TWI657856B - 一種無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的結構及控制方法 - Google Patents

一種無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的結構及控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明公開一種無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的結構及控制方法，包括依次連接的空氣壓縮機、空氣乾燥器、空氣過濾器、空氣緩衝罐、PSA空氣分離裝置、產品氣體緩衝罐和產品流量計，產品氣體緩衝罐連通有產品分析儀，空氣壓縮機與大氣相連通；產品流量計與產品氣體輸出管道相連接，還包括PLC控制器，PLC控制器同時與PSA空氣分離裝置、產品氣體緩衝罐、產品流量計和產品分析儀連接。本發明增加了自動檢測產品氣體壓力、產品氣體流量及產品氣體純度並將電信號全部輸入PLC控制器，進行分析處理，確定即時產品氣體的真實需求量，自動計算出負荷調節的「STOPPING」步驟時長，實現產品純度不升高而相應比例壓縮空氣量的下降，從而實現降低負荷情況下的節能效果。

Description

一種無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的結構及控制方 法
本發明屬於變壓吸附氣體分離領域，具體涉及一種無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的結構及控制方法。
變壓吸附空氣分離裝置製取氮氣或氧氣，是當今最為常用的在常溫下獲得產品氮氣與氧氣的裝置之一。
但現有技術的變壓吸附空氣分離裝置，通常都沒有負荷調節的針對性措施。一旦用戶實際使用時產品的需求低於滿負荷流量，自然地會引起產品管路中的壓力升高，變壓吸附空氣分離裝置自動感受到這種壓力升高後，引起流量的降低，同時會引起產品純度的自動升高。這一過程是一種自適應的過程，其結果是：裝置的流量偏離且低於滿負荷流量越多，產品的壓力會越高，而產品的純度相應地也會越高。儘管這種流量降低後產品純度的提高，有少量的節能效果，但由於純度提高後，原料空氣量與產品氣體量的比值也相應地升高，即便減少了產品氣體量的情況下，壓縮空氣的消耗並不能呈線性關係地按相應的流量降低趨勢節約能源，顯然，流量降低後的純度自動升高，這是一種能源的浪費。
本發明所要解決的技術問題是現有變壓吸附空氣分離裝置皆不具有負荷調節的針對性措施導致能源浪費，其目的在於提供一種無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的結構及控制方法，該結構及控制方法透過合理地控制，使得在產品純度基本不變化的情況下，自動進行無級調節控制，從而節約能源的消耗。
本發明透過下述技術方案實現：一種無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的結構，包括依次連接的空氣壓縮機、空氣乾燥器、空氣過濾器、空氣緩衝罐、PSA空氣分離裝置、產品氣體緩衝罐和產品流量計，且產品氣體緩衝罐連通有產品分析儀，該空氣壓縮機與大氣相連通；產品流量計與產品氣體輸出管道相連接，進一步包括PLC控制器，PLC控制器同時與PSA空氣分離裝置、產品氣體緩衝罐、產品流量計和產品分析儀連接。目前採用變壓吸附分離空氣裝置製取氮氣或氧氣，是當今最為常用的在常溫下獲得產品氮氣與氧氣的裝置，在而變壓吸附空氣分離過程，並非一直都是滿負荷流量運行，需要根據用戶實際使用時產品的需求，如果用戶實際使用時產品的高於或者等於滿負荷流量，此時裝置都是滿負荷運行，不需做任何調整，但是一旦用戶實際使用時產品的需求低於滿負荷流量，其自然地會引起產品管路中的壓力升高，由於變壓吸附空氣分離裝置內部均設置有相應的匹配關係，當變壓吸附空氣分離裝置自動感受到這種壓力升高後，引起流量的降低，同時會引起產品純度的自動升高。這一過程是一種自適應的過程，其結果是：裝置的流量偏離且低於滿負荷流量越多，產品的壓力會越高，而產品的純度相應地也會越高。儘管這種流量降低後產品純度的提高，有少量的節能效 果，但由於純度提高後，原料空氣量與產品氣體量的比值也相應地升高，即便減少了產品氣體量的情況下，壓縮空氣的消耗並不能呈線性關係地按相應的流量降低趨勢節約能源，顯然，流量降低後的純度自動升高，這是一種能源的浪費。而且在某些工藝過程中，氣體產品的純度並非越高越好，太高純度的產品反而會影響後續使用，造成不必要的麻煩。而某些工藝過程中(如變壓吸附製氧)，產品純度有極限值，當流量降低後產品純度提高到極限值，純度不再提高，而流量依然在降低，這就造成了能源的更大浪費。但是目前的變壓吸附空氣分離裝置並沒有對負荷進行調節，導致一旦用戶實際使用時產品的需求低於滿負荷流量，就開始出現能源浪費。現有技術中，產品氣體的壓力、產品氣體的流量及產品氣體的純度，都可能是孤立的儀錶，可能是現場型的，只是獨立地去觀察壓力值、流量值及產品純度，透過分別的觀察，去判斷裝置的運行狀態，進行必要的人為干預操作，如調節純度，調節流量等。部分裝置也會設置獨立的純度控制閥，或產品穩壓閥，或流量控制閥，但這種控制的目的是為了保證裝置的純度不會低於設定的純度，或產品壓力穩定在設定值以上，或者流量值不允許超過額定值。而純度超過設定值，或產品壓力在設定值以上，或者用戶使用端流量需求量降低後引起的純度升高，並非此類控制可以解決節能問題，並進行針對性地多參數調節控制。在現有技術中，PLC控制器的主要目的，是按照預定的動作時序，去控制8只以上的切換閥門的開關動作，從而實現變壓吸附工藝輸出產品氣體的目的。
而本發明是完善了上述這些測量訊號與PLC控制器的連接關係，所有這些訊號以PLC控制器可以接受的標準訊號進入到PLC控制器中進行分析、運算，弄清楚裝置當時所需要的實際負荷值。當發現裝置負荷小於額定負 荷時，PLC控制器可以發出一個訊號，在裝置原有的「升壓──吸附產生產品氣──均壓──降壓再生──均壓──升壓」這樣周而復始的循環步驟中，增加一個「STOPPING」步驟，即「停頓」步驟，這個步驟的時間長短，由PLC控制器計算而得的結果來決定。同時，由於考慮到用戶對於產品氣體的使用量有可能突然出現增大的情況，PLC控制器要能夠根據收集到的測量訊號，準確地做出判斷，並立即能夠做出反應，實施加大產氣量的措施。因此，這種降負荷，到增加負荷至額定產量，實現雙向的調節。
本方案提供的控制方式，當用戶實際使用時產品的需求量低於滿負荷流量的情況下，可以透過檢測手段感知這種需求降低的變化，在產品純度基本不變化的情況下，自動進行無級調節控制。由於產品純度未升高，仍然保持在滿負荷生產時相同的純度水平，因此原料空氣量與產品氣體量的比值也相應地沒有變化，從而實現：只要產品氣體流量降低，原料壓縮空氣的需求量基本呈線性比例地降低，從而節約能源的消耗。其具體的控制方法是：將空氣沿著管道依次進入空氣壓縮機、空氣乾燥器、空氣過濾器、空氣緩衝罐、PSA空氣分離裝置、產品氣體緩衝罐和產品流量計，少量樣品氣體進入到產品分析儀中，PLC控制器對PSA空氣分離裝置、產品氣體緩衝罐、產品氣體壓力變送器、產品流量計和產品分析儀中的狀態訊息進行檢測，根據裝置運行中的負荷情況，從而發出指令給PSA空氣分離裝置中所有的切換閥，利用「STOPPING」步驟，此步驟的時間設置由PLC控制器的計算所得，STOPPING時長的計算公式如下： STOPPING時長(秒)=滿負荷工作額定流量x(單塔每週期吸附時長+閥門動作間隔時長+均壓時長)/實測的降低負荷後的表徵流量-單塔每週期吸附時長-閥門動作間隔時長-均壓時長，其中：滿負荷工作額定流量──設計的產品流量值；單塔每週期吸附時長──由分子篩的不同種類所確定；閥門動作間隔時長──考慮閥門動作速度的時長，根據閥門種類與口徑的不同，為0秒，或0至2秒間的任何一個時長；均壓時長──根據不同變壓吸附工藝條件所確定的時長；實測的降低負荷後的表徵流量──為實測的產品氣體瞬時流量，或一個時間段內的平均流量，STOPPING時長設置在檢測到產品純度未達標時，即使檢測到流量負荷有下降，此降負荷程序不能執行；當以下任意一種情況被檢測到，PLC控制器均能夠即時發出指令，中止降負荷調節狀態，從而立即恢復裝置的滿負荷運行的狀態，從而保證裝置純度的穩定，適應用戶對產品氣體需求量的快速增加或減少的變化工況需要：(A)當PLC控制器感知到產品流量的增大到額定流量時；(B)當PLC控制器感知到產品輸送管道的壓力降低到額定壓力以下0.005至0.015MPa時，此值根據裝置的現場調試情況設定；(C)當PLC控制器感知到：產品純度差值(%)=實測的產品純度(%)-用戶許可的最低產品純度(%)=0時，即，只有當產品純度高於用戶許可的最低產品純度時，才能夠執行降低負荷的節能程序。
產品氣體緩衝罐和PLC控制器之間設置有產品氣體壓力變送器，且產品氣體壓力變送器同時與產品氣體緩衝罐和PLC控制器連接，產品氣體壓力變送器用電訊號與PLC控制器連接。PSA空氣分離裝置中設置有兩個或兩個以上的吸附塔，並且吸附塔皆與空氣緩衝罐和產品氣體緩衝罐連接。相應地，設置有六只或以上的控制切換閥。所有的控制切換閥，均接受PLC控制器的控制，在PLC控制器與控制切換閥之間，用電訊號相連接控制。空氣過濾器至少為一台，當空氣過濾器數量超過一台時，其分別設置在空氣壓縮機和空氣乾燥器之間、空氣乾燥器和空氣緩衝罐之間，並依次連通。產品流量計的入口與產品氣體緩衝罐相連通，產品流量計用電訊號與PLC控制器連接，產品分析儀的氣體取樣口與產品氣體緩衝罐和產品流量計連通的管道相連接，而產品分析儀的電訊號與PLC控制器連接。透過上述各種電訊號與PLC控制器的連接，PLC控制器中就可以根據各檢測裝置匯總訊息(壓力、流量與產品純度)，能夠計算分析出裝置運行中的負荷情況，從而能夠發出指令給PSA空氣分離裝置中所有的程序控制切換閥，在原有的滿負荷運轉控制程序中，增加一個「STOPPING」步驟，此步驟的時間設置由PLC控制器的計算所得，其時間長度可以是無級的，從而可以實現無級調節負荷。在這種調節控制過程中，PLC控制器發出的「STOPPING」步驟時間越長，說明裝置的負荷越小，空氣壓縮機降負荷卸載運行的時間也越長，或從壓縮空氣管網索取的空氣量越少，從而可以實現節能的目的。在「STOPPING」步驟執行階段，降低負荷後的產品氣體的連續輸出，依賴於系統中設置的產品氣體緩衝罐。因此此類裝置最大的無級變負荷調節範圍可以達到30至100%。
本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果： (1)增加了自動檢測產品氣體壓力、產品氣體流量及產品氣體純度並將電訊號全部輸入PLC控制器，進行分析處理，確定即時產品氣體的真實需求量，自動計算出負荷調節的「STOPPING」步驟時長，實現產品純度不升高而相應比例壓縮空氣量的下降，從而實現降低負荷情況下的節能效果；(2)在裝置流程不做變化的情況下，透過檢測手段的更新，以及相應的電訊號與控制系統的連通，合理地進行計算，輸出控制訊號的方式，實現變壓吸附空氣分離裝置負荷調節的功能；(3)在變壓吸附空氣分離裝置幾乎不增加採購成本的情況下，可以實現用戶使用過程中長期的節能降耗。
1‧‧‧空氣壓縮機
2‧‧‧空氣乾燥器
3‧‧‧空氣過濾器
4‧‧‧空氣緩衝罐
5‧‧‧PSA空氣分離裝置
6‧‧‧產品氣體緩衝罐
6P‧‧‧產品氣體壓力變送器
7‧‧‧產品流量計
8‧‧‧產品分析儀
9‧‧‧PLC控制器
圖1為本發明流程示意圖。
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。
實施例1：
如圖1所示，一種無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的結構，其硬件結構包括依次連接的空氣壓縮機1、空氣乾燥器2、空氣過濾器3、空氣緩衝 罐4、PSA空氣分離裝置5、產品氣體緩衝罐6和產品流量計7，且產品氣體緩衝罐6連通有產品分析儀8，產品分析儀8的氣體取樣口與產品氣體緩衝罐6和產品流量計7連通的管道相連接，將空氣壓縮機1與大氣相連通，抽取環境大氣，壓縮後作為空氣分離的原料氣體；產品流量計7與產品氣體輸出管道相連接，產品流量計7的入口與產品氣體緩衝罐6相連通，PLC控制器9同時與PSA空氣分離裝置5、產品氣體緩衝罐6、產品流量計7和產品分析儀8連接，產品分析儀8和產品流量計7皆用電訊號與PLC控制器連接，還在產品氣體緩衝罐6和PLC控制器9之間設置有產品氣體壓力變送器6P，且產品氣體壓力變送器6P同時與產品氣體緩衝罐6和PLC控制器9連接，產品氣體壓力變送器6P用電訊號與PLC控制器9連接。其中空氣過濾器3至少為一台，空氣過濾器3為一台時，其設置在空氣乾燥器2和空氣緩衝罐4之間，當空氣過濾器3數量超過一台時，其分別設置在空氣壓縮機1和空氣乾燥器2之間、空氣乾燥器2和空氣緩衝罐4之間，形成空氣壓縮機1、空氣過濾器3、空氣乾燥器2、空氣過濾器3和空氣緩衝罐4的依次連通。其中空氣過濾器3可以是過濾粉塵類型的過濾器，也可以是具有脫除潤滑油蒸氣功能的活性碳過濾器。在該分離裝置中，設置有兩個或兩個以上的吸附塔，相應地，設置有六只或以上的控制切換閥。所有的控制切換閥，均接受PLC控制器的程序控制，在PLC控制器與控制切換閥之間，用電訊號相連接控制。透過上述各種電訊號與PLC控制器的連接，PLC控制器中就可以根據各檢測裝置匯總訊息(壓力、流量與產品純度)，能夠計算分析出裝置運行中的負荷情況，從而能夠發出指令給PSA空氣分離裝置中所有的控制切換閥，在原有的滿負荷運轉控制程序中，增加一個「STOPPING」步驟，此步驟的時間設置由PLC控制器的計算所得，其時間長度可以是無級的，從而可以實現無級調節負荷。在這種調節控制過程中， PLC控制器發出的「STOPPING」步驟時間越長，說明裝置的負荷越小，空氣壓縮機降負荷卸載運行的時間也越長，或從壓縮空氣管網索取的空氣量越少，從而可以實現節能的目的。此類裝置最大的無級變負荷調節範圍可以達到30至100%。當PLC控制器感知到產品流量的突然增大，或壓力的快速降低，或純度出現下降趨勢，均可以即時發出指令，中止降負荷調節狀態，從而立即恢復裝置的滿負荷運行的狀態，從而保證裝置純度的穩定，適應用戶對產品氣體需求量的快速增加或減少的變化工況需要。
其具體的控制方法是：將空氣沿著管道依次進入空氣壓縮機1、空氣乾燥器2、空氣過濾器3、空氣緩衝罐4、PSA空氣分離裝置5、產品氣體緩衝罐6和產品流量計7，並進入到產品分析儀8中，PLC控制器9對PSA空氣分離裝置5、產品氣體緩衝罐6、產品氣體壓力變送器6P、產品流量計7和產品分析儀8中的狀態訊息進行檢測，根據裝置運行中的負荷情況，從而發出指令給PSA空氣分離裝置5中所有的切換閥，利用「STOPPING」步驟，此步驟的時間設置由PLC控制器9的計算所得，STOPPING時長的計算公式如下：STOPPING時長(秒)=滿負荷工作額定流量x(單塔每週期吸附時長+閥門動作間隔時長+均壓時長)/實測的降低負荷後的表徵流量-單塔每週期吸附時長-閥門動作間隔時長-均壓時長，其中：滿負荷工作額定流量──設計的產品流量值；單塔每週期吸附時長──由分子篩的不同種類所確定；閥門動作間隔時長──考慮閥門動作速度的時長，根據閥門種類與口徑的不同，為0秒，或0至2秒間的任何一個時長；均壓時長──根據不同變壓吸附工藝條件所確定的時長； 實測的降低負荷後的表徵流量──可以是實測的產品氣體瞬時流量，也可以是一個時間段內的平均流量值。具體可以根據用戶的產品氣體使用特性來決定，即，對於連續穩定用氣，只是偶爾出現穩定的低流量的場合，可以用氣體瞬時流量值；而對於用氣狀態長期處於波動狀態的場合，短時的低流量狀態的流量值不可作為降負荷運行的表徵流量。只有當PLC檢測到一定時間段內長時間處於低負荷運行狀態，則可以按該時間段內的平均流量值作為降負荷運行的表徵流量。
STOPPING時長設置在檢測到產品純度未達標時，即使檢測到流量負荷有下降，此降負荷程序不能執行；(2)以下(A)、(B)、(C)中任意一種情況被檢測到，PLC控制器9均能夠即時發出指令，中止降負荷調節狀態，從而立即恢復裝置的滿負荷運行的狀態，從而保證裝置純度的穩定，適應用戶對產品氣體需求量的快速增加或減少的變化工況需要：(A)當PLC控制器感知到產品流量的增大到額定流量時；(B)當PLC控制器感知到產品輸送管道的壓力降低到額定壓力以下某一值時，此值根據裝置的現場調試情況設定；(C)當PLC控制器感知到：產品純度差值(%)=實測的產品純度(%)-用戶許可的最低產品純度(%)=0時，即，只有當產品純度高於用戶許可的最低產品純度時，才能夠執行降低負荷的節能程序。
例如：當裝置進行變壓吸附製氮時，設定其滿負荷工作額定流量為100Nm3/h，產品氮氣純度99.9%，用戶許可的最低產品純度99.8%，產品壓力 0.6MPag。工藝條件為：單塔每週期吸附時長60秒，閥門動作間隔時長1秒，均壓時長3秒。
當檢測到裝置2分鐘內的流量值穩定在90Nm3/h時，實施降負荷節能程序的STOPPING時長計算如下，根據計算式：STOPPING時長(秒)=滿負荷工作額定流量x(單塔每週期吸附時長+閥門動作間隔時長+均壓時長)/實測的降低負荷後的表徵流量-單塔每週期吸附時長-閥門動作間隔時長-均壓時長，即100x(60+1+3)/90-60-1-3=7.1(秒)
即PLC會發出指令實施STOPPING步驟的時長為7.1秒；
當檢測到裝置2分鐘內的流量值穩定在80Nm3/h時，實施降負荷節能程序的STOPPING時長計算如下，根據計算式：STOPPING時長(秒)=100 x(60+1+3)/80-60-1-3=16(秒)
即PLC會發出指令實施STOPPING步驟的時長為16秒；
當檢測到裝置2分鐘內的流量值穩定在70Nm3/h時，實施降負荷節能程序的STOPPING時長計算如下，根據計算式：STOPPING時長(秒)=100 x(60+1+3)/70-60-1-3=27.4(秒)
即PLC會發出指令實施STOPPING步驟的時長為27.4秒；
當檢測到裝置2分鐘內的流量值穩定在60Nm3/h時，實施降負荷節能程序的STOPPING時長計算如下，根據計算式：STOPPING時長(秒)=100 x(60+1+3)/60-60-1-3=42.7(秒)
即PLC會發出指令實施STOPPING步驟的時長為42.7秒；
當檢測到裝置2分鐘內的流量值穩定在50Nm3/h時，實施降負荷節能程序的STOPPING時長計算如下，根據計算式：STOPPING時長(秒)=100 x(60+1+3)/50-60-1-3=64(秒)
即PLC會發出指令實施STOPPING步驟的時長為64秒；
當檢測到裝置2分鐘內的流量值穩定在30Nm3/h時，實施降負荷節能程序的STOPPING時長計算如下，根據計算式：STOPPING時長(秒)=100 x(60+1+3)/30-60-1-3=149.3(秒)
即PLC會發出指令實施STOPPING步驟的時長為149.3秒。
以上計算對於任何實際流量負荷條件下都適用，而且是連續的，因此是一種無級調節的方法。但不建議在30%負荷以下仍然執行這一降負荷程序，否則將出現產品氣體純度的降低。
以上示例，當發現產品壓力低於0.59MPag時(可根據現場調試情況而設定)，或當發現產品純度降低到用戶許可的99.8%時(可根據用戶的要求設定)，即產品純度差值(%)=實測的產品純度(%)-用戶許可的最低產品純度(%)=99.8%-99.8%=0時，PLC控制器將發出指令，立即中止降負荷運行程序，而首先恢復到滿負荷運行程序，同時在後續的檢測過程中，再根據新的負荷要求，實施新的負荷控制，從而達到新的降負荷狀態下的純度、壓力與流量的平衡。
實施例2：
在上述實施例的基礎上，PSA空氣分離裝置5中設置有兩個或兩個以上的吸附塔，並且吸附塔皆與空氣緩衝罐4和產品氣體緩衝罐6連接。每一吸 附塔中皆填裝有吸附劑，吸附劑種類不同，本方案既可適用於吸附劑吸附氧氣、生產氮氣的裝置，也可適用於吸附劑吸附氮氣、生產氧氣的裝置。即變壓吸附製氮裝置與變壓吸附製氧裝置均可適用本方案。
例如：當裝置進行變壓吸附製氧時，滿負荷工作額定流量為50Nm3/h，產品氧氣純度93%，產品壓力0.4MPag。工藝條件為：單塔每週期吸附時長75秒，閥門動作間隔時長1秒，均壓時長15秒。
當檢測到裝置3分鐘內的流量值穩定在50Nm3/h時，實施降負荷節能程序的STOPPING時長計算如下，根據計算式：STOPPING時長(秒)=滿負荷工作額定流量x(單塔每週期吸附時長+閥門動作間隔時長+均壓時長)/實測的降低負荷後的表徵流量-單塔每週期吸附時長-閥門動作間隔時長-均壓時長，即50 x(75+1+15)/50-75-1-15=0(秒)
即PLC會發出指令實施STOPPING步驟的時長為0秒，即不降低負荷；
當檢測到裝置3分鐘內的流量值穩定在40Nm3/h時，實施降負荷節能程序的STOPPING時長計算如下，根據計算式：STOPPING時長(秒)=50 x(75+1+15)/40-75-1-15=22.8(秒)
即PLC會發出指令實施STOPPING步驟的時長為22.8秒；
當檢測到裝置3分鐘內的流量值穩定在30Nm3/h時，實施降負荷節能程序的STOPPING時長計算如下，根據計算式：STOPPING時長(秒)=50 x(75+1+15)/30-75-1-15=60.7(秒)
即PLC會發出指令實施STOPPING步驟的時長為60.7秒；
當檢測到裝置3分鐘內的流量值穩定在15Nm3/h時，實施降負荷節能程序的STOPPING時長計算如下，根據計算式：STOPPING時長(秒)=50 x(75+1+15)/15-75-1-15=212.3(秒)
即PLC會發出指令實施STOPPING步驟的時長為212.3秒；以上計算對於任何實際流量負荷條件下都適用，而且是連續的，因此是一種無級調節的方法。同樣對於變壓吸附製氧裝置也不建議在30%負荷以下仍然執行這一降負荷程序，否則將出現產品氣體純度的降低。
以上示例，當發現產品壓力低於0.39MPag時(可根據現場調試情況而設定)，或當發現產品純度降低到用戶許可的90%時(可根據用戶的要求設定)，即產品純度差值(%)=實測的產品純度(%)-用戶許可的最低產品純度(%)=90%-90%=0時，PLC控制器將發出指令，立即中止降負荷運行程序，而首先恢復到滿負荷運行程序，同時在後續的檢測過程中，再根據新的負荷要求，實施新的負荷控制，從而達到新的降負荷狀態下的純度、壓力與流量的平衡。
實施例3：
在上述實施例的基礎上，本方案還適用於真空變壓吸附製氧裝置，該種工藝過程在吸附塔的解吸再生過程中，使用了真空泵進行抽真空處理，其他原理與變壓吸附空氣分離裝置原理相同，本方案的實現方法相同。
以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方 式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。

Claims (6)

  1. 一種無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的結構，其特徵在於，包括依次連接的空氣壓縮機、空氣乾燥器、空氣過濾器、空氣緩衝罐、PSA空氣分離裝置、產品氣體緩衝罐和產品流量計，且該產品氣體緩衝罐連通有產品分析儀，該空氣壓縮機與大氣相連通；該產品流量計與產品氣體輸出管道相連接，還包括PLC控制器，該PLC控制器同時與該PSA空氣分離裝置、該產品氣體緩衝罐、該產品流量計和該產品分析儀連接；產品氣體緩衝罐與該PLC控制器之間設置有產品氣體壓力變送器，且該產品氣體壓力變送器同時與該產品氣體緩衝罐與該PLC控制器連接；PLC控制器對該PSA空氣分離裝置、該產品氣體緩衝罐、產品氣體壓力變送器、該產品流量計和該產品分析儀中的狀態訊息進行檢測，根據裝置運行中的負荷情況控制裝置進入或終止降負荷調節狀態；(1)當發現裝置負荷小於額定負荷時，PLC控制器增加一個「STOPPING」步驟，發出指令給該PSA空氣分離裝置中所有的切換閥，控制裝置進入降負荷調節狀態，「STOPPING」步驟的時間設置由該PLC控制器的計算所得，STOPPING時長的計算公式如下：STOPPING時長(秒)=滿負荷工作額定流量x(單塔每週期吸附時長+閥門動作間隔時長+均壓時長)/實測的降低負荷後的表徵流量-單塔每週期吸附時長-閥門動作間隔時長-均壓時長，其中：滿負荷工作額定流量──設計的產品流量值；單塔每週期吸附時長──由分子篩的不同種類所確定；閥門動作間隔時長──考慮閥門動作速度的時長，根據閥門種類與口徑的不同，為0秒，或0至2秒間的任何一個時長；均壓時長──根據不同變壓吸附工藝條件所確定的時長；實測的降低負荷後的表徵流量──為實測的產品氣體瞬時流量，或一個時間段內的平均流量，STOPPING時長設置在檢測到產品純度未達標時，即使檢測到流量負荷有下降，此降負荷程式不能執行；(2)以下任意一種情況被檢測到，該PLC控制器均能夠即時發出指令，中止降負荷調節狀態，從而立即恢復裝置的滿負荷運行的狀態：(A)當該PLC控制器感知到產品流量的增大到額定流量時；(B)當該PLC控制器感知到產品輸送管道的壓力降低到額定壓力以下0.005至0.015MPa時；(C)當該PLC控制器感知到：產品純度差值(%)=實測的產品純度(%)-用戶許可的最低產品純度(%)=0時。
  2. 如請求項1所述之無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的結構，其中，該PSA空氣分離裝置中設置有兩個或兩個以上的吸附塔，並且該等吸附塔均與該空氣緩衝罐與該產品氣體緩衝罐連接。
  3. 如請求項1所述之無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的結構，其中，該空氣過濾器為兩台時，其分別設置於該空氣壓縮機與該空氣乾燥器之間、該空氣乾燥器與該空氣緩衝罐之間，並依次連通。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的結構，其中，該產品流量計的入口與該產品氣體緩衝罐相連通。
  5. 如請求項4所述之無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的結構，其中，該產品分析儀的氣體取樣口與該產品氣體緩衝罐和該產品流量計連通的管道相連接。
  6. 一種無級變負荷變壓吸附空氣分離裝置的控制方法，其特徵在於，包括以下步驟：(1)空氣沿著管道依次進入空氣壓縮機、空氣乾燥器、空氣過濾器、空氣緩衝罐、PSA空氣分離裝置、產品氣體緩衝罐和產品流量計，樣品氣體進入到產品分析儀中，PLC控制器對該PSA空氣分離裝置、該產品氣體緩衝罐、產品氣體壓力變送器、該產品流量計和該產品分析儀中的狀態訊息進行檢測，根據裝置運行中的負荷情況，從而發出指令給該PSA空氣分離裝置中所有的切換閥，利用「STOPPING」步驟，此步驟的時間設置由該PLC控制器的計算所得，STOPPING時長的計算公式如下：STOPPING時長(秒)=滿負荷工作額定流量x(單塔每週期吸附時長+閥門動作間隔時長+均壓時長)/實測的降低負荷後的表徵流量-單塔每週期吸附時長-閥門動作間隔時長-均壓時長，其中：滿負荷工作額定流量──設計的產品流量值；單塔每週期吸附時長──由分子篩的不同種類所確定；閥門動作間隔時長──考慮閥門動作速度的時長，根據閥門種類與口徑的不同，為0秒，或0至2秒間的任何一個時長；均壓時長──根據不同變壓吸附工藝條件所確定的時長；實測的降低負荷後的表徵流量──為實測的產品氣體瞬時流量，或一個時間段內的平均流量，STOPPING時長設置在檢測到產品純度未達標時，即使檢測到流量負荷有下降，此降負荷程式不能執行；(2)以下任意一種情況被檢測到，該PLC控制器均能夠即時發出指令，中止降負荷調節狀態，從而立即恢復裝置的滿負荷運行的狀態，保證裝置純度的穩定，適應用戶對產品氣體需求量的快速增加或減少的變化工況需要：(A)當該PLC控制器感知到產品流量的增大到額定流量時；(B)當該PLC控制器感知到產品輸送管道的壓力降低到額定壓力以下0.005至0.015MPa時；(C)當該PLC控制器感知到：產品純度差值(%)=實測的產品純度(%)-用戶許可的最低產品純度(%)=0時，即，只有當產品純度高於用戶許可的最低產品純度時，才能夠執行降低負荷的節能程式。
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