氮壓機(jī)防喘振控制的研究與應(yīng)用

馬春霞，王振中，袁 蓉

（山東萊鋼 自動化部，山東 萊蕪 271104）

0 引言

氮?dú)鈮嚎s機(jī)是空分裝置的關(guān)鍵后續(xù)設(shè)備，是提供管網(wǎng)氣源壓力供應(yīng)的重要環(huán)節(jié)。萊鋼7＃制氧氮壓機(jī)控制程序主要完成設(shè)備本身的啟動、停止控制以及與空分系統(tǒng)的停止聯(lián)鎖控制；潤滑油系統(tǒng)的順序控制；振動過高停車控制；系統(tǒng)的溫度、壓力、閥位聯(lián)鎖控制等。其中防喘振控制是該控制系統(tǒng)的核心，而防喘振控制的關(guān)鍵是通過調(diào)節(jié)入口導(dǎo)葉和放空閥的開度來控制氮壓機(jī)的壓力和流量。本文主要介紹氮壓機(jī)入口導(dǎo)葉和放空閥的控制。

1 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件采用SIEMENS公司的S7－300控制系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)軟件為西門子STEP7軟件包，操作平臺為英文版Windows 2000或Windows XP操作系統(tǒng)。并通過標(biāo)準(zhǔn)TCP／IP協(xié)議以太網(wǎng)實現(xiàn)整個流程中的自動控制、數(shù)據(jù)通訊及上位機(jī)管理，上位機(jī)的人機(jī)界面采用西門子的 WinCC監(jiān)控軟件，實現(xiàn)對溫度、壓力、流量、振動等各種工藝參數(shù)的集中監(jiān)視、記錄、歸檔并報警，可完整地監(jiān)控整個系統(tǒng)的生產(chǎn)情況。控制系統(tǒng)硬件配置示意圖如圖1 所示。

圖1 控制系統(tǒng)硬件配置示意圖

2 防喘振控制

當(dāng)流經(jīng)壓縮機(jī)的氣體流量小于一個最小值時，葉輪中的氣流將失速，造成部分或全部氣體回流，這時機(jī)器軸承所承受的應(yīng)力會變大，溫度升高，這種現(xiàn)象稱為“喘振”，喘振會損壞設(shè)備，甚至造成重大事故。為此，我們對氮壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)有防喘振保護(hù)，即通過調(diào)節(jié)入口導(dǎo)葉和放空閥開度，控制通過氮壓機(jī)氣體的流量和壓力。

2.1 入口導(dǎo)葉控制

氮壓機(jī)開車之前，入口導(dǎo)葉ZC1031全關(guān)，放空閥ZC1046全開；氮壓機(jī)啟動后，入口導(dǎo)葉ZC1031開度大小受出口壓力調(diào)節(jié)、DCS加載控制調(diào)節(jié)、電流負(fù)載調(diào)節(jié)等條件的影響，并通過低選對壓縮機(jī)進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)?shù)獕簷C(jī)從DCS開始加載后，入口導(dǎo)葉馬上開到一最小開度，此最小開度與出口設(shè)定壓力SP有著一一對應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)防喘振試驗得到。出口壓力調(diào)節(jié)有手動、自動兩種控制，當(dāng)防喘振輸出（放空閥）小于1%時，出口壓力調(diào)節(jié)投自動；當(dāng)防喘振輸出（放空閥）大于5%時，出口壓力調(diào)節(jié)投手動，且60s內(nèi)輸出減小到0%。當(dāng)?shù)獕簷C(jī)出現(xiàn)意外情況卸載時，入口導(dǎo)葉從最小值漸減到0%。入口導(dǎo)葉控制示意圖如圖2 所示。其中，E1為斜坡控制器與最小開度低選后值，E2為壓力控制器與手操控制器輸出值高選后再與電流控制器低選后值，A2為入口導(dǎo)葉ZC1031最終控制值。

2.2 放空閥控制

根據(jù)工藝要求，氮壓機(jī)設(shè)置有最小流量值Fmin，當(dāng)實際流量FV小于最小值Fmin時，壓縮機(jī)自動進(jìn)行防喘振控制，即放空閥流量調(diào)節(jié)器FIC1046自動調(diào)節(jié)放空閥ZC1046的開度，使其開度增大，調(diào)節(jié)實際流量值FV增加；當(dāng)實際流量FV大于最小值Fmin時，放空閥調(diào)節(jié)器FIC1046自動調(diào)節(jié)放空閥ZC1046，使開度關(guān)小，直到全關(guān)。實際流量值FV計算如下：

其中：K為常數(shù)，一般取44；dp為流量差壓；PV為出口壓力；Ts為入口溫度；Ps為入口壓力。

圖2 入口導(dǎo)葉控制示意圖

同時，放空閥調(diào)節(jié)還受出口壓力控制，SP設(shè)定值為DCS輸出，當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器輸出小于1%時，SP設(shè)定值增加100kPa；當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器輸出大于5%時，SP設(shè)定值增加0kPa。壓力調(diào)節(jié)器輸出和流量調(diào)節(jié)器輸出將通過高選輸出控制放空閥開度，以實現(xiàn)防喘振控制。放空閥控制示意圖如圖3 所示。

3 結(jié)束語

萊鋼7＃制氧氮壓機(jī)的防喘振系統(tǒng)工作穩(wěn)定，安全性和可靠性高，該項目實施后為萊鋼熱線生產(chǎn)提供了連續(xù)、優(yōu)質(zhì)的氣體產(chǎn)品，保證了熱線生產(chǎn)的順利進(jìn)行，創(chuàng)造了較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 放空閥控制示意圖

［1］張桂香.電氣控制與PLC應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［2］齊從謙.PLC技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［3］王立新.模糊系統(tǒng)及模糊控制教程［M］北京：清華大學(xué)出版社，2003.