过程控制在空分装置中的应用

 

　　莱钢12000m3/h空分装置全套引进德国林德公司的技术设备，采用空气低温精馏法生产高纯度的氧气、氮气和氩气。其简要生产工艺过程如下：原料空气经压缩、预冷，并在分子筛站除去水分和CO2，进入冷箱后分成两股，一股经主换热器逆流冷却进入高压塔，另一股经膨胀降温进入低压塔。空气经高压塔、低压塔两级精馏，在低压塔顶部分离出气氮、液氮，在其底部分离出液氧。在低压塔中部抽出富氩的氩馏分(约含90%O2、10%Ar和0.05%N2)，送往初级粗氩塔中除去氧分，从初级粗氩塔顶部引出气态氩(纯度约99.8%)送到次级粗氩塔底部，进一步除去氧分。最后，含氧量小于0.0001%的氩送往纯氩塔除去氮和碳氢化合物，生产出纯氩。

　　1 控制系统结构

　　该空分装置采用了加拿大Elsag公司的INFI-90控制系统，其中INFI-90DCS作为过程控制系统，完成数据采集、回路调节及逻辑顺序控制;DECAlpha200计算机用于自动变负荷控制(ALC)。为了保证大型设备安全、可靠地运行，在现场选用了5台PLC，分别完成空压机、氮压机、氧压机和两台膨胀透平机的局部控制。主控室中配有1台工程师工作站、1台操作员监控站、1台自动变负荷过程站和3台打印机，用于生产过程监控，软件组态及图形、报警打印。控制系统网络结构如图1所示。

　　

 

　　图1 控制系统网络结构示意图

　　该系统配置的最大特点是具有冗余功能，包括：

　　INFI-NET环的双环热态冗余。

　　两块网络接口模件硬线配置成互为冗余，保证上环网的数据不中断。

　　4个多功能处理器分别用硬线配置成两对互为冗余模块，保证系统程序执行不中断。

　　工程师工作站与操作员监控站通过以太网配置成冗余，共享两台打印机。

　　2 控制功能

　　2.1 DCS过程控制

　　ElsagDCS主要完成产品加工区、存储区的数据采集和回路控制。控制回路主要有空压机吸入空气的流量控制;空冷塔、水冷塔的液位控制;两分子筛的运行步骤及切换控制;冷箱内各精馏塔及管道内的压力、流量、温度控制;存储罐内的液位及压力控制等等。

　　为使整个生产过程运行稳定，各回路间都设有级联控制。该空分装置主要是制取氧气，氧气流量调节回路如图2所示。

　　

 

　　图2 氧气流量调节回路组态示意图

　　由于氧气流量调节会影响到氩馏分、氧气压力、氧气温度的变化，联锁停车信号会使回路处于安全设定值状态，因此设计过程中需考虑到这些因素的存在，使之处于级联状态，保证了氧气流量的安全调节。

　　莱钢12000m3/h空分装置全套引进德国林德公司的技术设备，采用空气低温精馏法生产高纯度的氧气、氮气和氩气。其简要生产工艺过程如下：原料空气经压缩、预冷，并在分子筛站除去水分和CO2，进入冷箱后分成两股，一股经主换热器逆流冷却进入高压塔，另一股经膨胀降温进入低压塔。空气经高压塔、低压塔两级精馏，在低压塔顶部分离出气氮、液氮，在其底部分离出液氧。在低压塔中部抽出富氩的氩馏分(约含90%O2、10%Ar和0.05%N2)，送往初级粗氩塔中除去氧分，从初级粗氩塔顶部引出气态氩(纯度约99.8%)送到次级粗氩塔底部，进一步除去氧分。最后，含氧量小于0.0001%的氩送往纯氩塔除去氮和碳氢化合物，生产出纯氩。