優(yōu)化SO2風機入口導葉控制

聶劍豪，周永輝，胡賢進，關(guān)宗耀

（江銅鉛鋅金屬有限公司，江西 九江 332500）

優(yōu)化SO2風機入口導葉控制

聶劍豪，周永輝，胡賢進，關(guān)宗耀

（江銅鉛鋅金屬有限公司，江西 九江 332500）

鉛鋅公司投產(chǎn)初期，硫酸SO2風機入口壓力低低報聯(lián)鎖停車數(shù)次，影響了工廠的順利生產(chǎn)。SO2風機每次停車之后再啟動至少需要2h以上的準備時間，若停車時間過長甚至需消耗天然氣開啟硫酸升溫預熱器，用以維持轉(zhuǎn)化器內(nèi)溫度。故通過設計優(yōu)化SO2風機導葉控制系統(tǒng)程序，優(yōu)化導葉和入口壓力間聯(lián)鎖程序，保證SO2風機正常運行，從而確保工廠的順利生產(chǎn)。

投產(chǎn)初期；SO2風機導葉；停車；優(yōu)化；控制系統(tǒng)

1 引言

江銅鉛鋅金屬有限公司是江銅集團根據(jù)江西省政府整合全省銅、鉛、鋅資源有關(guān)精神，建設鉛鋅冶煉項目成立的公司。一期200kt/a鉛鋅（鉛、鋅各100kt/a）工程目前使用的是德國西門子廠家生產(chǎn)的KKK風機，入口導葉采用的是STI氣動執(zhí)行機構(gòu)，該風機又被稱為SO2風機，用于接收來自鉛冶煉基夫賽特爐和鋅冶煉沸騰焙燒爐的混合煙氣進行煙氣制酸。該制酸系統(tǒng)設計采用“兩頭一尾”［1］的方式，在國內(nèi)鉛鋅冶煉行業(yè)屬首次成功應用［2］。至今為止雙邊投料時，SO2風機入口風量達到110000m3/h，風機運行情況良好。

2 入口導葉控制優(yōu)化前存在的問題及原因分析

2.1 優(yōu)化前主要問題一：操作人員誤操作

誤操作原因分析：操作經(jīng)驗欠缺，導葉動作速度過快。

SO2風機入口導葉控制主要取決于一級動力波入口負壓及風機入口風量的變化。投產(chǎn)初期，由于生產(chǎn)工況不穩(wěn)定而導致一級動力波入口壓力和風機入口流量始終處于波動狀態(tài)，為保證風量的穩(wěn)定，入口導葉也始終處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，因此無法實現(xiàn)有效地自動控制，需要儀表操作人員手動控制。此時，由于儀表操作人員經(jīng)驗欠缺，故在工況發(fā)生巨大變化時，導葉的頻繁手動操作導致了操作人員出現(xiàn)誤操作現(xiàn)象。

操作人員誤操作主要表現(xiàn)為面板輸入數(shù)值錯誤，例如輸入10%，多輸入一個“0”，變?yōu)?00%，按下確認鍵后，100%的信號瞬間由DCS發(fā)出至現(xiàn)場導葉定位器，2s后導葉全開，從而引發(fā)SO2風機聯(lián)鎖停車［3］。由于現(xiàn)場導葉動作非常靈敏，使得操作人員在發(fā)現(xiàn)操作失誤后卻無法采取有效的補救措施。

2.2 優(yōu)化前主要問題二：自動控制程序難以適應工況

自動控制程序難以適應工況原因分析：控制程序不完善。

導葉的自動控制程序最初設計的跟蹤目標是一級動力波入口壓力。但由于試生產(chǎn)初期，工況控制相關(guān)參數(shù)達不到設計值，一級動力波入口壓力受其影響波動非常大。正常情況下，一級動力波入口壓力增大時，風機導葉開度增加，風機入口壓力隨之減??；一級動力波入口壓力減小時，風機導葉開度減小，風機入口壓力隨之增大。但當一級動力波入口壓力發(fā)生大幅度波動時，導葉的調(diào)節(jié)幅度也將隨之增大，導葉的大幅度開關(guān)動作很容易造成風機入口壓力的波動以至于風機的聯(lián)鎖停車。因此在這樣復雜的工況條件下，導葉也無法實現(xiàn)自動控制。要進一步實現(xiàn)導葉的自動控制，則需要在控制程序上做相關(guān)改進和完善。

3 改進措施

3.1 針對誤操作，增設輸出限幅及壓力保護程序

針對操作人員誤操作現(xiàn)象，我們和工藝人員協(xié)商并添加了一個導葉輸出限幅程序，初步定為20%（可更改），即操作工輸出大于20%的信號，程序依然默認輸出20%。

當操作人員出現(xiàn)誤操作以后，DCS不會瞬間將誤操作的指令發(fā)出，而是先有一個判定程序生效，該程序我們稱之為壓力保護程序。該程序投入使用后，將該程序設定為自動控制，風機入口壓力控制初步設定為-9kPa（聯(lián)鎖-12kPa），當風機入口壓力測量值低于設定值時，該程序介入，若一級動力波入口壓力依然在增大，風機導葉開度維持當前不繼續(xù)增加或者開度減小，使風機入口壓力維持在設定值。

3.2 進一步完善導葉自動控制程序，適應現(xiàn)場復雜工況

對于初期工況的不穩(wěn)定，要實現(xiàn)導葉的自動控制優(yōu)化可以從導葉自身開關(guān)速度或?qū)~相關(guān)控制程序兩個方面著手。但由于導葉開關(guān)反應非常靈敏［5］，按硬件條件改變導葉的開關(guān)速度困難較大，因此我們對導葉調(diào)節(jié)輸出相關(guān)程序做了一些參數(shù)設定，希望通過DCS程序的改變來實現(xiàn)對導葉開關(guān)速度的控制。經(jīng)過仔細的研究討論，最終設定了有效的PID參數(shù)，且通過改變風機導葉控制輸出斜率達到目的。將輸出值的改變速度限制為每秒改變1%，即輸出開度由0%改變?yōu)?0%，導葉開度將不再瞬間改變至10%，而是以每秒1%的速度經(jīng)過10s后增加至10%，具體程序如下：

圖1 導葉開度輸出斜率設置圖

如圖1，我們在導葉開度輸出斜率上做了改動，將導葉開度由0%~100%所花費的時間設置為100s，即導葉每次以每秒1%的速度動作。在設置了有效的輸出斜率的同時，對于導葉的PID控制參數(shù)我們也做了相應的補充和完善。圖2、圖3為我們對導葉的P、I、D三種參數(shù)的設置，DCS選用的是ABB控制系統(tǒng)［6］。

程序說明：

ABB系統(tǒng)自帶的功能塊里，有基本的PID參數(shù)設置，但是由于風機導葉控制輸入端僅有一級動力波入口壓力一個控制條件如圖3，且該壓力投產(chǎn)初期波動非常大，基本的PID參數(shù)［7］設置已無法滿足實際的控制。因此我們在PID參數(shù)上新添加了幾個判定條件，如圖2。一級動力波入口壓力PICSA0101_PV，取時間間隔前后10s的兩個值做比較判定，暫計為Pt1、Pt2，若Pt2>Pt1，且PICSA0101_PV實時值大于設定值時，或Pt2

圖2 導葉入口壓力保護程序PID參數(shù)設置圖

圖3 導葉控制輸出邏輯程序圖

當PICSA0101_PV與設定值之差的絕對值小于100par時，比例系數(shù)調(diào)整為0.2（可調(diào)整），當PICSA0101_PV與設定值之差的絕對值大于等于100par時，比例系數(shù)調(diào)整為0.3（可調(diào)整），實際測量值與設定值偏差較大時，則比例系數(shù)介入較大值，使導葉開關(guān)速度加快，更及時的調(diào)整導葉開度以滿足工藝的控制要求。

如圖3，風機導葉控制PICSA0101在自動控制狀態(tài)下，導葉輸出高限由導葉控制輸出值與手動設定限幅值（可調(diào)整）二者選其最小值決定；在手動狀態(tài)下時，導葉控制輸出高限由手動設定限幅值單獨決定。

該控制程序投入使用后，風機正常運行下，設定值為-11kPa，入口負壓不超過-11.5kPa。控制情況良好。目前聯(lián)鎖值為-12.5kPa。

4 入口導葉優(yōu)化后SO2風機的運行情況

經(jīng)過長期跟蹤和不斷改進，風機入口導葉壓力控制得到良好的保護，保證了公司生產(chǎn)的運行穩(wěn)定。

表1 SO2風機聯(lián)鎖停車次數(shù)統(tǒng)計

如表1所述，2012年7月至2015年4月SO2風機入口壓力低低報聯(lián)鎖停車次數(shù)零記錄。

5 結(jié)論

在現(xiàn)場復雜工況的要求前提下，單一的控制條件已無法滿足實際的控制要求，因此我們可以通過添加多個控制條件來實現(xiàn)共同控制的目的，這樣的控制準確性更高，適用性、推廣性也更強。

［1］段林喬. 單套制酸系統(tǒng)對應鉛鋅冶煉生產(chǎn)的成功應用[J]. 銅業(yè)工程, 2013(2):18-22.

［2］祝森. 冶煉制酸過程控制系統(tǒng)設計及SO2風機故障診斷方法的應用與研究[D]. 贛州:江西理工大學, 2009:15-18.

［3］姜凱, 段林喬. 江西銅業(yè)300kt/a鉛鋅冶煉煙氣制酸裝置的設計[J]. 硫酸工業(yè), 2013(1):25-27.

［4］李志雄. RIK 80-4型空壓機入口導葉調(diào)節(jié)裝置技術(shù)改造[J]. 深冷技術(shù), 2013(6):17-22.

［5］楊瑜亮, 張久龍. 空壓機運行效率下降、導葉波動原因分析及解決方法[J]. 風機技術(shù), 2011(5):48-51.

［6］余國林. ABB DCS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡組態(tài)與維護[J]. 科技致富向?qū)? 2010(20):19-25.

［7］李名慧. 智能PID控制器的設計與應用[D]. 天津:天津大學, 2006:26-30.

Optimization of SO2Blower Inlet Guide Vane Control

NIE Jian-hao, ZHOU Yong-hui, HU Xian-jin, GUAN Zong-yao
（Jiangxi Copper Lead and Zinc Corporation Ltd. Jiujiang 332500, Jiangxi, China）

In the initial stage of Lead and Zinc Company production, SO2blower inlet pressure low sulfate interlocking parking several times in Sulfuric acid plant, affect the smooth production of the factory. The restart after SO2blower each stop needs at least two hours for the preparation. If the stopping time is too long, it even needs to start the natural gas to warm pre heater sulfuric acid plant, to maintain the temperature in converter. So, through optimizing the design of SO2fan vane control system program to realize optimization of guide vane and guide vane control system interlocking program between the inlet pressures, keep the normal operation of the SO2fan and ensure the smooth production of the factory.

initial stage of production；SO2fan vane；parking；optimize；control system

TH4

B

1009-3842（2015）05-0086-04

2015-04-07

聶劍豪（1987-），男，江西南昌人，本科，主要從事儀表點檢維修方面工作。E-mail: 454324921@qq.com