空分设备自动变负荷控制系统的设计与实现

摘要

目前国内外空分设备日益朝大型化、多样化发展，国外大型空分设备基本上都实现了自动变负荷，而国内空分设备变负荷仍以摸索经验为主，缺乏相应的理论支持，大多以常规控制为主，实施变负荷时凭经验手动操作，一方面给操作人员增加了劳动强度，存在的误操作给生产带来了安全隐患，另一方面由于变负荷时需要调节的参数比较多，手动操作很容易造成工况的波动，影响空分设备的稳定运行。
　　针对目前国内钢铁企业氧气连续生产与用户用氧不均衡的状况，本文以首钢迁钢35000Nm3/h空分装置为原型，从工艺和设备特点出发，提出了自动变负荷系统的控制原理及策略，以多级精馏塔模型为基础，从物料平衡、能量平衡、相平衡出发，从而确定了实施自动变负荷控制过程中重要参数之间函数关系的数学模型，利用CENTUM CS3000集散控制系统提供的控制功能，通过软件组态设计了各个重要参数的控制回路及控制功能图，并设计了自动变负荷过程的监控和报警功能，从而实现了空分设备自动变负荷过程的平稳、安全、经济地运行。
　　实践证明，通过本套设备的自动变负荷控制系统的实施，实现了空分设备75％～105％之间范围的变负荷能力，极大的降低了氧气的放散率，降低了产品成本，带来了良好的经济效益，同时降低了操作人员的劳动强度，提高了空分设备的自动化水平。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 空分分离设备流程及控制系统的发展状况

1．3 空分自动变负荷控制系统设计要点

1．4 集散控制系统介绍

1．5 本文研究内容和结构

第2章 空气分离原理和35000Nm3／h空分流程分析

2．1 空气分离方法分类及空气组成

2．2 空气分离的基本原理

2．3 35000Nm3／h空分流程分析

2．3．1 空分设备系统组织

2．3．2 35000m3／h空分主要配备设备

2．3．3 35000Nm3／h空分流程描述

2．3．4 35000Nm3／h空分装置的生产能力

2．3．5 35000m3／h空分流程特点

2．4 本章小结

第3章 空分设备自动变负荷控制策略

3．1 空分设备上典型的控制回路构成

3．2 PID控制

3．3 空分设备典型控制系统

3．4 空分自动变负荷控制系统设计

3．5 空分流程的计算

3．5．1 氧-氮-氩三元混合物系的物性计算

3．5．2 空分精馏计算

3．5．3 空分流程计算

3．6 自动变负荷控制各参数之间数学模型的建立

3．7 本章小结

第4章 35000m3／h空分装置自动变负荷控制功能的实现

4．1 CENTUM CS3000系统简介

4．2 控制系统的硬件实现

4．2．1 现场控制站FCS的配置

4．2．2 人机接口站HIS的配置

4．2．3 输入输出(I／O)模块的配置

4．2．4 网络与通讯配置

4．2．5 冗余与安全配置

4．3 控制系统的软件实现

4．4 35000m3／h空分装置自动变负荷控制功能的实现

4．4．1 自动变负荷中重要参数的控制实现

4．4．2 自动变负荷控制组态总图

4．4．3 变负荷暂停和继续功能控制的实现

4．4．4 监控与报警功能的实现

4．4．5 自动变负荷范围限制的实现

4．4．6 自动变负荷参数变化速率限制及变化幅度的实现

4．5 本章小结

第5章 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献