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关于空分装置冷箱入口V101阀自动开启程序的设置

    安阳钢铁公司2×23500m3/h空分项目分别于2006年12月25日和2007年3月24日顺利出氧。此套空分为外压缩流程,主要由以下工艺系统及设备构成:空压机(MANTURBO)、预冷系统(杭氧)、分子筛系统(杭氧)、膨胀机(杭氧)、空分塔(杭氧)、低压氮压机(INGSOLAND)、中压氮压机(INGSOLAND)、氧压机(杭氧)、液体储槽(苏氧)、循环水系统。

    1 工艺流程

    整套工艺流程均由上海FOXBORO有限公司的I/ASeries控制系统进行控制,控制系统硬件结构如图1(见下页),控制系统包含有一对冗余的控制器CP60FT,冗余的通讯系统,各类输入/输出I/O卡件和3个操作站,控制器的总负荷在40%左右,工作运行状态良好。

    运用I/A控制系统实现了以OPC方式与上位调度管理网通讯的功能并圆满实现了空压机、氮压机自动加载,有计划自动停车,联锁紧急卸载,联锁紧急停车;氧压机的自动起动,有计划自动停车,联锁紧急停车;预冷系统联锁停水泵;分子筛系统自动切换;循环水系统水泵的联锁互投等工艺设备要求实现控制功能,同时还结合实际操作情况实现了冷箱入口阀V101阀自动打开程序和氧压机自动加载并网程序,经实践检验效果良好。

   2 冷箱入口V101阀自动开启程序

    下面重点介绍冷箱入口V101阀自动开启程序(见图2)。

    V101阀为空气送入冷箱的总调节阀,安钢23500m3/h空分的V101阀口径为DN700,一般情况下,V101阀门设计为远程手操阀,操作员可在中控室操作阀门的开度,在开V101阀时操作员需要根据经验控制好开阀的速度,以保证预冷系统出口空气压空压机力PIAS1102不低于联锁值,若预冷系统出口空气压力PIAS1102低于联锁值将连锁空压机放空,并停预冷系统水泵,从而导致开车时间延长和浪费电能等后果。由此可见,平稳快速地打开V101阀对空分系统较为重要,有鉴于此,针对V101阀编写了一段程序,程序框图见图3。

    使用此程序后,操作员在开V101阀时只需按下一个软按钮,程序会自动执行以下步骤:

    (1)将V101阀开2%,判断阀已开后(采用此步是因V101阀气缸大,动作滞后等反馈信号,避免阀开信号已足够大而阀门还没有动作,造成空压机出口失压)。

    (2)再判断预冷系统出口空气压力PIAS1102是否大于(等于)0.45MPa,若压力低于0.45MPa,就等到压力恢复到0.45MPa

    (3)等压力恢复到0.45MPa,程序继续判断PIAS1102当前值,若大于阀开前的值或大于0.5MPa,程序就再判断下塔压力是否到0.4MPa或V101阀已开98%,只要其中一个条件满足,说明塔内压力已建立,V101阀以1%的速度至全开。

    (4)而当程序继续判断PIAS1102当前值小于阀开前的值,则停在当前,等到PIAS1102当前值大于(等于)阀开前的值,再继续判断下塔压力到0.4MPa或V101阀已开98%,如果下塔压力和V101阀门开度都不满足,则将V101阀再开0.5%,等待2s,重复以上(2)的判断,如此不断循环,直到塔内压力建立后,V101阀以1%的速度开至全开。程序结束。

    3 应用情况及分析

    从DCS记录的历史趋势来看,在冷箱处于冷状态下(冷箱临时封闭)由操作员通过手操器手动操作V101阀,将气体送入冷箱,下塔压力由0升至0.4MPa约10min,而V101全开再需7min,操作员完成V101阀的控制总时间17min(此时间根据操作员的熟练程度不同会稍有差异)。

    使用了自动程序后,在冷箱处于正常热状态下(冷箱第一次送气),下塔压力由0升至0.4MPa约1min,而V101全开再需2min,程序完成V101阀的控制总时间3min

    在冷箱处于冷状态下(冷箱临时封闭),下塔压力由0升至0.4MPa约3min,而V101全开再需2min,程序完成V101阀的控制总时间5min

    由此可见,这个简单的小程序,安全实用,不仅减少了操作员的工作量,也杜绝了因操作失误而可能造成的损失。同时缩短了气体输送达到稳态的时间,提高了系统的稳定性。

    在空分系统中,由于氧透压缩的介质是氧气,所以氧透的开车运转都有较高的危险性(曾经有过在氧压机升压的过程中没有开导叶而造成氧压机喘振烧毁氧压机的事例)。根据工艺要求一般氧透的起动都实现了起动条件判断,起动电机,氮气的试运转,氧、氮气体的置换的程序自动控制,而氧压机的升压是操作员通过手操器操作入口导叶和高压回流阀来实现的,为了进一步降低人为因素可能产生的危险,此次由程序自动开启入口导叶和操作高压回流阀,达到升压的目的,这样不仅降低了由人为操作因素可能造成的危险,同时也提高了加载的速度和稳定程度。

    与V101的打开不同的是氧透加载是要关闭高压回流阀,使氧压机出口压力升高,当氧压机出口压力达到管网压力时打开送出阀,实现氧气平稳并网。

    虽然是V101打开,而氧压机是通过关闭高压回流来升压,程序有着相似的原理,都是气体输送一个动态平衡的过程,氧压机在升压的过程中同时要监测入口压力,不能使入口压力过低,否则将导致氧压机联锁停机。

    4 结语

    在V101阀自动打开程序和氧透自动加载程序通过在现场两套空分中使用,方便实用,能满足需要并且能实现预期的目的。