空分装置预冷体系电气控制科技研究

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1、空分装置预冷体系电气控制科技研究第一章绪论1.1论文的背景和意义采用深度冷冻工艺的空分装置的主要流程包括空气压缩机系统、预冷系统、纯化系统、热交换系统、膨胀机系统以及精馏系统。一个工艺流程能否实现，主要取决于3个方面:①冷量的数量和质量(即冷量的温度等级)能够满足要求;②精馏能够实现;③热交换系统的合理组织，能够将产品的低温冷量尽可能转换成同质量的加工空气的低温冷量，并尽可能减少其不可逆损失。对于一套空分装置来说，其技术经济指标是否先进和合理，还应对阻力、温差、膨胀机进出口状态等参数进行多方案计算、比较和分析，确定正确合理的参数

2、匹配，求得最佳的性能价格比;还应解决预冷、纯化、压缩、储存、控制等各方面的问题;还取决于机器、单元设备结构、阀门等配套设备的可靠性和先进性。因此，空分装置中各个重要过程的节能的研究十分重要，其中预冷系统的节能控制技术研究节能空间较大。预冷系统是空分设备的一个重要组成部分，它串接于空气压缩系统和分子筛吸附系统之间，用来降低进分子筛吸附器空气的温度与含水量。主要由空冷塔、氨冰机、水泵、过滤器、管道阀门和仪表电控部分等组成。合理地使用预冷系统有利于空分设备长期安全运行。预冷系统是制氧系统的一个重要控制环节，其作用是将进入该系统空气中的

3、杂质加以清除并且将空气温度降到10℃以下，保证制氧系统的正常运行。系统中涉及的重要控制参数是水位。预冷空气在冷却塔内经过温水和冷冻水两次冷却。如果冷却水的流量太大，浪费能源，并可能引起冷却塔液位超高，造成分子筛带水事故发生;如果流量太小，冷却效果不佳，不能满足工艺要求。而目前的流量调节多采用阀门开度控制，由于对用户的管路情况无法预测，管阻特性难于准确计算，所以阀门开度必须留有足够的余地，水泵和电机以及管路的供水能力与实际供水要求往往存在很大的浪费现象，而且电机输出到水泵的轴功率必然有一部分消耗在阀门挡板的节流阻力上，系统能耗大，

4、此外水位控制的高低直接会影响系统工作的稳定性。本文通过对流量的自动调节以及采用交流电动机变频调速技术进行电机的转速调节，进而达到节约能源的目的。1.2国内外发展状况空气分离最常用的方法是深度冷冻法。此方法可制得氧、氮与稀有气体，所得气体产品的纯度可达98.0%-99.9%[2]。深度冷冻法最先在国外兴起，经过上百年的发展改进，技术不断改进，规模日益扩大，生产能力和气体产品纯度有了大幅提升。1.2.1国外空分的发展状况当今，世界科技与经济飞速发展，各行各业对氧、氮、氢的需求急增，用量越来越大，也就促使空分设备(制氧机)越造越大。现

5、国外空分设备特点是:巨型化、填料塔、无氢制氢、内压缩、气液并产、高自动化、高可靠、低能耗、长周期等。现在国外大型空分设备，氧提取率>99%(达到99.8%)，氢提取率(膨胀空气进入下塔)可达92%-94%。其中以下几个国外大空分公司为发展典型[4]。法国液化空气公司是法国唯一生产空分设备的厂家，是世界上资格最老的空分设备制造公司之一，是世界第一大气体公司。法液空2000年销售额7289.6百万美元，同比增长23.9%，排世界七大气体公司之首。现法液空在65个国家有130家子公司，2001年销售额8328百万欧元，法国境外收

6、入达77%。前世界上投运最大的空分设备为3200灯d(9344om，爪)，就是法液空制造的，已制造投运两套。第一套3200灯d空分设备，1998年4月投产，安装于比利时安特惠普港的巴斯夫公司现场，其管网与法液空长达2600公里、从敦克尔克至鹿特丹的北欧管网相连。该套空分设备采用部分内压缩(泵压)流程，其前端净化器阀门直径达必1.6m，精馏塔分四段运输，每段重达140吨，采用规整填料塔。该套新空分设备由法液空欧洲气体部投资兴建，用于取代原先那套产量不足、效率不高的旧空分设备。第二章预冷系统的结构与控制通过对预冷系统工艺流程的描述以

7、及对其各个组成部分的说明，可以清楚的了解预冷系统的各个组成部分的原理及作用。本章简单阐述预冷系统的控制原理，对其运行特性进行研究，从而为揭示其存在的问题和摸索解决方案提供前提。2.1预冷系统的作用及工艺流程概述空分装置是冶金行业典型的生产设备，为AOD炉生产中、低、微碳铬铁提供所需的氧气。空分装置是一个比较复杂的系统，其工艺流程包括空气压缩机系统、预冷系统、纯化系统、热交换系统、膨胀机系统以及精馏系统。预冷系统是制氧系统的一个重要控制环节，其作用是将进入该系统空气中的杂质加以清除并且将空气温度降到10℃以下，保证制氧系统的正常运

8、行。空分设备预冷系统的工艺流程也因需要和地域的不同而各有差异，本文引用类似吉林石化公司化肥厂6号空分装置的工艺流程进行简单说明。2.1.1预冷系统在空分装置中的作用目前大容量空分设备采用低温精馏法(也称深度冷却法或简称深冷法)的工艺来达到分离空气、制取液氧液氮的