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罗茨鼓风机自动控制系统

罗茨鼓风机自动控制系统

山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨风机罗茨鼓风机等机械设备公司,位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇,近年来,锦工致力于新产品的研发,新产品双油箱罗茨鼓风机、水冷罗茨鼓风机、油驱罗茨鼓风机、低噪音罗茨鼓风机,赢得了市场好评和认可。此类产品已广泛应用于电力、污水处理、环保、化工、钢铁、建材、农药、制药等行业。产品和服务远销全国各地及东南亚,深受客户好评。

高炉罗茨鼓风机在炼铁生产中是一重要的子系统,该系统控制的好坏直接影响到送风的质量,从而关系到高炉生铁的产量和能耗。
一、系统介绍及主要设计参数
武钢7#高炉罗茨鼓风机设计使用的是MAN TURBO公司的AV90-15机组。该机组由10KV ABB同步电机通过增速齿轮箱带动轴流罗茨鼓风机。该机组还有如下的辅助系统:润滑油和控制油单元,动力油单元,顶轴单元,盘车单元,进气过滤器单元等。
二、自动控制系统构成
TURBOLOG DSP BASIC/4为主控制器站,采集处理所有I/O信号。TURBOLOG PROTECT中的COMPACT/M3为冗余喘振监测(逆流保护)系统,并带有VOTER CARD REL2002(紧急停机保护选择系统)和喘振计数器,使用TURWIN可进行编程和强制调试。TURBOLOG DSP PROVISET为支持人机界面的计算机系统,提供实时监控、趋势记录、通讯功能。风机监控系统使用BENTLY NEVADA 3600 。建有一个操作站和一个工程师站。
三、系统控制功能及原理
整个机组的控制系统有以下几大部分:连续控制、逻辑控制及操作监视管理等。连续控制功能有送风流量/压力调节系统、风机防喘振调节系统。逻辑控制系统有机组启动步骤联锁系统、逆流保护系统、重故障紧急停机联锁系统、供辅设施控制系统、送风与拨风控制系统等。
(一)重故障紧急停机联锁控制
为保障机组的安全运行,设有相应的停机联锁保护,如果满足其中一个条件,就要进行联锁保护停机。这些条件为:(1)按下急停按钮,(2)风机轴位移过大(+/-0.6MM),(3)持续逆流,(4)润滑油压力过低(低于0.8bar),(5)主电机跳闸。
(二)防喘振控制
1.控制原理
轴流风机运行在不同的风压时,都有严格的吸入风量限制范围,低于该限则发生喘振。喘振时出风压力和流量急速地升降,会听到喘气般的声音,风机的空气温度会急速上升,所以应绝对避免风机在喘振区工作。通过控制防喘阀,防喘振控制系统使风机的操作点始终保持在稳定范围内,不受过程流量和压力的约束。防喘控制是独立的,但它的功能在某些过程会受到限制。如在机组启动和停止时防喘阀是处在故障安全位全开位的。
风机的特性曲线,即风机进风压力与排风压力比POUT/PIN与进风体积流量QIN的关系曲线。1-6号曲线对应与不同的静叶角度,每条曲线都有一个最高点,而连接最高点的虚线即是风机的喘振线。喘振线的是通过对风机做喘振试验,实测出风机4种进入喘振状态下的进风压力PIN、排风压力POUT、进风温度TIN、喉部压差△PIN等参数,根据它们的函数关系得到的。为防止风机进入喘振工况区,确保风机安全运行,将防喘线平行下移3%、6.4%、9.72%得到三条同样形状的曲线作为防喘振调节系统的安全运行线、喘振预报线、防喘线。
其安全运行线的方程近似为:
POUT/PIN=a+bQ2IN/TIN
QIN进风流量,a b风机系数
QIN2=K2△PIN/? ?PINM/zRTIN
K比例系数,M气体分子量,z气体压缩因子,R气体常数
△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2,r=M/zR为常数
只有当△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2时,风机才不会喘振。
2.控制方法
系统的工作原理是:风机喉部压差△PIN、进风压力PIN、排风压力POUT、进风温度TIN的PV值,经测量变送后送入折线函数单元FX,作为防喘调节系统的输入,系统按防喘线的函数关系计算后得出给定值SP,与排气压力POUT的PV值比较,当PV值达到报警值时,系统发出报警信号;当PV值达到或超过放空值时,防喘振调节系统起调节作用,经PID计算后得到相应的值,控制放风阀的开度,使放风阀打开,工况点重新回到放空线以下运行;若放空
阀开启仍不能使工况点回到放空线以下,工况继续恶化,当PV值达到紧急放风值时,计算机输出信号使电动放风阀快速开启,实行紧急放风.系统流程如图3-3。
由于放风量变化范围大,而且要求动作快,设置了主、副放风阀。副放风阀采用快速反应的小型阀,以求防风的平稳,只有在紧急状态时才启动主放风阀。这应实行分程控制,分程的取值范围,视工艺要求而定。
3.逆流保护
逆流是罗茨风机喘振的前兆,逆流保护可作为防喘控制的一项附属保护措施。当喘振发生且超过了防喘调节器的范围,逆流保护控制逻辑将调节罗茨鼓风机防止喘振状态的进一步升级。在机组启动完毕,并且静叶已经打开到一定角度,机组已处于正常工作状态时,风机喉部压差如果小于1.5kPa,逻辑系统立即产生喘振报警,若再持续3s时间后信号仍未消失,系统在逆流报警的同时,进行逆流保护,机组自动进入安全运行状态,安全运行结果是:(1)放风阀快速全开,(2)静叶退回最小角,使风量减少,风压降低,(3)逆止阀强行关闭.若再持续6s时间内逆流信号仍未消失,则逻辑系统在?持续逆流?紧急报警的同时,联锁紧急停机。
(三)送风流量/压力控制
风机的送风流量和压力由过程负荷决定。正常情况下,过程量的大小是通过改变由伺服阀控制的静叶角度来调节的。通过选择目标风量,系统可不依据过程负荷自动调节静叶角度,以达到目标风量。正常生产时,高炉要求定风量控制,以保证炉内平衡。当热风炉换炉或高炉人工坐料时,需要比平时更多的风量。为了补偿增加的流量(由于管路负荷的下降),流量控制自动切换到定风压控制,系统增加静叶角度来补偿压力损失。过程完毕,系统自动返回到流量控制,静叶角度也降低到先前的初始流量设定点。
风量调节的工作原理是:进风管温度、压力和进风压差经补正计算后得出实际风量值PV与目标风量值SP进行比较,经PID计算后得到相应的值,输出给伺服阀,控制静叶角度的改变。风压调节与流量调节的工作原理相同,直接采集风压值PV与目标风压值SP进行偏差计算,经PID运算进行调节。为了保证两控制方式之间的无扰动切换,在系统中设置输出跟踪功能,使处于非工作状态的控制器输出跟踪工作状态的输出,即在进行风量控制时,风压的输出值跟踪定风量的值,反之亦然。
该计算机控制系统保证了机组的稳定高效运转,同时保证了紧急情况下高炉的生产。

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