一种空气分离系统的节能控制方法与流程

本发明属于气体液化分离技术领域，具体涉及一种空气分离系统的节能控制方法。

背景技术：

现有的空气分离系统基本都运行在设计参数范围内，存在较大的能源耗费。如某4000Nm³/h机组，供应商提供的相关操作参数是：循环压缩机，进口导叶(进口阀)全开，进口流量大约37000Nm³/h，旁通阀开10％-25％，出口压力2.9MPa；热端膨胀机，进口喷嘴(进口阀)55％，进口流量约14500Nm³/h，出口压力0.575MPa，转速29000r/min；热端增压机，进口阀全开，进口流量32100Nm³/h，出口压力4.3MPa；冷端膨胀机，进口喷嘴(进口阀)65％，进口流量约13000Nm³/h，出口压力0.58MPa，转速34000r/min；冷端增压机，进口阀全开，进口流量32100Nm³/h，出口压力5.5MPa。

按照供应商的操作规程操作能达到设计产能，但该系统存在较大的设计富余，其潜力并没有挖掘出来，存在较大的系统能耗，同时，旁通阀开10％-25％相当于放空10％-25％，能量也存在较大的耗费，因此，如果能在现有空气分离系统的基础上，仅通过控制参数的改变可实现节能降耗具有重要的意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能大幅降低现有空气分离系统能耗的控制方法，以解决现有技术能耗过高的问题。

为达到上述目的，本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种空气分离系统的节能控制方法，循环压缩机压缩并冷却后，一部分压缩空气进入主换热器被返流气体冷却到一定温度后抽出，送入热端膨胀机中进行膨胀制冷,膨胀后的空气返回主换热器，并在其中与冷端膨胀机部分膨胀复热后的空气混合，继续复热至常温，出冷箱作为循环空气去循环压缩机；出循环压缩机的其余空气进入热端膨胀机的增压端增压，并经增压机后冷却器冷却后进入冷端膨胀机的增压端，增压并经冷端增压机后冷却器冷却，然后进入主换热器，被冷却到一定温度后，大部分空气被抽出送入冷端膨胀机膨胀制冷，膨胀后的空气经汽液分离，分离后的液体节流后进入精馏塔上塔，分离后的气体部分送入精馏塔下塔参与精馏，其余进入主换热器复热作为循环空气出冷箱；经冷端增压机增压后的其余空气继续在主换热器中冷却液化后经节流进入精馏塔下塔参与精馏，还包括以下的参数控制：

1)循环压缩机进口阀的开度为65～75％；

2)循环压缩机旁通阀的开度经多次调整由100％缓慢减小至0；

3)热端膨胀机转速为30000～32000r/min；

4)冷端膨胀机转速为35000～37000r/min；

5)冷端膨胀机与热端膨胀机之间的旁通阀开度为0～5％；

6)调节精馏塔下塔的进液阀开度，保证下塔压力为445～455Kpa；

步骤1)、2)、3)、4)、5)及6)协同调整、且同时完成。

进一步，循环压缩机的出口压力为2.6～2.7MPa。

进一步，循环压缩机旁通阀的开度每次调整幅度为5％。

本发明的有益效果在于：

本发明通过对压缩机旁通阀的关闭，减少了做无用功的耗能，循环压缩机的能耗大幅降低，使空气分离系统的产能并没有降低的情形下，而系统的能耗有所降低，实现了节能降耗，同时，通过对各执行部件运行参数的精确控制，避免了系统的喘振和不平稳，提高了系统调整时的稳定性，使系统运行安全可靠。

附图说明

图1为某空气分离系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，为某空气分离系统的结构示意图，其空气分离工艺为：循环压缩机压缩并冷却后，一部分压缩空气进入主换热器被返流气体冷却到一定温度后抽出，送入热端膨胀机中进行膨胀制冷,膨胀后的空气返回主换热器，并在其中与冷端膨胀机部分膨胀复热后的空气混合，继续复热至常温，出冷箱作为循环空气去循环压缩机；出循环压缩机的其余空气进入热端膨胀机的增压端增压，并经增压机后冷却器冷却后进入冷端膨胀机的增压端，增压并经冷端增压机后冷却器冷却，然后进入主换热器，被冷却到一定温度后，大部分空气被抽出送入冷端膨胀机膨胀制冷，膨胀后的空气经汽液分离，分离后的液体节流后进入精馏塔上塔，分离后的气体部分送入精馏塔下塔参与精馏，其余进入主换热器复热作为循环空气出冷箱；经冷端增压机增压后的其余空气继续在主换热器中冷却液化后经节流进入精馏塔下塔参与精馏。

该系统的设备供应商提供的操作参数为：空压机，进口导叶(进口阀)全开，放空阀全关，进口流量大约21500Nm³/h，出口压力0.5MPa；循环压缩机，进口导叶(进口阀)全开，进口流量大约37000Nm³/h，旁通阀开10％-25％，出口压力2.9MPa；热端膨胀机，进口喷嘴(进口阀)55％，进口流量约14500Nm³/h，出口压力0.575MPa，转速29000r/min；热端增压机，进口阀全开，进口流量32100Nm³/h，出口压力4.3MPa；冷端膨胀机，进口喷嘴(进口阀)65％，进口流量约13000Nm³/h，出口压力0.58MPa，转速36000r/min；冷端增压机，进口阀全开，进口流量32100Nm³/h，出口压力5.5MPa。按照供应商的操作规程操作能达到设计产能，循环压缩机电流249A，旁通阀开10％-25％。

可见，上述系统设计富余，旁通阀也存在较多浪费，存在节能的潜力，现有技术提出增加一台活塞压缩机或购买一套专业控制软件等方案，但都需要增加额外的投资，如何在不增加额外投资的情况下，达到节能降耗的目的，申请人提出以下节能控制方法：

一、循环压缩机的调整：

1)在满足压缩机不踹振的条件下，循环压缩机进口阀的开度为60～70％，最佳为65％；

2)逐步关小循环压缩机旁通阀(相当于放空阀)从100％到0，每次关小幅度不超过5％；

3)降低循环压缩机的出口压力逐步升高到2.6～2.7MPa，最佳为2.65MPa。

启动时要协调进口阀，旁通阀，出口压力的调整，先操作进口阀、再出口压力、最后旁通阀。在调整循环压缩机的时候要充分考虑到膨胀机的制冷潜力，膨胀机要协同调整。通过逐步对压缩机旁通阀的关闭，减少了做无用功的耗能，循环压缩机的能耗大幅降低。

二、膨胀机的调整：

冷端膨胀机转速不能超过37400r/min，热端膨胀机转速不能超过34000r/min，通过开大喷嘴来加大膨胀机进气量，热端膨胀机转速控制在30000～32000r/min左右，最佳为31000r/min，冷端膨胀机转速控制在35000～37000r/min左右。关小膨胀机组回流阀时膨胀机转速可能会增加，要相应的关小膨胀机喷嘴，并将冷端膨胀机与热端膨胀机之间的旁通阀开度设为0～5％，理想的是全关，充分压榨膨胀机的潜力。通过提高转速提高膨胀量，把因循环压缩机出口压力降低而损失的制冷量补回来。

三、精馏塔的调整：

调节精馏塔下塔的进液阀LCV3的开度，确保精馏塔下塔的压力为445～455Kpa，最优为450Kpa。

调整完成后，循环压缩机电流由249A降低至232A左右，降低10～20A，而产能没有降低，节约了能耗。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。