·366· 北京科技大学学报 2001年第4期 宝钢5空分的操作仿真系统具有与5空分 及其混合物的物性计算、精馏计算和常规空分 完全相同的操作画面和相同的流程仿真计算部 流程的仿真计算等3个关键环节，还要仿真5 件.经过实际应用证明，该仿真系统可以实现预 空分的所有新工艺与新技术， 期的综合结果，能达到预期的培训效果，具有令 氧、氩、氮及其混合物的物性计算是空分流 人满意的仿真趋势 程计算的基础，由于以往空分流程计算大量运 用图表为计算依据，准确性差，不能满足计算机 2系统总体结构 操作仿真的需要，而且空分设备中任何一个单 2.1系统功能结构 元的热力计算，都要用到氧、氩、氨及其混合物 该空分装置操作仿真系统由正常运行模式 的物性数据.采用改进的Harmens方程作为数 和启动运行模式组成，分别仿真空分正常运行 学模型的基础. 时的操作与空分启动操作，包含了大部分的故 精馏计算是空分流程计算中最重要的组成 障操作、连锁（开车、停车、故障连锁）关系和报 部分，它涉及到氧、氩、氮及其混合物的物性计 警判定消息，能对相应的操作过程实现报警显 算、相平衡关系及各种流程组织的影响.精馏塔 示与连锁反馈 是多组分、多进出料的复杂塔，每一层塔板以及 正常运行模式包括7种不同标准运行工况 精馏塔均要满足物料平衡、热量平衡和组分平 (以设计工况为标准)，每种工况都可以手动调 衡，每一块理论塔板上的汽相和液相满足相平 整到其他运行工况.操作人员既可以在这种运 衡.我们把设计型算法和校核型算法结合起来， 行模式进行操作训练，增强感性认识，熟悉操作 同时完成上、下塔的精馏计算田，特别需要指出 过程，也可以进行重现故障操作，比较不同操作 的是5空分上塔为规整填料塔结构，采用全精 方案等 馏制氩工艺 启动运行模式是对空分由常温状态启动到 2.3系统的测试 正常运行状态的操作过程的仿真，由启动演示 空分流程仿真的可靠性与准确性，是保证 模式、启动训练模式和启动考核模式3个模式 该仿真系统可靠性与准确性的关键，而核心计 组成.启动演示模式自动演示空分的启动及各 算程序与界面操作、显示与控制程序的完美组 个状态参数的变化过程，使用户熟悉空分启动 合是保证仿真系统整体性能的重要环节，只有 的各步骤.启动训练模式需要操作者按照提示 通过不断的测试才能达到准确仿真的目的. 框的提示内容，逐步启动空分达到正常运行状 为此，该系统经历了2个多月的测试工作 态.启动考核模式需要操作者在没有提示的情 才最终成形，不仅在空分流程仿真准确性方面 况下，逐步启动空分达到正常运行状态；操作者 投人了相当的精力，还对整个系统功能采取不 可以查看相应启动步骤的操作提示；该模式对 同方法进行测试，从而保证了系统的可靠性. 操作者的启动操作进行评判.操作人员可以在 精馏塔测试 启动模式下逐步熟悉空分的操作启动过程，并 换热设备测试 分析每步操作的参数变化，进行启动操作过程 连锁测试 造 液化设备测试 的训练. 有效性测试 压缩（增压）设备测试 2.2空分流程的仿真 侧试 整体 信息功能要求 宝钢5空分采用了以下的先进工艺和技术： 膨胀设备测试 测试 PSA分子筛前端净化系统；上塔、氩塔采用规整 界面模块测试 界面 填料技术；采用规整填料技术基础上的全精馏 控制设备、机构测试 报著测试 控制 漠块 制氩；利用液柱静压力提高液氧压力和氧压机 文件管理测试 设计信息 入口压力；液氩采用内升压蒸发以回收冷量；主 连接模块测试 冷、粗氩冷凝器采用降膜式冷凝蒸发器，以降低 边界模块测试 ☐单元测试 整体测试 温差. 控制模块测试 因此，在5空分操作仿真系统中，难度最大 图2测试步骤 的是空分流程的仿真，它不仅要包括氧、氮、氩 Fig.2 Testing procedure北 京 科 技 宝钢 娜空分的操作仿真系统具有与 ’ 空 分 完全相 同的操作画面 和相同的流程仿真计算部 件 经过实际应用证明 ， 该仿真系统可 以实现预 期的综合结果 ， 能达到预期的培训效果 ， 具有令 人满意 的仿真趋势 系统总体结构 系统功能结构 该空分装置操作仿真系统 由正常运行模式 和启动运行模式组成 ， 分别仿真空分正 常运行 时 的操作与空分启动操作 ， 包含 了大部分的故 障操作 、 连锁 开车 、 停车 、 故 障连锁 关系和报 警判定消息 ， 能对相应 的操作过程实现报警显 示 与连锁反馈 正常运行模式包括 种不 同标准运行工况 以设计工况为标准 ， 每种工况都可 以手动调 整 到其他运行工况 操作人员既可 以在这种运 行模式进行操作训练 ， 增强感性认识 ， 熟悉操作 过程 ， 也可 以进行重现故障操作 ， 比较不 同操作 方案等 启动运行模式是对空分 由常温状态启动到 正常运行状态 的操作过程 的仿真 ， 由启动演示 模式 、 启动训 练模式和 启动考核模式 个模式 组成 启动演示模式 自动演示空 分的启动及各 个状态参数的变化过程 ， 使用户熟悉空分启动 的各步骤 启动训练模式需要操作者按照提示 框的提示 内容 ， 逐步启动空分达到正常运行状 态 启动考核模式需要操作者在没有提示 的情 况下 ， 逐步启动空分达到正常运行状态 操作者 可 以查看相应启动步骤 的操作提示 该模式对 操作者的启动操作进行评判 操作人员可 以在 启动模式下逐步熟悉空分的操作启动过程 ， 并 分析每步操作的参数变化 ， 进行启动操作过程 的训 练 空分流程的仿真 宝钢 口空分采用 了以下 的先进工艺和技术 分子筛前端净化系统 上塔 、 氨塔采用 规整 填料技术 采用 规整填料技术基础上 的全精馏 制氢 利用 液柱静压力提高液氧压力和氧压机 人 口 压力 液氢采用 内升压蒸发 以 回收冷量 主 冷 、 粗氢冷凝器采用降膜式冷凝蒸发器 ， 以降低 温差 因此 ， 在 ’ 空分操作仿真系统 中 ， 难度最大 的是空分流程 的仿真 ， 它 不 仅要包括氧 、 氮 、 氢 大 学 学 报 年 第 翔 及其混合物 的物性计算 、 精馏计算 和 常规空 分 流程 的仿真计算等 个关键环节 ， 还要仿真 ’ 空分的所有新工艺与新技术 氧 、 氢 、 氮及其混合物的物性计算是空分流 程计算 的基础 ， 由于 以往空分流程计算大量运 用 图表为计算依据 ， 准确性差 ， 不能满足计算机 操作仿真的需要 ， 而且空分设备 中任何一个单 元的热力计算 ， 都要用到氧 、 氮 、 氮及其混合物 的物性数据 采用 改进的 方程作为数 学模型 的基础 精馏计算是空分流程计算中最重要 的组成 部分 ， 它涉及到氧 、 氢 、 氮及其混合物的物性计 算 、 相平衡关系及各种流程组织的影响 精馏塔 是多组分 、 多进 出料的复杂塔 ， 每一层塔板以及 精馏塔均要满足物料平衡 、 热量平衡和组分平 衡 ， 每一块理论塔板上的汽相和液相满足相平 衡 我们把设计型算法和校核型算法结合起来 ， 同时完成上 、 下塔的精馏计算 【” ， 特别需要指出 的是 毋空 分上塔为规整填料塔结构 ， 采用全精 馏制氢工艺 系统的侧试 空分流程仿真的可靠性与准确性 ， 是保证 该仿真系统可靠性与准确性 的关键 ， 而核心计 算程序与界面操作 、 显示与控制程序的完美组 合是保证仿真系统整体性能 的重要环节 ， 只有 通过不断的测试才能达到准确仿真的 目的 为此 ， 该系统经历 了 个多月 的测试工作 才最终成形 ， 不仅在空 分流程仿真准确性方面 投人了相 当的精力 ， 还对整个系统功能采取不 同方法进行测试 ， 从而保证了 系统的可靠性 换热设备测试 连锁测试 液化设备测试 膨胀设备测试 报番测试 控制设备 、 机构测试 控制模块测试 圈 侧试步 ， 血 峨比 代