自动执行计算该负荷的提取率，虚拟工艺氩流量进行自动跟踪。
6.根据权利要求1所述的一种深冷空分中氩精馏系统的产量控制方法，其特征在于，控制器为PID控制器，PID控制器在DCS系统中编程模块控制，利用PID控制器控制工艺氩调节阀的开度大小，实现氩系统物料产量平衡。
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