空气分离过程中多机同步运行状态参数变化规律的研究

摘要

空气分离是生产高纯度氧气、氮气、氩气和其它工业气体的重要工业生产过程。空分装置是钢铁、化工等行业的重要设备。随着我国经济的飞速发展，空分设备的设计制造逐渐向大型化、低能耗化方向发展。然而，由于当前相关理论研究不足，使得我国空分设备中关键设备不得不依赖于国外进口，如大型压缩机、大型膨胀机等。
　　空分设备的工作环境总是在不断变化的，其中一些变化甚至是周期性或者是近似周期性的规律变化，环境参数的变化必然会对压缩机等关键设备的工作部件载荷情况造成影响。而在压缩机、增压机和膨胀机的设计计算中，往往只采用一组热力学参数（入口压力、入口温度和出口压力），这与它们在实际工作中所处的工况是不符的。因此，研究空气分离过程中工艺参数随环境条件的变化规律，对确定各空分设备的关键零部件的负荷变动极限情况，保证其稳定安全运行具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以某40000m3/h等级空分成套设备为例，探索了原料空压机、增压机和增压透平膨胀机在系统运行时各自状态参数随环境工况的变化规律，主要完成以下研究内容。
　　(1)针对某40000m3/h等级空分成套设备，具体分析了空分工艺流程，并建立了该空分设备流程中各模块的数学模型。在建模过程中对气体状态方程做出了必要的修正，以使其更加适应实际计算的需要。
　　(2)应用化工流程软件Aspen HYSYS对系统进行了数值分析，讨论了环境参数、级间冷却水流量变化对原料压缩机排气参数的影响，以及低压空气、高压空气和膨胀空气三股气流参数对整个工艺流程的影响。结果表明:环境参数、级间冷却效果的变化对压缩空气进入冷却塔时的热力学参数带来较大影响，进而影响到低压空气、高压空气和膨胀空气参数，改变整套设备的运行工况。
　　(3)利用MATLAB，开发出由原料空压机、增压机和增压透平膨胀机组成的多机组同步运行的动态仿真软件。分析了空压机入口压力、温度和湿度的变化对原料空压机、增压机各级以及增压透平膨胀机增压端、膨胀端热力学状态参数的影响。结果表明:压缩机的压缩比将受到入口状态参数的影响，其后同步运行的各机组状态参数也会因而发生改变。

目录

论文说明

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 空气分离的方法

1．3 空气低温分离法的基本原理与设备

1．4 课题研究的目的与内容

第2章 空分设备流程分析及数学模型

2．1 空分设备流程分析

2．1．1 空分流程发展

2．1．2 40000m3／h空分设备工艺流程分析

2．2 空分流程数学模型的建立

2．2．1 冷箱外模块数学模型的建立

2．2．2 加工空气进冷箱后工艺流程的数学模型

2．2．3 流程中流股节点关系式

2．3 本章小结

第3章 空分流程稳态模拟及数值分析

3．1 空分流程稳态模型

3．1．1 Aspen HYSYS模拟软件

3．1．2 对HYSYS软件中状态方程的修正

3．1．3 确定空分流成初始条件

3．1．4 流程稳态模型的建立

3．2 数值分析

3．2．1 环境条件的变化对出原料空压机排气参数的影响

3．2．2 空压机级间冷却对排气参数的影响

3．2．3 低压空气对主换热器的影响

3．2．4 高压空气对主换热器的影响

3．2．5 膨胀空气对主换热器的影响

3．3 本章小结

第4章 基于MATLAB的动态仿真

4．1 实际气体的压缩过程

4．2 仿真程序

4．3 仿真结果与分析

4．3．1 进口压力对设备运行状态参数的影响

4．3．2 进口温度对设备运行状态参数的影响

4．3．3 进口湿度对设备运行状态参数的影响

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢