工業氣體被形象地稱為“工業血液”，空分裝置則是氣體生產的“心臟”。本文給出了康吉森空分裝置節能優化控制解決方案，助力工業企業節能降耗，助推工業企業可持續發展。
工藝簡介
空氣分離裝置是利用物理或者化學方法將空氣混合物各組分分開，獲得氧氣、氮氣以及一些稀有氣體的過程。工業上主要有三種實現空氣分離方法：低溫法、吸附法、膜分離法。目前應用廣泛的是低溫法，它的優點是生產量大、產品純度高、電耗低并且可以得到液態產品，便于存儲和運輸，主要工藝單元包括：凈化系統、壓縮系統、冷卻系統、純化系統、膨脹系統、分餾系統。
空氣分離的基本原理就是利用低溫精餾法將空氣冷凝成液體，然后按各組分蒸發溫度的不同將空氣分離。壓縮空氣除去水分和二氧化碳等雜質后，經熱交換系統和增壓膨脹機制冷后進入下塔，在塔板上氣體與液體接觸，由于氣、液之間溫度差的存在，在進行傳熱和傳質交換時,低沸點組分氮吸收熱量開始蒸發，氮組分首先蒸發出來，溫度較高的氣體冷凝，放出冷凝熱，氣體冷凝時，首先冷凝氧組分。這過程一直進行到氣相和液相的溫度相等為止，也即氣、液處于平衡狀態。這時，液相由于蒸發，使氮組分減少，同時由于氣相冷凝的氧也進入液相，因此液相的氧濃度增加了，同樣氣相由于冷凝，使氧組分減少，同時由于液相的氮進入氣相，因此氣相的氮濃度增加了。
多次的重復上述過程，氣相的氮濃度就不斷增加,液相的氧濃度也能不斷的增加。這樣經過多次的蒸發與冷凝就能完成整個精餾過程，從而將空氣中的氧和氮分離開來。空氣在下塔被初步精餾為氣氮、污液氮和富氧液空，以節流閥減壓降溫后送至上塔作為上塔的回流液，進一步實現精餾，最終在上塔頂部得到純氮氣，下部得到合格的液氧產品。
在大型空氣分離裝置的生產過程中，根據工藝流程的要求，有多種不同類型的重大設備，這當中包括了多臺透平機械壓縮機機組，典型的壓縮機一般有：
1、空氣壓縮機/氮氣壓縮機
空氣分離裝置中的大型空壓機多采用離心和軸流兩種結構，其經常還會與一臺增壓機連在一根軸系上，由一臺汽輪機驅動，這類空壓機組通常俗稱為一拖二機組。如圖所示：空壓機組的空壓機為軸流壓縮機，增壓機為多軸的離心氮壓縮機。
2、膨脹機
膨脹機是為空分裝置提供冷量的設備，氣體在膨脹機中等熵膨脹而制取冷量，補充系統冷損。
3、氧壓機（汽輪機/電機驅動）/泵
空分裝置流程主要分外壓縮、內壓縮。外壓縮是利用氧氣壓縮機將空分裝置出來的低壓產品氧氣壓縮至用戶所需要的壓力等級，內壓縮是采用液氧泵對產品液氧進行壓縮，然后換熱汽化的一種流程形式。
內壓縮流程的形式應用比較多，它的優點是：無高溫氣氧、火險隱患小，碳氫化合物積聚的可能性大大降低。
空氣壓縮機組的控制
原料空氣壓縮機和增壓空氣壓縮機采用離心式或軸流式壓縮機，由透平蒸汽輪機驅動。原料空氣壓縮機的作用是為裝置提供帶壓原料氣，增壓空氣壓縮機的作用是為裝置提供膨脹及液氧氣化的氣源。
1、機組的轉速控制
汽輪機作為原動機，汽輪機啟動階段的轉速控制，根據汽輪機主機廠提供的升速曲線，進行升速控制。在機組暖機升速、過臨界轉速、進入工作轉速和降速停機過程中，要投入壓縮機調速控制。在機組控制系統中預先存儲壓縮機的升速曲線，根據預設的轉速，將轉速目標值轉換為轉速PID的給定值，保證機組穩定工作在額定轉速。
機組轉速控制
壓縮機入口導葉控制
2、壓縮機入口導葉控制
壓縮機的入口流量控制需要通過調節壓縮機入口導葉開度實現。壓縮機入口流量調節器的輸出，送到入口導葉調速器，控制空壓機的入口導葉開度，組成串級調節回路來穩定空壓機的入口流量。
3、壓縮機防喘振控制
在機組啟動和停機過程中，由于機組流量過低，如果沒有防喘振控制，就會因喘振的發生對機組造成損壞。
當工況變化時也需要通過喘振控制來使壓縮機遠離喘振區域，避免損壞機組。
4、全自動節能優化控制
分子篩切換時會造成壓力和流量波動，造成入口導葉與喘振閥的動作，使裝置工況不穩，影響下游產品質量。為了解決這個問題，必須實現性能控制與防喘振控制的優化。抑制分子篩切換時的擾動，穩定裝置工況，保證產品質量。
5、機組能效在線性能監測
機組在線性能監測是考核機組能效的度量手段。當工況發生變化時，機組的能效指標會發生改變。實時監視汽輪機、壓縮機功率和效率的變化。使用該方法對機組改造的實際效果進行評估，為進一步計算空分裝置的收益提供參考。
機組能效在線性能監測
節能優化控制案例
某石化空分裝置系統優化，增加分子篩切換時進行精細控制，裝置開車及機組精調完成后，分子篩切換時空壓機出口壓力波動由原來的超過150KPa優化至不超過20KPa，整個裝置運行更穩定，效率更高。
編者按
工業氣體被形象地稱為“工業血液”，空分裝置則是氣體生產的“心臟”。空分設備是一種高能耗設備，在煤化工行業中，制氧能耗約占總能耗的10%～15%，甚至更大。康吉森空分裝置節能優化控制解決方案在滿足原技術指標的基礎上對系統進行優化升級，實現真正意義上的節能降耗，為工業企業的持續發展提供客觀的支持和幫助。
《康吉森“雙碳”專欄》簡介
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