一种空分启动方法与流程

本发明涉及空气分离技术，尤其涉及一种空分启动方法。

背景技术：

空气分离装置(简称空分)是利用空气中各组分沸点不同，把空气中的各组分气体分离，生产氧气、氮气等气体的工业设备。图1示出一种典型空分系统结构，其基本工作过程为：原料空气(air)经过自洁式空气过滤器af1001过滤掉空气中的灰尘及机械杂质后，通过管道进入空压机ac1001中进行压缩，压缩空气进入预冷机组ru1101中进行洗涤并冷却，冷却后的空气进入纯化系统(由吸附器ms1201a及ms1201b、电加热器eh1201等构成)中进行净化，在吸附掉空气中的水分、二氧化碳及大部分碳氢化合物后分为两部分，其中一小部分作为仪表气及密封气(sealgas)，另一部分进入冷箱f101(由主换热器e1、下塔c1、主冷凝蒸发器k1、上塔c2、过冷器e2等构成)，利用透平式膨胀机组(由膨胀机et4101和et4101、后冷却器wc401和wc451等构成)产生的冷量使之部分液化再进行精馏，分离出的氧气(gox)和氮气(gn)出冷箱f101后送至用户，污氮气则用作纯化系统的再生气。

上述空分系统涉及各类仪表、阀门、电机等较多控制对象，它们启动时需要按设定时序动作，一般采用纯手动控制方式或半自动控制方式进行启动。纯手动控制方式完全由多个操作员根据就地显示仪表完成操作，其设备投入成本低，缺点在于：开机调试的时候需要多人参与才能完成，人工成本高；操作准确度和精度降由操作人员的水平决定，不可控因素太多；操作人员的水平直接影响设备启动时间，造成不必要的能源损失；系统启动中，需要人为去现场确认各单机启动条件才能进行下一步的操作，增加现场操作人员调试危险。半自动化控制方式的各种仪表、阀门、电机控制等都由集散控制系统(dcs)完成，操作员在控制室内通过电脑即可完成对整个装置的操作，开机调试仅需要2～3人参与即可完成，人工成本降低，且设备动作准确度和精度有所提高，缺点在于：无法避免因操作人员的水平问题延长设备启动时间，造成的能源浪费；开机时操作员需要现场确认单机启动条件，无法规避现场操作人员的风险。有鉴于现有空分启动方法存在的不足，有必要就此进行优化设计。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明实施例目的是旨在解决上述技术问题，提出一种高效精准的空分启动方法。

为解决以上技术问题，本发明实施例提供技术方案具体如下所述：

一种空分启动方法，包括以下步骤：

检查启动前空分系统相关设备状态；

判断启动前空分系统相关设备状态是否满足自动启动条件；

若是，触发一键启动按钮动作；

以及，按照预设策略确定的控制时序启动空分系统相关设备。

较优地，在检查并判断启动前空分系统冷却水、电、仪表气状态满足自动启动条件时，按下纯化启动按钮，以顺序启动纯化系统、冷箱系统及膨胀机来输出产品。

较优地，纯化系统在吸附器之一准备就绪、进冷箱阀门关闭且空压机准备就绪时，依次执行空压机启动、空压机压力设定、空压机加载及纯化系统阀门打开的动作。

较优地，纯化系统阀门的动作关系为：纯化系统阀门开度-时间曲线包括四段递增线段，其中第一段斜率>第三段斜率>第四段斜率>第二段斜率。

较优地，冷箱系统在主冷液位、空气进下塔温度、空气进冷箱co2纯度及空气进冷箱露点满足设定条件时，执行进冷箱阀门逐步打开的动作。

较优地，进冷箱系统阀门动作关系为：进冷箱系统阀门开度-时间曲线包括三段递增线段，其中第三段斜率>第一段斜率>第二段斜率。

较优地，膨胀机在下塔压力正常、膨胀机无报警及膨胀机回流阀全开时，依次执行膨胀机进口阀打开及膨胀机导叶逐步打开的动作。

较优地，膨胀机进口阀动作关系为：膨胀机进口阀开度-时间曲线包括六段，其中第一段、第三段及第五段为递增线段，且第一段斜率>第三段斜率>第五段斜率；第二段、第四段及第六段分别为斜率为0的保持线段。

较优地，膨胀机导叶动作关系为：膨胀机导叶开度与膨胀机转速成正比。

较优地，当产品纯度合格时，在保证产品压力和流程在允许变化范围之内的同时，执行产品送出阀逐步慢打开和产品放空阀逐步关闭，直至产品放空阀关完流量和压力保持不变时产品送出阀开度也保持不变。

与现有技术相比，本发明实施例空分启动方法通过一键启动就可完成从开机到输出产品一系列的复杂动作，其在启动过程中无需操作员参与，操作效率及精度较高。

附图说明

图1为典型空分系统结构图；

图2为本发明实施例空分启动方法流程简图；

图3为本发明实施例空分系统准备启动条件示意图；

图4为本发明实施例空分系统一键启动条件示意图；

图5为本发明实施例空分系统相关设备启动顺序简图；

图6为本发明实施例空分纯化系统阀的阀门开度-时间曲线图；

图7为本发明实施例空分进冷箱阀的阀门开度-时间曲线图；

图8为本发明实施例空分膨胀机进口阀的阀门开度-时间曲线图；

图9为本发明实施例空分启动方法架构图；

图10本发明实施例空分启动方法软件示例图；

图11-1至图11-10为本发明实施例空分启动方法控制时序详图，其中的前后图之间顺序承接。

以上附图中，有关附图标记如下所述：

af1001-过滤器；ac1001-空压机；ru1001-预冷机；ms1201a/ms1201b分子筛吸附器；eh1201-电加热器；sl1201-污氮放空消音器；et401/et402-膨胀机；af2001-膨胀机风机端过滤器e1-主换热器；e2-过冷器；c1-下塔；k1-主冷凝蒸发器；c2-上塔；wc401/wc451-后冷却器；sl401-氧气消音器；oc1401a/oc1401b-氧压机；lv101-残液叶蒸发器；st1401/st1402-氧气缓冲罐；bt401-氮气缓冲罐；se301-液氮罐；wi-进水口；wo-出水口；air-空气；gox-氧气；gn-氮气；sealgas-密封气。

以上附图中，有关变量及参数含义如下所述：

pt5001-冷却水管压力；pt2001-仪表气压力；kv1201/kv1203-吸附器a进出口阀门；kv1202、kv1204-吸附器b进出口阀门；

hv101-进冷箱阀门；

hv1213-纯化系统阀门；

rs_1001-空压机允许启动；

ho_1001-空压机启动；

sp_1001-空压机出口压力；

so_1001-空压机出口；pt2003-膨胀机a出口压力；pt2004-膨胀机b出口压力；

hn1215-纯化系统阀门；

sv1202-露点仪状态；

hc1213.mode-纯化系统阀门工作模式；dhc1213.sv-纯化系统阀门目标开度；dhc1213.mv-纯化系统阀门每分钟开度；

fi1201.pv-污氮气流量设定；pcv1212.pv-污氮气压力设定；

ppuseqstart-纯化系统顺控启动；

pio101.mode-阀门pid工作模式；pcv1212.mode-污氮气阀门工作模式；ficas1201.sv-污氮气流量pid设定值；pica1212.sv-污氮气压力pid设定值；

sp1001.mode-空压机压力设定模式；sp1001.sv-空压机压力设定值；sp1001.rp-空压机压力设定每分钟增加值；

sv1201.2-纯化系统电磁阀2#；sv1201.3-纯化系统电磁阀3#；sv1201.3-纯化系统电磁阀1#。

coldboxautostart-冷箱开始启动；

al1201.pv-纯化后空气co2纯度；al1202.pv-纯化后空气co2露点；zsl101-进冷箱阀关闭；

hv101.mv-进冷箱阀阀门开度；

pi1-下塔压力；pt101-冷箱进口压力；

hv101.mv--进冷箱阀阀门开度；pcv105b.sv-氮气送出阀阀门开度；fcv102b.sv-氧气送出阀阀门开度；

hv1215.mv-纯化系统阀门开度；

hv401a.mv-膨胀机a#进口阀开度；hv401b.mv-膨胀机b#进口阀开度；

st401a--膨胀机a#转速；st401b--膨胀机b#转速；

li1-下塔液位；

lcv1-下塔阀门；lcv1.sp-下塔阀门开度设定值；lcv1.pv-下塔阀门开度设定值；

time.set-延时设定值；

lcv1.sp-下塔阀门开度设定值；lcv1.mode-下塔阀门工作模式；

pi1-下塔压力；

hv2.mv-上塔阀门开度；

pdi1-下塔阻力；

asv-5-微量氮分析仪；

ai5-氮气产品纯度；

fcv105a.sv-氮气产品流量设定值；

pdi2-上塔阻力；

asv-2-微量氧分析仪；

ai102-氧气产品纯度；

fcv102a.sv-氧气产品流量设定值；

ai102-氧气产品纯度；ai103-氧气产品露点；ai105-氮气产品纯度；ai106-氮气产品露点；

hv102c.mv-氧气放空阀开度；hv105c.mv-氮气放空阀开度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方案对本发明进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明的保护范围仅限于下述实施方案。

参见图2，为本发明实施例空分启动方法流程简图。其中主要包括以下步骤：

s010、检查启动前空分系统相关设备状态。

s020、判断启动前空分系统相关设备状态是否满足自动启动条件，若是，进入步骤s030；若否，进入步骤s050。

s030、触发一键启动按钮动作；

s040、按照预设策略确定的控制时序启动空分系统相关设备。

s050、报警及禁止启动。

该实施例采用一键启动顺控方法来启动空分，其在启动前需要检查各个条件是否满足条件，如冷却水、电、仪表气等检测状态及参数是否达标，在达标后及一键启动空分，否则可以进行报警并禁止空分启动。若一键启动过程中遇到紧急情况，可以随时暂停以避免事故。

参见图3、图4，其中：图3为本发明实施例空分系统准备启动条件示意图；图4为本发明实施例空分系统一键启动条件示意图。启动前的具体条件为：在空分启动前需要检查各个条件(如冷却水、电、仪表气等)是否满足要求，只有满足要求时才可一键启动空分。如图3所示，在冷却水管压力(pt5001>0.35mpa，为循环水总管上检测值)、仪表气压力(pt2001>0.45mpa，为仪表气总管上检测值)及电气条件同时满足要求时，可以准备启动；如图4所示，在准备自动条件满足及纯化系统自动启动按钮被按下时，开始一键自动启动空分。

参见图5，为本发明实施例空分系统相关设备启动顺序简图。该实施例基于sfc程序架构及sebol语言采用一键启动顺控方法：先是一键启动按钮动作，再是纯化系统启动，接着是冷箱系统启动，然后是膨胀机启动，最后输出产品，直至启动程序结束为止。

具体而言，在检查并判断启动前空分系统冷却水、电、仪表气状态满足自动启动条件时，按下纯化启动按钮，以顺序启动纯化系统、冷箱系统及膨胀机来输出产品，若在一键启动过程中遇到紧急情况可以随时暂停。

参见图6、图7及图8，其中：图6为本发明实施例空分纯化系统阀的阀门开度-时间曲线图；图7为本发明实施例空分进冷箱阀的阀门开度-时间曲线图；图8为本发明实施例空分膨胀机进口阀的阀门开度-时间曲线图，其中各阀门的目标开度及开阀速度的请同时参见图11中的具体数值。按照图6-图8所示，空分启动过程中各环节主要阀门的阀门开度-时间曲线分别由多线段构成，这有利于使设备启动较为平缓顺畅，可以避免产生冲击而造成损害。

以下进一步结合图5-图8，来对空分启动过程中各主要环节的启动条件及动作进行描述。

一、纯化系统启动

1、条件：

(1)吸附器a或者b准备就绪——kv1201和kv1203打开或者kv1202和kv1204打开；

(2)进冷箱阀门hv101阀关闭；

(3)空压机准备就绪——仪表气压力正常和启动柜备妥。

2、动作：

(1)空压机启动；

(2)空压机压力设定；

(3)空压机加载；

(4)纯化系统阀门hv1213阀门慢慢打开；

此处，纯化系统阀门hv1213阀门具体动作关系为：纯化系统阀门开度-时间曲线包括四段递增线段，其中第一段斜率>第三段斜率>第四段斜率>第二段斜率，具体如图6所示，其中每阶段阀门开度和开阀时间可以开放设定。

二、冷箱系统启动

1、条件：

(1)下塔液位lt1<100mm；

(2)主冷液位lt2<100mm；

(3)空气进下塔温度ti1>-50℃；

(4)空气进冷箱co2纯度<1ppm；

(5)空气进冷箱露点<-65℃。

2、动作：

进冷箱阀门hv101慢慢打开。

此处，进冷箱阀门hv101动作关系为：进冷箱系统阀门开度-时间曲线包括三段递增线段，其中第三段斜率>第一段斜率>第二段斜率，具体如图7所示，其中每阶段阀门开度和开阀时间可以开放设定。

三、膨胀机启动

1、条件：

(1)下塔压力pt1正常；

(2)膨胀机无报警；

(3)膨胀机回流阀全开。

2、动作：

(1)膨胀机进口阀打开；

(2)膨胀机导叶慢慢打开。

此处，膨胀机进口阀的动作关系为：膨胀机进口阀开度-时间曲线包括六段，第一段、第三段及第五段为递增线段，且第一段斜率>第三段斜率>第五段斜率，第二段、第四段及第六段分别为斜率为0的保持线段，具体如图8所示，其中每阶段阀门开度和开阀时间可以开放设定；同时，膨胀机导叶的开度与膨胀机的转速成正比，而膨胀机的转速-时间也可按多段线段进行设定。

四、产品输出

1、条件：

产品纯度合格，如：氧气、氮气、氩气的纯度合格。

2、动作：

在保证产品的压力和流程在允许变化范围之内的同时，产品送出阀慢慢打开产品放空阀慢慢关闭，直到放空阀关完流量和压力保持不变是产品送出阀开度也保持不变。

参见图9、图10，其中：图9为本发明实施例空分启动方法架构图；图10为本发明实施例空分启动方法软件示例图。本发明实施例采用一键启动顺控(sfc)架构，硬件可配置工作站式台式机及win10操作系统，软件可配置yokogawacentumvpdcs系统。

以yokogawa软件为例，各个步骤可采用sebol语言完成，软件结构化、可视化较好，在配置好参数表并初始化之后，可顺次调用执行step1、step2，…，step8等相应动作步骤，其中每一步都会有相应的条件判断，判断在保证设备安全的前提下是否可以继续往下进行，整个程序自动运行无需人为干预，直到产出合格的产品。

参见图11-1至图11-10，为本发明实施例空分启动方法控制时序详图，其中的前后图之间顺序承接，如图11-2中的节点1-1承接如图11-1中的节点1-1，如图11-3中的节点2-1承接如图11-2中的节点2-1,…，如此类推，这些图中的参数含义如前文所述，参数优选数值如图中列出，在正文中不再重复。

如图11-1所示，如步骤s101按下纯化启动按钮启动后，将执行步骤s102-步骤s113，具体包括空压机启动、空压机压力设定、空压机加载、纯化系统阀门慢慢打开等动作，直至纯化系统顺控启动。其中步骤s105中要求膨胀机a及膨胀机b的出口压力分别大于0.55mpa。

如图11-2所示，纯化系统启动时主要执行步骤201-步骤205，其设定有关阀门pid工作模式及参数等，并在一定条件时使冷箱系统开始进气。

如图11-3所示，冷箱系统启动时主要执行步骤s301-步骤s305，主要包括调节进冷箱阀门开度等，同时还需设定好氧气、氮气产品控制阀门的开度。

如图11-4、图11-5所示，膨胀机启动时执行步骤s401、步骤s402之后，需要按步骤步骤s403来选择启动膨胀机a或膨胀机b：若选择启动膨胀机a，则执行步骤s404a-步骤s504a；否则，若选择膨胀机b，则执行步骤s404b-步骤s504b。无论是启动膨胀机a还是膨胀机b，相应膨胀机进口阀的开度均按设定曲线逐步打开，而膨胀机转速也是逐步增加。

如图11-6至图11-10所示，在依次执行步骤s601至步骤s904之后，如步骤s904按下产品送出按钮来输出产品，具体是按步骤s1001a-s1002a送出氧气产品，按步骤s1001b-s1002b送出氮气产品。

以上图11-1至图11-10中有关步骤的参数组合经过优化，有助于保证产品制取效率及纯度达到较为满意的效果。当然，根据具体设备结构不同，这些参数有必要做一定的改变，不再赘述。

以上对本发明实施例空分启动方法进行了详细说明，其采用一键启动空分，优点是不需要操作员参与，点启动按钮就由dcs系统完成从开机到出产品一系列复杂的动作；操作精度高，避免了因操作人员的水平问题延长设备启动时间，造成能源浪费；开机时操作员不需要去接近危险源，降低了操作人员调试危险；减少人力与能耗两方面可产生可观的经济效益。在现在自动化程度要求越来越高、人力成本和能耗要求越来越低的情况下，本发明实施例的空分一键自动启动则显得很有必要，其能够大大降低人力成本与能耗。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。