防阻塞控制在高爐鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

徐永強(qiáng)

摘要：本文概述了防阻塞控制在高爐鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，并詳細(xì)地介紹了阻塞的概念、防阻塞控制系統(tǒng)的構(gòu)成原則及工作原理、防阻塞閥控制邏輯、防阻塞實(shí)驗(yàn)過程、防阻塞線形成過程。

關(guān)鍵詞：高爐鼓風(fēng)機(jī)；阻塞；防阻塞線；喘振

在低流量范圍內(nèi)，氣體的可壓縮性產(chǎn)生了不穩(wěn)定狀態(tài)。如果送風(fēng)管路中的氣體壓力瞬間高于壓縮機(jī)的出口壓力，就會使氣體很快倒流，待管路中的壓力下降后，氣體流向恢復(fù)正常。這樣周而復(fù)始就產(chǎn)生了喘振。阻塞同喘振一樣，是軸流式壓縮機(jī)固有的不正常運(yùn)行工況，風(fēng)機(jī)絕對禁止在阻塞工況下運(yùn)行，為此，設(shè)置了防阻塞控制系統(tǒng)。

一、阻塞的概念

所謂阻塞就是壓縮機(jī)流道內(nèi)的氣流速度達(dá)到了音速（340m/s），馬赫數(shù)（速度與音速之比）達(dá)到或接近1，使流量達(dá)到不能再增加的臨界值，從而出現(xiàn)的氣流堵塞現(xiàn)象。

阻塞工況的出現(xiàn)，使流道有效流通面積減少，引起葉柵內(nèi)氣流紊亂，葉片兩側(cè)壓差出現(xiàn)不均衡的改變，造成葉片顫振，形成疲勞斷裂。氣流的紊亂還會引起機(jī)器振動，排氣出現(xiàn)低頻吼聲。

然而，應(yīng)該說明的是，壓縮機(jī)運(yùn)行時出現(xiàn)阻塞工況的機(jī)會是很少的，一般發(fā)生在開機(jī)過程和放空閥全部放空時；其次，短時間阻塞工況運(yùn)行一般不會造成葉片損壞；另外，通過對葉片（主要是末級）的特殊設(shè)計(jì)，很容易增強(qiáng)葉片的抗阻塞能力。

二、防阻塞控制系統(tǒng)的構(gòu)成原則

防阻塞控制系統(tǒng)是針對末級葉片區(qū)的阻塞工況而設(shè)置的。阻塞線由氣動計(jì)算給出，繪在風(fēng)機(jī)特性圖上，防阻塞線在阻塞線以上，裕度通常取5%-10%。自動控制系統(tǒng)的作用就是要保證風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)在防阻塞線以上，而不應(yīng)落到之下的區(qū)域。

FV-105是設(shè)置在主風(fēng)機(jī)出口管線的防阻塞閥，當(dāng)主風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)落到防阻塞線之下時，適當(dāng)?shù)仃P(guān)小此閥開度，就能使風(fēng)機(jī)出口壓力提高，容積流量減少，避免出現(xiàn)阻塞。

三、防阻塞控制系統(tǒng)的工作原理

XIC是比例一積分調(diào)節(jié)器，其實(shí)際值X來自壓力變送器PT的輸出，PT接在主風(fēng)機(jī)出口。調(diào)節(jié)器的設(shè)定值來自差壓變送器PdT，它測量的是與壓縮機(jī)流量成正比例關(guān)系的喉部壓差ΔP1，PdT與PT可以和防喘振系統(tǒng)共用。通常，從壓縮機(jī)的安全和工藝生產(chǎn)的可靠性考慮，防阻塞閥應(yīng)選氣關(guān)式。因而，調(diào)節(jié)器應(yīng)選反作用型。壓縮機(jī)喉部差壓變送器輸出的電信號送人調(diào)節(jié)器中，經(jīng)函數(shù)運(yùn)算得出防阻塞線W=f（ΔP1），一般為了簡單起見，防阻塞線可以設(shè)置成一條直線，而不必像防喘振線那樣由多段折線組成。設(shè)定值W與實(shí)際值之差送人比例一積分調(diào)節(jié)單元。四、防阻塞閥控制邏輯

正常情況下，壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)在防阻塞線以上，此時所對應(yīng)的出口壓力是P2′，喉部差壓ΔP1，設(shè)定值W=f（ΔP1），顯然，X1>W。這時調(diào)節(jié)單元輸出負(fù)偏差：Δe=X1-W<0，調(diào)節(jié)器輸出低值4MA，通過電氣轉(zhuǎn)換器使氣動調(diào)節(jié)閥蝶閥即防阻塞閥打開。

如果壓縮機(jī)出口壓力降低到防阻塞線以下，X20，反作用調(diào)節(jié)器將正向積分，增加輸出電流使防阻塞閥關(guān)閉一部分，使出口壓力P2由B點(diǎn)回升，當(dāng)回升到C點(diǎn)時，調(diào)節(jié)器輸入偏差Δe=X1-W為零，正積分輸出停止，防阻塞閥的開度保持在相對應(yīng)的開度上，即壓縮機(jī)此時的運(yùn)行點(diǎn)處于防阻塞線上的C點(diǎn)，不會落入阻塞區(qū)。

五、防阻塞實(shí)驗(yàn)過程

風(fēng)機(jī)在準(zhǔn)備投運(yùn)時，要對風(fēng)機(jī)做阻塞試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)測出的風(fēng)機(jī)喉部差壓與排氣壓力的函數(shù)關(guān)系得出風(fēng)機(jī)的阻塞曲線，壓縮機(jī)的阻塞點(diǎn)都采取現(xiàn)場實(shí)測的方法獲得，即在不同的靜葉角度（喉部差壓）下，測量對應(yīng)的阻塞壓力，一般至少測量11個點(diǎn)。將測量的點(diǎn)用折線連接形成的曲線稱為機(jī)組的防阻塞線。

鼓風(fēng)機(jī)MAN廠家的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：壓力值P2=PT105+1.013在1.000、1.400、1.650、2.545、3.500、4.710、4.750數(shù)值時對應(yīng)的流量值Dp（kgm3/s2）=PDT105/0.3224為0.000、9.615、18.610、97.395、190.447、540.000、560.000。

2#風(fēng)機(jī)在不同的靜葉角度下得出的阻塞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：壓力值P2=PT105+1.013在1.000、1.400、2.3、2.71、3.3、3.53、3.75、4.446、4.74、5.085、5.3數(shù)值時對應(yīng)的流量值Dp（kgm3/s2）=PDT105/0.3224為0.000、9.615、103.908、131.647、156.948、179.156、232.072、264.392、301.675、344.479、560.000。

對阻塞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的壓力值修正后的數(shù)據(jù)：壓力值P2=PT105+1.013在1.000、1.300、2.6、2.9、3.3、3.53、4.1、4.446、4.74、5.085、5.3，流量值不變。根據(jù)風(fēng)機(jī)阻塞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出三個阻塞線。

六、防阻塞線形成過程

根據(jù)上述壓力修正后阻塞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：P2=（PT105+1.013），10*100，PT105為風(fēng)機(jī)出口壓力；Dp（kgm3/s2）=PDT105/0.3224/560*100）。

最后形成的防阻塞線數(shù)據(jù)為P2在10.0、13.0、26.0、29.0、33.0、35.3、41.0、44.46、47.4、50.085、53.0時Dp（kgm3/s2）為0.0、1.717、18.555、23.508、28.026、31.992、41.441、47.213、53.871、61.514、100.0。阻塞報警線與防阻塞線之間的裕度為1%，阻塞線與防阻塞線之間的裕度為5%；喘振線與防喘振線之間的裕度為10%。

七、結(jié)語

阻塞是鼓風(fēng)機(jī)危險地工況，防阻塞控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)碰到或者超過防阻塞線時，風(fēng)機(jī)出現(xiàn)報警，調(diào)節(jié)阻塞閥，確保鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在安全運(yùn)行區(qū)域；根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出防阻塞線；防止了阻塞現(xiàn)象發(fā)生，提高了風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。