转炉高压风机防喘振自动控制系统的改进.pdf

3 8 ANHUI MET AL L URGY 2 0 0 2年 第 4期 转炉高压风机防喘振 自动控制系统的改进 高 山 铜 都 铜业 股 份 有 限 公 司 摘 要 阐述 了高压风 机 发 生喘振 的原理 ， 分析 了 固定极 限防 喘振 自动 控 制 系统存 在 的 不足 ， 并对 此 提 出改 进 建议 ， 同时介 绍 了可 变极 限防喘 振控 制 系统 的原理 和应 用 。 关 键 词风 机喘 振喘 振 曲 线可 变极 限 自动 控 制 Br i e f Ta l k o n Re n ov a t i o n of S ur g e pr o o f Au t o c o nt r o i Sy s t e m f o r Hi g h p r e s s u r e Bl o we r i n Co p p e r Co n v e r t o r Ga o Sha n An h u i To n g d u Co p p e r St o c k Co．L t d ． Abs t ra c t Th e pr i nci pl e of s ur ge oc c ur r ed on hi gh- p r e ss ur e bl owe r i s ex poun ded． Th e s hor t c omi ng of f i xed I i mi t s ur gepr oof au t ocont r ol s ys t em i s an al y z ed and t h e s ugges t i on t o r en ovat e I s t her eaf t er put f or war d．The pr i n cl pl e and I t s appl icat i o n of t he var i abl e I i mi t aut o cont r ol sy st em ar e I nt r oduc ed． K e y wo rd s bl ower s ur ge su r g e cu r ve v ar i able I i m i t aut ocont r ol 1 引言 转 炉高 压 风机 是铜 冶炼 工 艺 中 的重要 设 备之 一 ，它 能 否 正 常 运 转 将 直 接影 响 转 炉 生 产 。 除 了 日常 要 加 强 对 高 压 风 机 的 维 护 和 保 养 、 保 证 各 部 件 处 于 正 常 工作 状 态 外 ， 还 必 须 预 防 风 机 发 生 喘振 。 2 高压风机 喘振 的原理 离 心 式 风 机 的典 型 特 性 曲线 如 图 1所 示 ， 横 座 标 是 流量 ， 纵坐 标是压 头 或 压缩 比 ， 例 如在 n 。 转 速 下 的特 性 曲 线 ， 有 一 个 最 高 点 S， 它 把 曲线 分 成 左 右两部 分 ， 左边 为喘振 区 ， 右 边是 工作 区， 将 不同转 速 下 的 S点 连 成 一 线 ， 称 为 它 的 喘 振 极 限 曲线 ， 风 机 的 工 作 点 必 须 落 在 喘 振 极 限 曲线 的右 边 n ] 。 当风 机 在 13 ． 。 转 速 下 恒 定 运 行 时 ， 工 作 在 1点 ， 这 时 风 机 出 口压 力 为P ， 空 气 流 量 为Q ， 当 由 于某 种 原 因， 流量减少而转速保 持不变时 ， 工作点 就沿着 曲线 向S点靠 拢 。 这 时出 口压 力就升高到P点 ， 当流量 减 少 到小于Q。 时 ， 如图1中2点 ， 这时出 口压力又 回到 P 值 ， 由于 系统压 力 PP ， 所 以空气 发生倒 流 ， 从 13 ． 。曲线 可 以看 出 ， 在 同 一 P 压 力 下 ， 具 有 两 个 不 同 工作点 ， 空气量在 Q 与 Q 之 间突变 ， 空气 的冲击传 递 给 叶 片 ， 在 轴 上 产 生 交 变 的 应 力 ， 轴 就 开 始 剧 振 ， 同 时 发 出“ 吼 叫” 声 ， 这 就 形 成 了 喘 振 。 喘 振 严 重 会 打 碎 叶片 ， 损 坏 气 封 ， 毁 坏 轴 承 造 成 设 备 事 故 ， 所 以 必 须加 以控 制 。 Pl 出 气量Q 图 1 风机 的典 型特 性 曲线 3 风机 防喘振控制系统 我 厂 转 炉 车 间 高 压 风 机 为 D2 5 0 2 1型 高 速 运 转风机 ， 转速达 到l l 3 0 0 r ／ mi n， 防喘振控 制系统利用 作者 简 介 高山 ， 工程 师 ， 安徽 省铜 陵市 2 4 4 0 0 0 铜都铜 业 股份 有 限公 司金 昌冶炼厂 维普资讯 2 0 0 2年第 4期 安 徽 冶 金 3 9 固 定极 限 控 制 原 理 设 计 。 防 喘 振 自动 控 制 装 置 选 用 DDZ一 Ⅲ型 DTA一2 1 0 1调 节 器 和气 动调 节 阀 ， 调 节 阀 工 作 方 式 为 气 闭式 设 计 。 空 气 管 道 上设 置 取 压 点 ， 利 用 1 1 5 1 ’ 型 压 力 变 送 器 检 测 空 气 压 力 ， 并 将 压 力 信 号 作 为 调 节 器 的 输 入 ， 与 调 节 器 中 的 设 定 值 P一0 ． 1 2 M P a 进 行 比较 ， 得 出 偏 差 信 号 ， 经 放 大 运 算 器 输 出 4 ～ 2 0 mA 标 准 信 号 ， 再 经 电气 阀 门 定 位 器 变 换 成 气 动 信 号 ， 控 制 气 动 调节 阀 的 开 合 。 当 出 口风 压 高于 0 ． 1 2 MP a时 ， 调节 阀打开进行放风 。 反之 ， 调节 阀 关 闭 。 4存在 问题 原 来 的 风 机 防 喘 振 系 统 只 对 风 压 进 行 测 量 ， 并 作 为 唯一 控 制 参 数 ， 控 制 方 式 采 用 单 程 操 作 ， 利 用 一 只 调 节 阀 进 行 放 空 。这 种 控 制 原理 是 所 谓 的 固定极 限 流 量 控 制 方 法 ， 实 际 上 就 是 根 据 在 某 一 转 速 的运 行 曲 线 上 定 出 一 对 应 的 喘 振 点 选 取 一 极 限压 力 值 ， 风 机 出 口压 力 若 超 过极 限压 力 值 ， 就 打 开 放 空 阀 。 这 种 防 喘振 控 制 系 统 的优 点 是 系 统 简单 ， 操 作 方 便 ， 投 资 少 。 但 缺 点 也 非 常 明 显 ， 风 机 在低 负 荷 运 转 时 能 耗 大 ， 降 低 转 速 运 行 时 ， 调 节 放 空 所 设 定 的 极 限压 力 没 有 改 变 ， 而低 转 速 时 风 机 喘 振 极 限压 力 已降 低 ， 使 风 机处 于 无 防 喘 振 保 护状 态 ， 很 不 安 全 。 同 时 ， 我 厂 采 用 卧 式 碱 性 转 炉 ， 在 吹 炼 过 程 中 ， 高 压 风 机 向转 炉 鼓 人 大 量 空 气 ， 空 气 由 分 布在 炉 体 上 2 8只 风 眼 鼓 入 ， 通 过 熔 炼 造 渣 ， 除 去 冰 铜 中 的 铁 和 硫 等 杂 质 。 因 此 ， 在 转 炉生 产 过 程 中 ， 必须 保 证 风 眼 畅 通 。但 是 ， 由于 我 厂转 炉 生 产 工 艺 较 落后 ， 自动 化 程 度 不 高 ， 清 除 风 眼 工 作 由 操 作 工 操 作 捅 风 眼 机 进行 。 由于操作质量等 原因 ， 可能导致风 眼清除不彻 底 ， 被 凝 结 的 铜 水 堵 住 ， 造 成 管 网 压 力 迅 速 增 大 ， 极 易 引起 高 压 风 机 发 生 喘 振 。 5 改进 思路 及 措 施 5 ． 1改 进 思 路 由于 固定 极 限控 制 方 法 和 转 炉 生 产 工 艺 的局 限 性 ， 可 以考 虑 应 用 目前 比 较 先 进 的 可 变 极 限控 制 方 法 。 它 是 按 照 风 机 的喘 振 曲线 来 控 制 ， 根 据 喘振 曲线 确 定 防 喘振 线 ， 使 风 机 始 终 工 作 在 喘 振 曲线 的 右 侧 ， 即 安 全 工 作 区 。 实 际工 作 中 ， 根 据 风 机 生 产 厂 家 提 供 的 具 有 喘 振 曲线 的 风 机 工 作 特 性 曲线 ， 可 以 确 定 可 变 极 限 的 防喘 振 线 。从 管 道 阻力 曲线 与 风 机 常 用 转 速 的 特 性 曲 线 之 交 点 对 应 的 常 用 压 力 P， 找 出 喘 振 曲 线 的 对 应 点 ， 通 过该 对 应 点 作 喘 振 线 之 切 线 ， 对 应 的 流 量 为 Q ， 然后 将 此 切 线 平 移 ， 使 Q 大 于 Q 的 1 5 即 Q 一 1 ． 1 5 Q ， 这 条 直 线 就 是 所 要 求 的 防 喘 振 线 ， 其 数 学 表 达 式 为 P KQb， K t a n 0 ， 为 直 线 斜 率 ； b为 截 距 。在 实 际运 行 中 还 要 根 据 生 产 实 践 的具 体 情 况 修 改 K 值 。 5 ． 2改 进 措 施 根 据 以 上 思 路 ， 可 以采 取 以 下 措 施 改 进 风 机 防 喘振 自动控 制系统 ， 以实现更 准确、 更安全 的控制 目 的 ， 控 制 系 统 示 意 图如 图 2所 示 [ 2 ] 。 图 2防喘振 控 制 系统 示 意 图 1 在 风 机 出 口管 道 上 安 装 孔 板 节 流 装 置 和 差 压 变 送 器 ， 测得 与 流 量 平 方 成 正 比的 压 差 信 号 ， 经 开 方 器 演 算 获 得 与 流 量 成 正 比的 信 号 ， 输 入 定 值 器 。 在 定 值 器 中输 入 P k Q C 关 系 式 ， 从 而 得 到 随 流 量 变化 的 出 口风 压 的 设 定 值 。 定 值 器 输 出 4 ～ 2 0 mA 信 号 作 为 调 节 器 的外 给 定 。 2 现场 1 1 5 1压力 变送器 检测风机 出 口压力信 号 经 放 大 输 出到 调 节 器 作 为 输 入 ， 与 外 给 定 的 设 定 值 进 行 比 较 ， 得 出 偏 差 值 ， 经 放 大 运 算 输 出 4 ～ 2 0 mA 电 流 信 号 ， 再 经 调 节 阀 的 电 气 阀 门 定 位 器 转 换 成 气 动 信 号 ， 控 制 阀 门开 关 。 3 调 节 器 的 输 出 分 程 控 制 两 个 调 节 阀 ， 通 过 调 整 调 节 器 上 的 电气 阀 门 定 位器 ， 将 4 2 0 mA 信 号 分 成 两 段 信 号 区 间 4 ～ 1 2 mA 和 1 2 ～ 2 0 mA。 4 转 炉 正 常 吹 炼 时 ， 调 节 器 的偏 差 状 态 是 设 定 值 远 大 于 测 量 值 风 机 出 口压 力 ， 表 示 风 机 远 离 喘 振 区 ， 调 节 器 此 时 输 出2 0 mA， 调 节 阀1和 2都 处 于 关 闭状 态 ； 当风 机 出 口压 力 上 升 而 流 量 减 小 ， 调 节 器 设 定 值 小 于 测 量 值 ， 表 示 风 机 接 近 喘 振 区 ， 调 节 器 输 出 维普资讯 4 0 ANHUI ME T AL L UR GY 2 0 0 2年第 4期 信 号 小 于 2 0 mA。此 时 ， 调 节器 分程 控 制两个 调 节 阀 ， 在 2 O ～ 1 2 mA 范 围 内 ， 调 节 阀 1从 全 关 到 全 开 ； 在 1 2 4 mA 范 围 内 ， 调 节 阀 2从 全 关 到 全 开 。也 就 是说 ， 当调 节器输 出小 于 2 0 mA 时， 首先控制调节 阀 1打 开 ， 把 空 气 部 分 放 空 ， 防 止 风 机 进 入 喘 振 区 ； 如 果 仍不 能达到 目的， 调节 器继续 把调 节 阀 2打开放 空 。 6 结语 通 过 采 取 可 变 极 限 控 制 方 法 ， 在 各 种 工 况 下 ， 可 以保 证 风 机 不 进 入 喘 振 区 ， 确保 风 机 始 终 工 作 在 安 全 区 ， 彻 底 消 除 了风 机 的 喘振 现 象 ， 为 转 炉 稳 定 生 产 ； } ； } ； } ； } ； } ； } ● ； } ； } 三| ； ； } 提供 可靠保 证 。 同时 ， 转炉停吹 时 ， 可 降低 风机转速 ， 只 在 风 机 进 入 喘振 区 时 才 打 开 放 风 阀 ， 避 免 原 来 控 制 系 统 不 降 速 就 打 开 放 风 阀 ， 使 大 量 能 量 放 空 ， 因 此 ， 经济效益也非 常显著 。 参 考 文献 1 编写组 ．自动 化仪 表手 册 ．机 械工 业 出版 社 ， 1 9 8 8 ， 4 8 1 3． 2刘元 扬 编 ．有 色 金属 生 产过 程 自动 化 ．中南 工业 大 学 出 版社 ， 1 9 9 o 1 6 5 ． 攀 钢 四号 高炉 炉龄破 全 国长 寿 纪 录 收稿 日期2 0 0 2 0 8 2 1 ； } ； } ； ； } ； }；； } 善； ’ 9月 2 5日， 攀钢 炼铁 四号 高炉迎来 了“ 1 3岁生 日” ， 打破 全 国大高炉长寿纪 录， 标志着攀钢 高炉炉龄 继 续 保 持 全 国领 先 水 平 。 近几 年来 ， 攀 钢先后 对高炉布料程序进行 了改进 ， 采 取 高炉 中心加 焦、 配加硅 石 实验 、 降低 炉 内风压 、 改 善 料流透 气性 、 定期喷涂等 新技 术 ， 摸 索 出了在 高炉上 、 下部较 为适宜的调剂规律 ， 并且根据 炉况 变化情 况 ， 充分运用好风 温、 富氧和喷煤 ， 从 而使 高炉各项操作参数得到 了优化 ， 实现 了一代炉龄无 中修 。1 9 9 9年 ， 攀钢 四号 高炉年产 生铁 突破1 0 0万t大关， 2 0 0 0年 以来 ， 生产水平持 续攀 高， 高炉利用 系数达到 了2 ． 0 9 。四号 高炉 经历 1 3个春秋 累计产铁达 1 1 0 0余万t ， 单位容积产铁达到 8 1 5 0 t 。据 悉， 四号高炉大修 时间将延迟 至2 0 0 4年 ， 单位容积产铁将 突破 1万 t 。 摘 自 世 界 金 属 导 报 2 O O 2 ． 1 1 ． 1 2 ． 济 钢球 团矿 高 匕 例 配加 巴西精 粉取得 阶段 性成 果 为提 高竖炉的经济性和适应性 ， 减 少对资源有 限的磁 铁矿精粉的依赖程度 ， 济钢技 术 中心 开展 了球 团竖 炉大量 配加 巴西赤铁矿精 粉 的研 究， 通过调 整竖炉 工艺参数 ， 添加 了部分 添加 物 ， 济钢 竖炉 巴西精 粉 的配加 量 已经从 1 2 提 高到 了4 O ， 对济钢 炼铁 系统降成本发挥 了重要作用 。 摘 自 世 界 金 属 导报 2 0 0 2 ． 1 1 ． 1 2 ． 维普资讯