一种制氧空分系统运行工况健康智能诊断系统技术方案

本发明专利技术涉及设备智能诊断技术领域，具体公开了一种制氧空分系统运行工况健康智能诊断系统，主要通过对制氧机各子系统工况进行智能健康诊断，解决制氧机组整体运行工况健康度低下的问题，满足制氧机组稳定运行和效能提升需求，主要内容包含七大模块：预冷系统：能效诊断、能量平衡度；纯化系统：分子筛吸附性能裂化诊断；膨胀机系统：膨胀机能效诊断；主换热器系统：空分冷量平衡诊断；分馏塔系统：氧气提取率、氩气提取率；氩系统：氮塞预警诊断；制氧机组综合健康诊断；本发明专利技术在制氧机组运行过程中，通过对各子系统运行工况进行实时健康诊断，为操作者提供制氧机组运行的综合健康度，以此做出安全性、经济性、稳定性的操作调整依据。据。

【技术实现步骤摘要】
一种制氧空分系统运行工况健康智能诊断系统


[0001]本专利技术涉及设备智能诊断
，具体涉及一种制氧空分系统运行工况健康智能诊断系统。

技术介绍

[0002]制氧空分系统包括预冷系统、纯化系统、膨胀机系统、主换热器系统、分馏塔系统、氩系统等六大子系统，各系统之间的工况必须紧密配合，组成一个连续的空气净化、降温、液化和精馏过程，达到产品高纯度、高产量，同时兼具运行经济性，方才适合机组健康稳定运行。
[0003]当前国内外大中型制氧机组尚无对空分各子系统在线实时进行健康诊断的先例，因此，需要设计一种制氧空分系统运行工况健康智能诊断系统，以解决现有制氧机组整体运行工况健康度低下的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种制氧空分系统运行工况健康智能诊断系统。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种制氧空分系统运行工况健康智能诊断系统，包括预冷系统、纯化系统、膨胀机系统、主换热器系统、分馏塔系统、氮塞预警系统以及制氧机组综合健康诊断，
[0006]所述预冷系统：针对预冷系统进行空冷塔能效及能量平衡度的健康诊断；
[0007]所述纯化系统：针对纯化系统分子筛运行工况对吸附性能进行裂化诊断；
[0008]所述膨胀机系统：针对膨胀机制冷系统对膨胀机的能效进行诊断和监控，
[0009]根据膨胀机进、出口温度，进、出口压力以及比值，计算膨胀机等熵效率并作为设备的能效进行诊断，依据其诊断结果作为膨胀机工况的调整依据；
[0010]所述主换热器系统：针对制氧机组整体冷量平衡度进行监测和诊断，
[0011]根据主换热器系统作为冷量交换的主体设备，按照主换热器热端温差损失的冷量以及分馏塔生产过程中液体产品带走的冷量，与膨胀机总的制冷量进行诊断，将其比值作为机组的冷量平衡度进行监控，以诊断系统冷量是否被充分利用，即冷量的平衡度作为机组能耗高低的判断依据；
[0012]所述分馏塔系统：针对分馏塔运行工况监控产品氧气提取率、氩气提取率；
[0013]所述氮塞预警系统：氮塞预警主要针对分馏塔氩系统工况变化过程及频发的故障，对系统危害最高的氮塞现象进行诊断并预警；
[0014]所述制氧机组综合健康诊断：建立系统综合健康度，将前面六个系统模块诊断结果及各系统部分关键参数进行结合，制定评分标准，将逻辑诊断结果作为重点得分项，最终得出系统的综合健康度。
[0015]具体的是，所述预冷系统中的空冷塔能效：主要通过对空冷塔正流空气与两路循
环冷却水之间的换热过程，及换热后的结果进行计算，判断温度较高的正流空气被冷却后温度与逆流的常温水和冷冻水热交换后，是否达到了工艺需求。
[0016]具体的是，所述预冷系统中的空冷塔的能量平衡度：主要计算温度较高的正流空气释放出的热量或吸收的冷量，与常温水和冷冻水两路冷却水之间吸收的热量或释放的冷量是否平衡，主要判断系统冷量的损失是否最小，
[0017][0018]公式中：
[0019]分子：为温度较高的正流空气释放出的热量或吸收的冷量，
[0020]分母：为常温冷却水与温度较低的冷冻水吸收的热量或释放出的冷量。
[0021]具体的是，所述纯化系统分子筛吸附性能裂化诊断的步骤为：
[0022]1)主要监控分子筛运行吸附周期内出口二氧化碳含量变化，分子筛出口CO2含量控制＜1.0ppm，当其上升速率超过0.2ppm/10分钟时发出报警，同时弹出处置建议；
[0023]2)主要监控分子筛加温再生周期内冷吹峰值的变化；冷吹峰值控制范围120℃～150℃之间，超出此范围时，系统发出报警，同时弹出处置建议；
[0024]3)针对二氧化碳含量和冷吹峰值变化，对照吸附容量变化，判断分子筛裂化程度，系统自动综合空气流量、出口二氧化碳含量及再生周期内冷吹峰值变化，综合分析分子筛裂化程度，自动弹出操作或检修更换的建议。
[0025]具体的是，所述膨胀机能效的逻辑计算为：
[0026][0027]公式中：η
s
为膨胀机等熵效率；
[0028]C
p
为定压比容热，氧膨胀机膨胀端入口压力0.68MPa，介质为空气，取值1.005J/(kg
·
K)；
[0029]K为绝热指数，取值1.403；
[0030]ΔT为膨胀机膨胀端进、出口温差，按照实际测量取值；
[0031]Z为气体压缩性系数，取值0.982；
[0032]R为理想气体常数，取值0.287；
[0033]ε为膨胀机膨胀端出口与进口压力之比，按照实际测量取值。
[0034]具体的是，所述主换热器系统的冷量平衡度的计算过程为：
[0035]Q2：返流氧气、氮气、污氮气与空气进塔温差之间带走的冷量；
[0036]Q3：液氧、液氩产品带走的冷量；
[0037]Q4：膨胀机制冷量；
[0038]冷量平衡度P＝(Q2+Q3)/Q4。
[0039]具体的是，所述分馏塔系统中的氧气提取率：主要针对物料平衡的诊断，将进塔空气中的含氧量与提取的氧气产量进行输入输出的比率进行诊断，以判断制氧机组的性能；
[0040]氧气提取率＝(氧气产量
×
氧气纯度+液氧产量折气氧产量
×
氧气纯度)
÷
(进塔总的空气量
×
空气中含氧量)。
[0041]具体的是，所述分馏塔系统中的氩气提取率：主要针对氩系统运行效率进行诊断，将进塔空气中的氩组分含量与提取的氩产品量进行输入输出的比率进行诊断，以判断制氧机组氩系统的性能；
[0042]氩气提取率＝(氩气产量
×
氩气纯度)
÷
(进塔空气总量
×
空气中含氩量)。
[0043]具体的是，所述氮塞预警系统的预警逻辑：工艺氩温度下降速率及下降极限值；工艺氩含氩量下降速率及下降极限值；精氩塔压力上升速率及高限极值；粗氩冷凝器液空液位上升速率及高限极值。
[0044]本专利技术具有以下有益效果：
[0045]本专利技术设计的制氧空分系统运行工况健康智能诊断系统在制氧机组运行过程中，通过对各子系统运行工况进行实时健康诊断，为操作者提供制氧机组运行的综合健康度，以此做出安全性、经济性、稳定性的操作调整依据；
[0046]在没有任何参照的情况下，利用数据分析和计算自动对制氧机组各子系统的工况进行健康诊断，确保给操作者提供合理的操作依据及支持，达到系统工况最优化，能耗最优的目的，本系统的综合健康度，直接反映了机组的整体运行的经济性和稳定性，诊断结果简单明了。
具体实施方式
[0047]以下对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地进一步详细的说明。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制氧空分系统运行工况健康智能诊断系统，其特征在于，包括预冷系统、纯化系统、膨胀机系统、主换热器系统、分馏塔系统、氮塞预警系统以及制氧机组综合健康诊断，所述预冷系统：针对预冷系统进行空冷塔能效及能量平衡度的健康诊断；所述纯化系统：针对纯化系统分子筛运行工况对吸附性能进行裂化诊断；所述膨胀机系统：针对膨胀机制冷系统对膨胀机的能效进行诊断和监控，根据膨胀机进、出口温度，进、出口压力以及比值，计算膨胀机等熵效率并作为设备的能效进行诊断，依据其诊断结果作为膨胀机工况的调整依据；所述主换热器系统：针对制氧机组整体冷量平衡度进行监测和诊断，根据主换热器系统作为冷量交换的主体设备，按照主换热器热端温差损失的冷量以及分馏塔生产过程中液体产品带走的冷量，与膨胀机总的制冷量进行诊断，将其比值作为机组的冷量平衡度进行监控，以诊断系统冷量是否被充分利用，即冷量的平衡度作为机组能耗高低的判断依据；所述分馏塔系统：针对分馏塔运行工况监控产品氧气提取率、氩气提取率；所述氮塞预警系统：氮塞预警主要针对分馏塔氩系统工况变化过程及频发的故障，对系统危害最高的氮塞现象进行诊断并预警；所述制氧机组综合健康诊断：建立系统综合健康度，将前面六个系统模块诊断结果及各系统部分关键参数进行结合，制定评分标准，将逻辑诊断结果作为重点得分项，最终得出系统的综合健康度。2.根据权利要求1所述的制氧空分系统运行工况健康智能诊断系统，其特征在于，所述预冷系统中的空冷塔能效：主要通过对空冷塔正流空气与两路循环冷却水之间的换热过程，及换热后的结果进行计算，判断温度较高的正流空气被冷却后温度与逆流的常温水和冷冻水热交换后，是否达到了工艺需求。3.根据权利要求1所述的制氧空分系统运行工况健康智能诊断系统，其特征在于，所述预冷系统中的空冷塔的能量平衡度：主要计算温度较高的正流空气释放出的热量或吸收的冷量，与常温水和冷冻水两路冷却水之间吸收的热量或释放的冷量是否平衡，主要判断系统冷量的损失是否最小，公式中：分子：为温度较高的正流空气释放出的热量或吸收的冷量，分母：为常温冷却水与温度较低的冷冻水吸收的热量或释放出的冷量。4.根据权利要求1所述的制氧空分系统运行工况健康智能诊断系统，其特征在于，所述纯化系统分子筛吸附性能裂化诊断的步骤为：1)主要监控分子筛运行吸附周期内出口二氧化碳含量变化，分子筛出口CO2含量控制＜1.0ppm，当其上升速率超过0.2ppm/10分钟时发出报警，同时弹出处置建议；2)主要监控分子筛加温再生周期内冷吹峰值的变化；冷吹峰值控...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢元春，陈成勇，朱新雄，杨达，李彬，杨涛，孔格，吕帅，刘斌，
申请(专利权)人：山东莱钢永锋钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：