张培昆等：高炉休风时供氧管网压力对氧气调度的影响 ·285· 网的压力.缓冲系统的存在为氧气生产的调度创造了 系统做了初步探索.近年，杨见博基于首钢京唐公 可能和提供了机会，现场管理者应当根据用氧需求的 司氧气系统，建立了氧气预测模型和优化分配模型，结 变化进行氧气生产调度，实时调节氧气的生产策略. 果表明模型对氧气的生产安排及管理具有良好的优化 生产调度问题出现在许多工业过程中，相关研究 效果.陈聪等[0]针对氧气放散和管网压力波动问题， 已有大量报道.然而，国内外对供氧调度的研究文献 建立了混合整数非线性规划调度模型.吴佩林2四以 相对较少.在国外，钢铁企业所需氧气来源于区域性 氧气生产、储存和使用单元模型为主要约束条件，建立 管网供气系统，供气系统覆盖半径一般在200km以 了氧气放散量最小目标优化凸规划模型 上，氧气用户数量较多，氧气总体用量波动较小.此 氧气生产调度本质上是对空分装置的生产和缓冲 外，由于管道里程较长，管网具有巨大的储气容量和缓 系统的运行进行规划，生产调度模型优劣诚然会影响 冲能力.因此，氧气供需不平衡一般可以被管网消纳， 调度效果，但实际上调度初始时刻氧气管网的压力对 基本不会产生放散，关于氧气的生产调度研究[5-主 调度效果有至关重要的影响，因为调度初始时的管网 要集中在市场电价波动对生产的影响以及液体产品的 压力决定了管网缓冲能力的大小.目前，管网初始压 供应链管理方面.在国内，近年来出现许多大型钢铁 力对调度效果的影响尚未见文献报道.针对此，本文 联合企业，供气系统有向区域供气的发展趋势，有的已 以国内某大型钢铁企业空分厂为研究对象，基于混合 颇具规模.但由于辐射范围仍然较小，供气系统内用 整数线性规划(mixed integer linear program,MLP)方 户数量少，随着空分装置的大型化以及系统内供需关 法建立以氧气放散量最小为目标的生产调度模型，并 系日趋复杂，钢铁企业氧气供需不平衡问题仍十分突 在此基础上以高炉休风期间的氧气生产调度为案例， 出，因此氧气的生产调度越来越受重视.早年，刘姿 分析高炉开始休风时的管网初始压力对氧气放散率的 等[)和童莉葛等[6]基于线性规划方法建立了氧气决 影响 策支持系统，讨论了高炉休风等情况下的氧气放散率 1数学模型 控制问题.陈光等)根据氧气供需平衡原理，建立了 氧气动态平衡模型和供氧决策模型，提出了氧气利用 1.1系统概况 的决策方法及实施方案.莫友昆[)改进了钢铁企业 图1为国内某大型钢铁企业空分厂氧气系统流程 供氧决策系统模型，并对区域性管网供气的决策支持 示意图，系统内包含8台大型空分装置(A1~A8),其 炼钢) 23A6 炼铁「 氧气放散 T2 T3 T4 S2 S3 液体管道 高压气体管道 常压气体管道 液化装置 液氧储， — 液氧外卖槽车 ②c气化器 气体球罐 空分装置 A 压缩机 图1国内某大型钢铁企业空分厂氧气系统流程图 Fig.1 Oxygen supply system of a large-scale integrated steel mill in China张培昆等: 高炉休风时供氧管网压力对氧气调度的影响 网的压力. 缓冲系统的存在为氧气生产的调度创造了 可能和提供了机会,现场管理者应当根据用氧需求的 变化进行氧气生产调度,实时调节氧气的生产策略. 生产调度问题出现在许多工业过程中,相关研究 已有大量报道. 然而,国内外对供氧调度的研究文献 相对较少. 在国外,钢铁企业所需氧气来源于区域性 管网供气系统,供气系统覆盖半径一般在 200 km 以 图 1 国内某大型钢铁企业空分厂氧气系统流程图 Fig. 1 Oxygen supply system of a large鄄scale integrated steel mill in China 上,氧气用户数量较多,氧气总体用量波动较小. 此 外,由于管道里程较长,管网具有巨大的储气容量和缓 冲能力. 因此,氧气供需不平衡一般可以被管网消纳, 基本不会产生放散,关于氧气的生产调度研究[5鄄鄄14] 主 要集中在市场电价波动对生产的影响以及液体产品的 供应链管理方面. 在国内,近年来出现许多大型钢铁 联合企业,供气系统有向区域供气的发展趋势,有的已 颇具规模. 但由于辐射范围仍然较小,供气系统内用 户数量少,随着空分装置的大型化以及系统内供需关 系日趋复杂,钢铁企业氧气供需不平衡问题仍十分突 出,因此氧气的生产调度越来越受重视. 早年,刘姿 等[15]和童莉葛等[16]基于线性规划方法建立了氧气决 策支持系统,讨论了高炉休风等情况下的氧气放散率 控制问题. 陈光等[17]根据氧气供需平衡原理,建立了 氧气动态平衡模型和供氧决策模型,提出了氧气利用 的决策方法及实施方案. 莫友昆[18] 改进了钢铁企业 供氧决策系统模型,并对区域性管网供气的决策支持 系统做了初步探索. 近年,杨见博[19] 基于首钢京唐公 司氧气系统,建立了氧气预测模型和优化分配模型,结 果表明模型对氧气的生产安排及管理具有良好的优化 效果. 陈聪等[20]针对氧气放散和管网压力波动问题, 建立了混合整数非线性规划调度模型. 吴佩林[21] 以 氧气生产、储存和使用单元模型为主要约束条件,建立 了氧气放散量最小目标优化凸规划模型. 氧气生产调度本质上是对空分装置的生产和缓冲 系统的运行进行规划,生产调度模型优劣诚然会影响 调度效果,但实际上调度初始时刻氧气管网的压力对 调度效果有至关重要的影响,因为调度初始时的管网 压力决定了管网缓冲能力的大小. 目前,管网初始压 力对调度效果的影响尚未见文献报道. 针对此,本文 以国内某大型钢铁企业空分厂为研究对象,基于混合 整数线性规划( mixed integer linear program, MILP) 方 法建立以氧气放散量最小为目标的生产调度模型,并 在此基础上以高炉休风期间的氧气生产调度为案例, 分析高炉开始休风时的管网初始压力对氧气放散率的 影响. 1 数学模型 1郾 1 系统概况 图 1 为国内某大型钢铁企业空分厂氧气系统流程 示意图,系统内包含 8 台大型空分装置(A1 ~ A8),其 ·285·