2024年4月23日发(作者:门奇致)
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46・ 压缩机技术 2008年第1期(总207期)
文章编号:1006-2971(2008)01 4)0464)3
压缩机技术经济分析模块及其
软测量技术的研究开发
李颖 ,方德明 ,虞岩贵
(1.浙江工业大学,浙江杭州310014;2.浙江广信机电化工新技术研究院,浙江杭州310012)
摘要:简述了合成氨、尿素等化肥生产系统中各种压缩机节能优化计算分析软件的整体和局部结构,
着重介绍了该软件中技术经济效益计算分析模块编制的主要内容、依据、指标、计算原理及实现其功能
的方法;同时借助于程序中的软测量技术,读取许多现有测量仪器所不能获取的各种软测量参数。
关键词:压缩机;节能;技术经济;软测量技术
Research on the Module of the Technical Economic Benefit
Analysis and the Soft Measurement for Compressors
LI Ying ,FANG De—ming ,YU Yan—gui
(Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310014,China;
Zheifang Guangxin Electromechanical and Chimical Engineering Institute,Hangzhou 310012,China)
Abstract:This paper illustrates the frame of the calculation and analysis software for the energy--saving of the re--
ciprocating compressors in synthetic ammonia system.Then,the basis of developing the module about the techni—
cal economic benefits analysis and how to realize its functions were presented.At this program,the technique of
soft measurement was used to get many parameters which could not be measured by available appliance.
Key words:compressors;energy—saving;the technical economic benefits;soft measurement
1 前言
大型压缩机在合成氨生产系统中的任务是输送
制备合成氨的氮氢气,提高各种气体成份的工作压
力,满足合成氨生产中各工序、各系统的压力要求,
是合成氨生产中的关键设备,但同时压缩机也是该
生产系统中的高耗能机械,其耗电量占全厂总耗电
坏,即不能直接反映压缩机运行时的技术经济效益
的情况。
软测量技术作为解决上述问题的新方法,近年
来取得了重大发展_l J。软测量是以易测的过程变
量(Secondary variable,辅助变量)为基础,利用易测
过程变量和待测过程变量(Primary variable,难测的
主导变量)之间的数学关系(软测量模型),通过各
量的80%左右。因此,企业在保证压缩机安全运转
的前提下,要达到提高产量,降低电耗的目标,就必
须对压缩机的技术经济指标等有关参数实行有效的
控制。
种数学计算和估计,采用软件编程以计算机程序的
形式实现待测过程变量的测量 。
本文根据工程实际需要,借助计算机的C++
语言和面向对象的程序设计(OOP)以及庞大的数
据库程序技术 J,开发了基于C++Builder6.0l4 和
SQLServer2000_5 的压缩机节能优化计算分析软件,
使其不仅能够实现不同结构特点和各类机型的优化
设计和计算,其中还专门编制了压缩机的技术经济
计算分析模块及其程序。同时研究了用于压缩机的
然而,对压缩机的技术经济指标进行测定,通常
只能测定各级压力、温度和电流、电压等易测的参
数。而这些参数不能直接表明压缩机的轴功率的大
小,机械效率的高低,更不能表明压缩机运行中每吨
氨的耗电量及其费用大小等运行经济效益指标的好
收稿日期:2007—08—20
软测量技术,由压缩机运行测控与计算程序在线或
者离线采集各计算数据,可获得大量现有测量仪表
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第1期 李颖,等:压缩机技术经济分析模块及其软测量技术的研究开发
所无法测定的压缩机软测量参数,使得操作者能直
接了解压缩机重要的运行数据,及时优化操作和运
行指标,这对促进安全生产,实现节能降耗和增产增
效有着实际意义。为此本文介绍了该软件中技术经
济效益计算模块的编制内容及其模块功能的实现方
法。
2软件技术经济分析功能的实现
压缩机节能优化计算分析软件,采用了面向对
象与仿真、可视化技术 J,编制了由热力计算、动力
计算、关键零部件强度计算和有限元分析、全机技术
经济效益分析模块以及登陆、数据库创建、查询等辅
助模块程序。软件中总体技术经济计算分析按照框
图1中的数据流程实现,软件的主界面见图2。
图1 往复压缩机优化节能计算分析软件的数据流程图
图2压缩机节能优化计算分析软件主界面
应该指出,图1中的热力计算模块计算分析产
生的中间数据既可在离线状态下,也可以在在线状
态下自动导人经济效益分析模块。热力计算模块和
动力计算模块根据各自优化计算的数学模型计算,
分析出优化改造方案,并将改造前后得到的工艺参
数输入到技术经济效益分析模块;最后在技术经济
效益分析模块中进行改造前后的比较,从而获得压
缩机单机和多机年增合成氨产量多少吨氨、单机和
多机年增多少万元等软测量技术经济参数;从而确
定压缩机在现行工艺条件下改造的潜力,确定此研
究成果是否应用于生产和工程实践。
3 技术经济效益计算分析模块的研究开发
本模块用于计算和分析优化技术经济参数,输
入压缩机各级压力、温度等工艺参数作离线的理论
计算或在线运行的工艺和电量等指标进行实时的比
较计算与分析,从而计算和分析其实际吸气量的大
小、机械效率的高低、耗电量的多少以及成本、利润
等软测量技术和经济指标的变化,实现比较、优化、
增效的目的。
技术经济效益计算分析模块中包括生产能力计
算分析、耗电量与经济效益计算分析、机械效率与比
功率的计算分析、两种计算方法的校核计算和分析
以及实际生产运行核算等5个子模块,界面如图3
所示。
图3 技术经济效益计算分析模块界面
3.1 生产能力计算分析子模块程序
在生产能力计算分析子模块中,要借助于压缩
机热力学计算的中间数据,输入相关的技术经济的
计算参数,例如压缩机实际供气量可采用下式计
算E5]
d
:
m …一
,
(m, … ) (1)、
P01
式中 ——压缩机排气端测得的单位时间内排
出的气体容积值,换算到在吸气条
件下(压力、温度、湿度和压缩性系
数等)的气量
p——第一级实测人口压力,MPa
——
第一级人口气体吸气状态下的相对
湿度
p ——第一级人口气体饱和水蒸气压力
吸气状态条件下的气体绝对温度,。K
——
大气压条件下的气体绝对温度
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压缩机技术 第1期
P ——一个工程大气压力
核计算、分析和实际生产运行核算子模块。这两个
在上述计算的基础上,再通过一系列数学模型,
模块都是评估改造成果的模块。计算方法的校核计
并编制相应的计算程序,计算出改造前后的单机年
算模块对计算结果进行验算,检验其正确性。实际
每小时、每天、全年合成氨产量等软测量数据。
生产运行核算模块通过评估改造成果,确定是否应
3.2耗电量与经济效益计算分析子模块程序
用于工程实际改造。因此,对评估计算的可靠性、准
此模块中的目标参数有单机每小时、每Et、每 确度有着实际的指导作用。
月、全年耗电量与吨氨耗电量等软测量数据。年耗
电量既可直接在实际生产过程中实时测得,也可以
4结论
通过离线作理论计算得到。但是,这也要借助于上
(1)本模块程序通过对压缩机的热力学和动力
述热力学和动力学计算程序做比较,优化结果的中
学的优化计算结果,获得了技术经济计算分析的优
问数据,通过电工学方面的相关计算式以及程序中
化数据;
的计算模型计算出电量的消耗数据;也可以通过在
(2)本模块程序既可以做离线时的技术经济效
线实时检测的压缩机工艺数据和运行时电流,、电
益的计算分析,也可以做在线实时计算分析;借助于
压u、功率因数cos 等数据,再借助于本模块开发 软测量技术,得出单机或多机在每时、每月、全年的
的数学模型,从而获得现场运行压缩机实际的轴功
节电量、产品单位重量的耗电量等重要的技术经济
率、单机或全厂每小时、每天、每月、全年的耗电量
指标;
(多少度电)及其经济核算的金额大小(万元),产品
(3)应用本模块程序,可达到压缩机增产节能
(如合成氨)单位重量的耗电量等软测量参数(例如 目的,软测量技术提高了压缩机运行中的操作和控
每吨氨的耗电量)。
制水平。
3.3机械效率与比功率等计算分析子模块程序
参考文献:
机械效率和比功率是压缩机的最重要的技术经
济指标。机械效率 表示压缩机运动机构的完善
[1] 李勇,邵诚.软测量技术及其应用与发展[J].工业仪表与自动
程度 J,反映了全机指示功率占压缩机轴功率Ⅳ
化装置,2000,5:6—10.
[2]黄凤良.基于软测量的检测技术[J].南京师范大学学报(工程
的比例,是压缩机有效功耗转换为电能有效利用率
技术版),2003,3(1):5—9.
高低的技术性的衡量指标;比功率是每单位体积输
[3]杨宗志.C++Builder数据库程序设计[M].北京:清华大学出
气量所消耗电能量大小的重要数据,是压缩机耗电
版社,2001.
量的经济指标。依照类似的思路和方法,在此模块
[4]刘华.Borland C++Builder程序设计[M].北京:清华大学出
中编制机械效率与比功率的计算和分析程序,对改
版社,2001.
[5] 陈小兵.SQL Server 2000培训教程[M].北京:清华大学出版
造前后这些参数进行比较分析,有着实际意义 。
社,2002.
3.4 技术经济效益分析程序中的其他模块程序
[6] 活塞式压缩机设计手册[M].北京:机械工业出版社,1974
技术经济效益分析模块中还包括计算方法的校
7] 容积式压缩机技术手册『M].北京:机械工 出版社.2000.
(上接第40页)
套机封需用10万元人民币,4套机封直接节省费用
好。大检修期间,我们检查了机封的有关部分,未发
140万元人民币;二是减少停车造成的损失,减少停
现问题,回装后,运行至1999年大检修,检查未见异 车次数,节省大量的人力、物力和巨额检修费用,少
常。更换辅助密封件后回装投运,直至2001年4月
停产一天就能减少280万元的损失;第三,减少了氨
份大修,也未见异常。考虑到机封运行已3年多,决
的泄漏,为自己的企业乃至全人类带来了巨大的环
定换上新的机封,换下来的机封,送到鼎名密封公司
保效益。
检查,修复备用。换上去的密封一直运行到2005年
10月份大修,未出现任何故障。这次机械密封改造
作者简介:毋茸变(1966一),女,河南沁阳人,现任中原大化集团三
的成功,给集团公司带来了多重效益。一是直接经
聚氰胺公司设备工程师。
济效益,进口一套机封需用45万元人民币,改造一
2024年4月23日发(作者:门奇致)
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文章编号:1006-2971(2008)01 4)0464)3
压缩机技术经济分析模块及其
软测量技术的研究开发
李颖 ,方德明 ,虞岩贵
(1.浙江工业大学,浙江杭州310014;2.浙江广信机电化工新技术研究院,浙江杭州310012)
摘要:简述了合成氨、尿素等化肥生产系统中各种压缩机节能优化计算分析软件的整体和局部结构,
着重介绍了该软件中技术经济效益计算分析模块编制的主要内容、依据、指标、计算原理及实现其功能
的方法;同时借助于程序中的软测量技术,读取许多现有测量仪器所不能获取的各种软测量参数。
关键词:压缩机;节能;技术经济;软测量技术
Research on the Module of the Technical Economic Benefit
Analysis and the Soft Measurement for Compressors
LI Ying ,FANG De—ming ,YU Yan—gui
(Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310014,China;
Zheifang Guangxin Electromechanical and Chimical Engineering Institute,Hangzhou 310012,China)
Abstract:This paper illustrates the frame of the calculation and analysis software for the energy--saving of the re--
ciprocating compressors in synthetic ammonia system.Then,the basis of developing the module about the techni—
cal economic benefits analysis and how to realize its functions were presented.At this program,the technique of
soft measurement was used to get many parameters which could not be measured by available appliance.
Key words:compressors;energy—saving;the technical economic benefits;soft measurement
1 前言
大型压缩机在合成氨生产系统中的任务是输送
制备合成氨的氮氢气,提高各种气体成份的工作压
力,满足合成氨生产中各工序、各系统的压力要求,
是合成氨生产中的关键设备,但同时压缩机也是该
生产系统中的高耗能机械,其耗电量占全厂总耗电
坏,即不能直接反映压缩机运行时的技术经济效益
的情况。
软测量技术作为解决上述问题的新方法,近年
来取得了重大发展_l J。软测量是以易测的过程变
量(Secondary variable,辅助变量)为基础,利用易测
过程变量和待测过程变量(Primary variable,难测的
主导变量)之间的数学关系(软测量模型),通过各
量的80%左右。因此,企业在保证压缩机安全运转
的前提下,要达到提高产量,降低电耗的目标,就必
须对压缩机的技术经济指标等有关参数实行有效的
控制。
种数学计算和估计,采用软件编程以计算机程序的
形式实现待测过程变量的测量 。
本文根据工程实际需要,借助计算机的C++
语言和面向对象的程序设计(OOP)以及庞大的数
据库程序技术 J,开发了基于C++Builder6.0l4 和
SQLServer2000_5 的压缩机节能优化计算分析软件,
使其不仅能够实现不同结构特点和各类机型的优化
设计和计算,其中还专门编制了压缩机的技术经济
计算分析模块及其程序。同时研究了用于压缩机的
然而,对压缩机的技术经济指标进行测定,通常
只能测定各级压力、温度和电流、电压等易测的参
数。而这些参数不能直接表明压缩机的轴功率的大
小,机械效率的高低,更不能表明压缩机运行中每吨
氨的耗电量及其费用大小等运行经济效益指标的好
收稿日期:2007—08—20
软测量技术,由压缩机运行测控与计算程序在线或
者离线采集各计算数据,可获得大量现有测量仪表
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第1期 李颖,等:压缩机技术经济分析模块及其软测量技术的研究开发
所无法测定的压缩机软测量参数,使得操作者能直
接了解压缩机重要的运行数据,及时优化操作和运
行指标,这对促进安全生产,实现节能降耗和增产增
效有着实际意义。为此本文介绍了该软件中技术经
济效益计算模块的编制内容及其模块功能的实现方
法。
2软件技术经济分析功能的实现
压缩机节能优化计算分析软件,采用了面向对
象与仿真、可视化技术 J,编制了由热力计算、动力
计算、关键零部件强度计算和有限元分析、全机技术
经济效益分析模块以及登陆、数据库创建、查询等辅
助模块程序。软件中总体技术经济计算分析按照框
图1中的数据流程实现,软件的主界面见图2。
图1 往复压缩机优化节能计算分析软件的数据流程图
图2压缩机节能优化计算分析软件主界面
应该指出,图1中的热力计算模块计算分析产
生的中间数据既可在离线状态下,也可以在在线状
态下自动导人经济效益分析模块。热力计算模块和
动力计算模块根据各自优化计算的数学模型计算,
分析出优化改造方案,并将改造前后得到的工艺参
数输入到技术经济效益分析模块;最后在技术经济
效益分析模块中进行改造前后的比较,从而获得压
缩机单机和多机年增合成氨产量多少吨氨、单机和
多机年增多少万元等软测量技术经济参数;从而确
定压缩机在现行工艺条件下改造的潜力,确定此研
究成果是否应用于生产和工程实践。
3 技术经济效益计算分析模块的研究开发
本模块用于计算和分析优化技术经济参数,输
入压缩机各级压力、温度等工艺参数作离线的理论
计算或在线运行的工艺和电量等指标进行实时的比
较计算与分析,从而计算和分析其实际吸气量的大
小、机械效率的高低、耗电量的多少以及成本、利润
等软测量技术和经济指标的变化,实现比较、优化、
增效的目的。
技术经济效益计算分析模块中包括生产能力计
算分析、耗电量与经济效益计算分析、机械效率与比
功率的计算分析、两种计算方法的校核计算和分析
以及实际生产运行核算等5个子模块,界面如图3
所示。
图3 技术经济效益计算分析模块界面
3.1 生产能力计算分析子模块程序
在生产能力计算分析子模块中,要借助于压缩
机热力学计算的中间数据,输入相关的技术经济的
计算参数,例如压缩机实际供气量可采用下式计
算E5]
d
:
m …一
,
(m, … ) (1)、
P01
式中 ——压缩机排气端测得的单位时间内排
出的气体容积值,换算到在吸气条
件下(压力、温度、湿度和压缩性系
数等)的气量
p——第一级实测人口压力,MPa
——
第一级人口气体吸气状态下的相对
湿度
p ——第一级人口气体饱和水蒸气压力
吸气状态条件下的气体绝对温度,。K
——
大气压条件下的气体绝对温度
维普资讯
压缩机技术 第1期
P ——一个工程大气压力
核计算、分析和实际生产运行核算子模块。这两个
在上述计算的基础上,再通过一系列数学模型,
模块都是评估改造成果的模块。计算方法的校核计
并编制相应的计算程序,计算出改造前后的单机年
算模块对计算结果进行验算,检验其正确性。实际
每小时、每天、全年合成氨产量等软测量数据。
生产运行核算模块通过评估改造成果,确定是否应
3.2耗电量与经济效益计算分析子模块程序
用于工程实际改造。因此,对评估计算的可靠性、准
此模块中的目标参数有单机每小时、每Et、每 确度有着实际的指导作用。
月、全年耗电量与吨氨耗电量等软测量数据。年耗
电量既可直接在实际生产过程中实时测得,也可以
4结论
通过离线作理论计算得到。但是,这也要借助于上
(1)本模块程序通过对压缩机的热力学和动力
述热力学和动力学计算程序做比较,优化结果的中
学的优化计算结果,获得了技术经济计算分析的优
问数据,通过电工学方面的相关计算式以及程序中
化数据;
的计算模型计算出电量的消耗数据;也可以通过在
(2)本模块程序既可以做离线时的技术经济效
线实时检测的压缩机工艺数据和运行时电流,、电
益的计算分析,也可以做在线实时计算分析;借助于
压u、功率因数cos 等数据,再借助于本模块开发 软测量技术,得出单机或多机在每时、每月、全年的
的数学模型,从而获得现场运行压缩机实际的轴功
节电量、产品单位重量的耗电量等重要的技术经济
率、单机或全厂每小时、每天、每月、全年的耗电量
指标;
(多少度电)及其经济核算的金额大小(万元),产品
(3)应用本模块程序,可达到压缩机增产节能
(如合成氨)单位重量的耗电量等软测量参数(例如 目的,软测量技术提高了压缩机运行中的操作和控
每吨氨的耗电量)。
制水平。
3.3机械效率与比功率等计算分析子模块程序
参考文献:
机械效率和比功率是压缩机的最重要的技术经
济指标。机械效率 表示压缩机运动机构的完善
[1] 李勇,邵诚.软测量技术及其应用与发展[J].工业仪表与自动
程度 J,反映了全机指示功率占压缩机轴功率Ⅳ
化装置,2000,5:6—10.
[2]黄凤良.基于软测量的检测技术[J].南京师范大学学报(工程
的比例,是压缩机有效功耗转换为电能有效利用率
技术版),2003,3(1):5—9.
高低的技术性的衡量指标;比功率是每单位体积输
[3]杨宗志.C++Builder数据库程序设计[M].北京:清华大学出
气量所消耗电能量大小的重要数据,是压缩机耗电
版社,2001.
量的经济指标。依照类似的思路和方法,在此模块
[4]刘华.Borland C++Builder程序设计[M].北京:清华大学出
中编制机械效率与比功率的计算和分析程序,对改
版社,2001.
[5] 陈小兵.SQL Server 2000培训教程[M].北京:清华大学出版
造前后这些参数进行比较分析,有着实际意义 。
社,2002.
3.4 技术经济效益分析程序中的其他模块程序
[6] 活塞式压缩机设计手册[M].北京:机械工业出版社,1974
技术经济效益分析模块中还包括计算方法的校
7] 容积式压缩机技术手册『M].北京:机械工 出版社.2000.
(上接第40页)
套机封需用10万元人民币,4套机封直接节省费用
好。大检修期间,我们检查了机封的有关部分,未发
140万元人民币;二是减少停车造成的损失,减少停
现问题,回装后,运行至1999年大检修,检查未见异 车次数,节省大量的人力、物力和巨额检修费用,少
常。更换辅助密封件后回装投运,直至2001年4月
停产一天就能减少280万元的损失;第三,减少了氨
份大修,也未见异常。考虑到机封运行已3年多,决
的泄漏,为自己的企业乃至全人类带来了巨大的环
定换上新的机封,换下来的机封,送到鼎名密封公司
保效益。
检查,修复备用。换上去的密封一直运行到2005年
10月份大修,未出现任何故障。这次机械密封改造
作者简介:毋茸变(1966一),女,河南沁阳人,现任中原大化集团三
的成功,给集团公司带来了多重效益。一是直接经
聚氰胺公司设备工程师。
济效益,进口一套机封需用45万元人民币,改造一