給水除氧器的自動(dòng)化改造

王寒暉

1　改造背景

萊鋼動(dòng)力廠667區(qū)域共3臺(tái)除氧器，運(yùn)行方式為兩運(yùn)一備，由于除氧器的自動(dòng)化水平不高，因此除氧器的給水水位和溫度等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的控制主要依靠操作人員的調(diào)整來完成，對(duì)操作人員有較強(qiáng)的要求，操作人員的稍一疏忽就有可能出現(xiàn)除氧器加熱溫度不夠、水位壓偏、水位快速下降等現(xiàn)象，導(dǎo)致除氧效果差或鍋爐斷水的事故發(fā)生。

2　改造過程

2.1　首次試驗(yàn)

自2016年初，車間就開始研究對(duì)給水除氧系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造，最初改造的時(shí)候，決定對(duì)除氧器進(jìn)行定水位運(yùn)行。在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)定水位運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷若有較大的波動(dòng)，補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥需要不斷進(jìn)行調(diào)整，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的頻率和次數(shù)過多，電機(jī)一直處于運(yùn)行狀態(tài)，致使電機(jī)易發(fā)熱甚至燒損，6#除氧器補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥的電機(jī)就在實(shí)驗(yàn)過程中燒損。

通過該次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥不適用于除氧器的自動(dòng)化運(yùn)行。經(jīng)過試驗(yàn)確定除氧器的調(diào)節(jié)閥門需要滿足頻繁往復(fù)開大或關(guān)小、定位精度要高、靈敏度高且波動(dòng)小于0.1%的要求，通過分析研究，決定采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥替代電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)給水除氧的自動(dòng)化運(yùn)行。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥以4-20 mA信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，借助電氣閥門定位器、轉(zhuǎn)換器、電磁閥等附件驅(qū)動(dòng)閥門動(dòng)作，使閥門呈線性或等百分流量特性調(diào)節(jié)，可以精確實(shí)現(xiàn)對(duì)管道介質(zhì)的流量、壓力等各種工藝參數(shù)比例式調(diào)節(jié)。通過多次對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制精度和靈敏度的試驗(yàn)，決定選用單作用、薄膜式、西門子定位器的調(diào)節(jié)閥。

2.2　二次試驗(yàn)

2016年初至2017年7月，車間相繼對(duì)6#和7#除氧器補(bǔ)水和進(jìn)汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥更換為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥（僅在電動(dòng)調(diào)節(jié)閥發(fā)生故障時(shí)，無修復(fù)價(jià)值時(shí)進(jìn)行更換），更換后，再次進(jìn)行給水除氧自動(dòng)化運(yùn)行試驗(yàn)。本次試驗(yàn)對(duì)除氧器的水位和加熱溫度進(jìn)行了設(shè)定，溫度設(shè)定為103℃，水位設(shè)定為2000 mm，溫度設(shè)定與進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥關(guān)聯(lián)，水位設(shè)定與補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥關(guān)聯(lián)。程序改造完成后，對(duì)兩臺(tái)除氧器進(jìn)行自動(dòng)控制試驗(yàn)。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩個(gè)除氧器塔頭內(nèi)的壓力較大時(shí)，就會(huì)發(fā)生除氧器水位壓偏的現(xiàn)象，水位壓偏后會(huì)導(dǎo)致除氧器內(nèi)水溫驟降或水溫過高，無法現(xiàn)實(shí)除氧器的自動(dòng)運(yùn)行。

2.3　三次試驗(yàn)

車間管理技術(shù)人員針對(duì)第二次試驗(yàn)的失敗，通過分析研究，找出了失敗的主要原因是對(duì)除氧器采取定溫的自動(dòng)運(yùn)行模式。采取定溫度運(yùn)行，容易使兩個(gè)除氧器內(nèi)的壓力相差大，導(dǎo)致水位壓偏，除氧器無法自行調(diào)整至正常狀態(tài)，必須切換至手動(dòng)操作，人為進(jìn)行調(diào)整，不對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)定，但又必須保證除氧器內(nèi)給水溫度的穩(wěn)定是我們研究的重點(diǎn)。我們通過對(duì)除氧器近一年來運(yùn)行數(shù)據(jù)的整理分析，利用回歸，找出了6#和7#除氧器在溫度為103℃時(shí)所需要的最佳工作壓力，且該工作壓力為兩臺(tái)除氧器并列運(yùn)行時(shí)的最穩(wěn)定狀態(tài)。6#除氧器最佳工作壓力為16 kPa，7#除氧器為18 kPa。同理我們利用數(shù)據(jù)分析對(duì)兩個(gè)除氧器的水位進(jìn)行確定，6#除氧器確定最佳水位為2000 mm，7#除氧器為2052 mm。

2017年8月，將除氧器的工作壓力和水位按照計(jì)算分析出的最佳數(shù)值進(jìn)行設(shè)定，經(jīng)過連續(xù)三天的試驗(yàn)，除氧器的水位和溫度都達(dá)到了設(shè)定值，且運(yùn)行穩(wěn)定，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化后，除氧器通過自動(dòng)調(diào)整能夠在一至兩分鐘內(nèi)調(diào)整至設(shè)定值。為了增加給水除氧器的安全性，對(duì)除氧器的水位設(shè)置了1500 mm的低水位報(bào)警，并加裝了聲音報(bào)警裝置。

3　改造關(guān)鍵點(diǎn)

3.1　水位參數(shù)的確定

除氧器水位的控制是最重要的控制參數(shù)之一，如水位控制不當(dāng)造成缺水運(yùn)行，會(huì)造成給水泵及鍋爐嚴(yán)重的設(shè)備事故。兩臺(tái)除氧器水位并列運(yùn)行時(shí)要有一個(gè)水位差，水位差的數(shù)值選取是關(guān)鍵值。對(duì)近一年的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)確定6#除氧器水位設(shè)定2000 mm，7#除氧器水位設(shè)定2052 mm，水位差為52 mm。

3.2　壓力參數(shù)的確定

對(duì)除氧器定溫度運(yùn)行時(shí)，會(huì)造成兩臺(tái)除氧器水位的壓偏，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但是對(duì)壓力設(shè)定更容易實(shí)現(xiàn)，且只要壓力差設(shè)定精確，不會(huì)導(dǎo)致水位的壓偏現(xiàn)象發(fā)生。分析每一臺(tái)除氧器的給水加熱到工作壓力下的飽和溫度，找出除氧器的最佳工作壓力，并將兩臺(tái)除氧器并列運(yùn)行時(shí)的壓力進(jìn)行分析，找出兩臺(tái)除氧器運(yùn)行時(shí)的最佳壓力差。最終確定，6#除氧器設(shè)定壓力為16 kPa，7#除氧器為18 kPa，壓力差為2 kPa。

3.3　自動(dòng)和手動(dòng)操作的無擾切換

除氧器在投自動(dòng)運(yùn)行或是切換至手動(dòng)控制運(yùn)行時(shí)，要實(shí)現(xiàn)手自動(dòng)操作的無擾切換，確保閥位控制調(diào)整的連續(xù)性，防止閥位的突然變化，確保給水除氧的穩(wěn)定控制和運(yùn)行。

3.4　閥門參數(shù)的選定和PID參數(shù)設(shè)定

考慮到閥門自動(dòng)運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)，要求調(diào)節(jié)閥為氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥，靈敏度和調(diào)節(jié)精度更高，閥位波動(dòng)低于1%。PID控制的參數(shù)的設(shè)定，特別是比例系統(tǒng)的設(shè)定需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)置。

4　改造后效益

4.1　給水除氧系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定

自動(dòng)控制改造后，由于自動(dòng)操作更加精準(zhǔn)和快速，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，基本上消除了除氧器水封被擊穿或水位壓偏的現(xiàn)象；給水的品質(zhì)更加穩(wěn)定，給水溶解氧的除氧合格率100%。

4.2　人力資源利用更加高效

自動(dòng)控制改造前，一名操作人員專門監(jiān)盤操作值守，改造后由6#風(fēng)機(jī)監(jiān)盤操作人員兼顧值守，可減少操作人員一名，能有效緩解車間人員緊張的現(xiàn)象。

4.3　降低了生產(chǎn)成本

(1)降低除鹽水及蒸汽消耗。改造前，兩個(gè)除氧器每月發(fā)生水封擊穿現(xiàn)象約18次左右，改造后基本上沒有再發(fā)生水封擊穿現(xiàn)象，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少蒸汽外排和水封補(bǔ)水消耗，年可節(jié)約蒸汽約2 t，減少水封補(bǔ)水約41 m3。

(2)減少熱量消耗。自動(dòng)控制改造后，除氧器的水溫基本穩(wěn)定在103℃，改造前值班人員操作時(shí)水溫經(jīng)常在104～105℃之間，存在給水加熱除氧的過度現(xiàn)象。按平均降低加熱溫度1℃計(jì)算，給水除氧量按6000 t計(jì)算，除氧器效率按60%算，則月可節(jié)約42992 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，年可節(jié)約標(biāo)煤約50 t。

5　結(jié)語

2017年9月20日，對(duì)899區(qū)域的8#和9#除氧器進(jìn)行了同樣的自動(dòng)化控制改造，經(jīng)過3天的調(diào)試運(yùn)行，水位和溫度控制達(dá)到了預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)了899區(qū)域給水除氧的自動(dòng)控制，確保了除氧器無人值守的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[參 考 文 獻(xiàn)]

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