風機控制系統的改造

【摘 要】：本文分析了反應塔風機風量不能自動跟蹤的原因，針對性地進行改造，并優化了系統配置。
關鍵詞：風機 調節器 可編程控制器
1 前言
閃速爐是金隆銅業有限公司銅冶煉生產中zui重要的環節，只有保證了閃速爐生產的穩定運行，才能使生產任務達產達標。閃速爐主要由反應塔、沉淀池、上升煙道等構成。反應塔風機送來的塔風與一定量的氧氣混合后，形成過程風。銅精礦粉經*精礦噴嘴與過程風一同進入閃速爐的反應塔，在幾秒的時間內經一系列的化學反應，生成冰銅。如果反應塔風機出現故障，將直接影響閃速爐的正常生產。由此可見，反應塔風機是生產中十分重要的設備。為保證它能滿足*精礦噴嘴過程風的需要，設置了反應塔風機控制系統。主要目的是要求反應塔風機能提供隨閃速爐投料量變化而變化的風量；同時要求在恒定投料量下，風量保持穩定。流量調節范圍：6000~20000Nm³/h。
但在生產初期，反應塔風機原來的控制系統經常出現不能跟蹤設定值的故障。經過一段時間的研究后，找到原有控制系統中存在的問題，并針對性的進行了改造，取得了良好的效果。
2 原反應塔風機控制系統
采用兩臺武漢鼓風機廠生產的D350-18離心鼓風機，配套兩臺液力耦合器和一套控制裝置。


（1）A、B風機各配有液力耦合器，通過現場手操器控制電動執行器來調節風機轉速。
（2）在A、B風機人口分別設PV1、PV2兩臺電動密封蝶閥（無錫工裝產600Sф600），在風機出口設置了回流閥PV3（無錫工裝產710Cф300），及放空閥PV4（無錫工裝產710Cф300）。此閥帶兩位三通電磁閥，以便在緊急時（風機出口壓力P1大于14kPa）放空。
（3）設置了相應的流量、壓力、溫度、轉速等測量儀表。
（4）采用兩臺ORMON C60P PLC，一臺用于集中報警即PC1；另一臺用于切換流量的測量值和設定值即PC2。
（5）設置了4臺FOXBORO 762CND數字式過程控制器。C2用于控制防喘振放空閥PV4，C1用于控制轉速，C3用于控制風機人口閥PV1、PV2，C4用于控制回流閥PV3。
原控制系統設計思想采取了兩種風機的防喘振保護措施。
（1）通過可編程控制器PC2、流量儀表Q2及過程控制器C3、C4進行分程控制。即當系統管道流量大于是10000Nm³／h時，閃速爐區域DCS送來的設定流量Q_sp和測量值Q_pv在Q2的接點開關控制下，通過PC2送到C3的輸入端，控制PV1或PV2的閥門開度，調節流量。此時，通過PC2內部的繼電器0613和0615，使調節器C4輸出保持不變。當Q_pv小于10000Nm³/h時，Q_SP和Q_pv在Q2開關控制下，通過PC2送到C4的輸入端，控制PV3的閥開度，進行流量旁路調節。此時，通過PC2內部的繼電器0609和0611，使調節器C3輸出保持不變，使風機在保證系統工藝流程要求的情況下避開喘振區。AB風機的切換通過切換開關觸發PC2內部繼電器0600和0602的得電情況，決定了C3的輸出是控制PV1，還是PV2。
（2）一但風機臨近喘振點即當風機流量Q_pv小于10000Nm³／h而出口風壓大于14kPa時，通過流量儀表Q1和可編程控制器PC1、風壓測量儀表P1逐漸打開放空閥PV4，使風機脫離喘振區，并發出報警信號。
3 原反應塔風機控制系統存在的問題
如上節所述，原控制系統中設置了大量的儀表、閥門及控制器，以期滿足反應塔用風的要求。但自從投產后，反應塔風機多次出現不能自動跟蹤閃速爐設定值的故障，嚴重地影響了閃速爐的正常生產，存在如下問題：
（1）在通常情況下風機轉速始終為2800rpm，是通過現場手操器調節的，并不構成回路，因此C1*可取消。
（2）放空閥調節器C2經查線路，發現也僅用在開停風機的情況下手動操作，并不參與自動控制。
（3）在風機人口閥和回流閥所構成的分程調節系統中，當C3、C4受Q2開關控制在10000Nm³／h上下切換時，存在無法切換的可能。正是這種情況下，導致了風量Q_pv有時無法跟蹤設定量Q_SP。例如反應塔人口壓力過高時，入口閥開度較小的情況下，既使回流閥關閉，風量也達不到10000Nm³／h以上，而此時，入口閥按要求是保持不變的，這就造成了風量無法提高。反之亦然，當入口閥開度較大時，而反應塔入口壓力過低時，既使回流閥全開，風量也達不到10000Nm³／h以下，人口閥按要求是保持不變的，這就造成了風量無法降低。問題的關鍵在于送風系統背壓的變化，導致人口閥開度在相同風量下變化很大，從而造成回流閥的流量調節作用范圍有時無法達到10000Nm³/h這個點。而此點正是分程控制的切換點，zui終導致兩個分程控制閥不能順利切換。
（4）控制系統過于復雜，其實不用Q2來觸發PC2，FOXBORO 762CND調節器功能十分強大，利用它就可完成流量的顯示和切換。而且，可在內部組成兩個調節回路。
（5）通過現場觀察，風機的實際工作區離喘振區有很大距離。在10000Nm³／h以下時，一般在10kPa以下，達不到14kPa，因此不用分程控制也能滿足生產的需要。
4 改造后的反應塔風視控制系統


762CND調節器的功能十分強大，具有顯示、邏輯判斷、雙回路PID控制、串級回路控制等功能。
主要的設想：在滿足工藝需要和風機安全運行的基礎上，盡量減化系統，減少不必要的中間環節。取消分程控制，閃速爐來的流量測量值和設定值直接送到C3，在調節器C3中組態兩個單回路控制器，分別控制PVl、PV2。放空閥和回流閥一同在調節器C4上手動控制，C4組態成兩個手操器。
（1）風機調速由現場手操器完成，控制器C1可取消，作為備品。

（2）取消原來的流量表Q2及可編程控制器PC2，流量QPV和設定值QSP直接進入C3，利用762CND調節器具有雙回路調節功能，取消原來的分程控制，改為兩路單回路分別控制A、B風機的運行；同時，在C3的面板上顯示QSP、Qpv。當運行A風機時，先通過調節器上的切換鍵SEL切換到B風機控制回路，將B風機打到手動控制，并手動關閉人口閥PV2。再通過SEL切回A風機控制回路，則可按單回路對A風機進行自動控制。
（3）為保證風機的安全運行，不進入喘振區，回流閥PV3始終開20％，既避開了喘振區，又適當地增大了系統的阻尼，保證了系統在小風量下能夠穩定。放空閥PV4送風前由調節器C4手動控制，也就是C4變成了PV3和PV4的手操器。這樣，調節器C2可節省。當風機流量QPv小于10000Nm3／h而出口風壓大于14kPa時，通過流量儀表Q1、風壓測量儀表P1和可編程控制器PCI利用電磁閥打開放空閥PV4，使風機脫離喘振區，并發出報警信號。

5 結束語
反應塔風機控制系統經此次改造后，節省兩臺流量數顯表、兩臺FOXBORO 762CND數字式調節器、一臺OMRON C60P PLC。而且，A、B風機成為了相對獨立的兩個系統，可以在手動下，進行運行切換。整個系統變的非常簡單明了，且大大提高了系統的調節性能，達到了事半功倍的效果。
對于一個系統，首先應充分了解工藝條件，在滿足需要的基礎上，應力爭簡單實用，充分發揮現有設備的功能，以提高系統的性能價格比。