煤气鼓风机转速调节改进

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煤气鼓风机转速调节改进

张良桥, 李善宁

(马钢煤焦化公司,安徽马鞍山243000)

摘要】利用HONEYWELL EPKS 控制系统,编制合理控制方案,解决了煤气鼓风机转速变化频繁、煤气压力波动大的问题。从控制思想、控制方案、软件编程等方面作了说明与介绍。

关键词】鼓风机;转速;调节;压力

1 引言

马钢煤焦化公司炼焦分厂配备两座6.5 m 焦炉, 焦炉产生的荒煤气由净化一系统的三台横管初冷器冷却,电捕焦油器去除焦油后,经煤气鼓风机输送至洗涤单元脱硫脱氨,提供优质焦炉煤气给轧钢等用户使用。

煤气鼓风机在这里起到焦炉集气管压力的调节和煤气后续的正常输送,具有承前启后的作用。净化分厂根据初冷器前煤气吸力调节风机转速,达到调节稳定煤气输送的目的。由于焦炉装煤是在机侧炉门进行的,冒烟比较严重。为了保护环境,在集气管上增加高压氨水喷洒管道,在装煤时开启高压氨水配合除尘车联合操作,满足了环保要求。但局限于工艺条件,只在焦炉的集气管上配备了一台翻板阀调节荒煤气压力,所以在装煤过程中,受到高压氨水压力的影响,集气管压力波动幅度非常大,导致初冷器前吸力大幅波动, 煤气鼓风机转速也发生相应变化,若采用单一的PID 回路来调节煤气鼓风机转速,初冷器前煤气吸力波动无法控制在合理范围, 焦炉集气管压力则无法稳定,焦炉集气管压力不稳,直接影响着能否安全稳定生产。压力波动幅度过大会使煤气鼓风机转速作大幅度变化,严重影响鼓风机的机械性能和鼓风机的使用寿命;另一方面,焦炉集气管煤气调节翻板会因调节幅度频繁、调节过大而卡死,严重影响焦炉生产。我们通过观察分析,结合焦炉集气管的压力要求和煤气鼓风机的特性,运用DCS 的功能对控制系统进行了改进优化,使集气管压力波动控制在可调范围。

2 工艺现状及系统设计思路

焦炉控制系统采用浙江中控的ECS-700, 净化系统采用HONEYWELL 公司的EPKS 系统,分别控制焦炉生产和净化区域的生产,两者在通信上没有直接联系。而对煤气压力的调节,两套控制系统对其均有影响,考虑到设备对压力的反应速度和设备安全,对于焦炉煤气压力调节分两阶段进行,首先在焦炉侧的DCS 控制系统上做粗调,即在该系统上组态PID 调节回路,整定好调节参数,使其达到粗调目的,为防止翻板阀调节过大而卡死,在调节输出上做限幅95%处理;若焦炉调节系统调节作用还不满足要求,再在煤气净化DCS 控制系统上进行细微调节,使煤气压力更加平稳,从而风机转速趋于稳定,达到保护煤气鼓风机目的。

3 风机调节系统的控制思路

因焦炉DCS 上采用单一的PID 调节回路调节煤气压力,比较简单,不做赘述,主要对煤气鼓风机的调节思想做一个说明。

根据现有的工艺状况分析,初冷器前煤气压力在1.6 kPa 与2.6 kPa 之间时,鼓风机转速变化较小,焦炉煤气调节系统的翻板调节幅度也在正常的范围之内;若煤气压力达到2.8 kPa 以上或1.4 kPa以下时,焦炉煤气调节系统作用增大,过量的调节会引起集气管上的调节翻板卡死。鉴于此,我们选择在净化DCS 系统上做控制方案。如图1 所示:

调节系统经过计算产生一个调节开度输出模拟量(4~20 mA)信号,该信号控制风机调节变频器来调节风机转速。调节系统操作模式分为自动、手动两种模式,由岗位操作人员根据现场实际状况进行选择。在自动调节模式下,初冷器器前吸力(31PIA1101)高于2.6 kPa 时,调节开度在原有基础上以每周期减去变化率的幅度来降低风机转速,直至初冷器前吸力达到2.6 kPa;初冷器前吸力(31PIA1101)低于1.6 kPa 时,调节开度在原有基础上以每周期加上变化率的幅度升高风机转速,初冷器吸力达到1.6 kPa 停止;初冷器前吸力(31PIA1101)在2.6 kPa 与1.6 kPa 之间时,调节开度由PID 单回路根据生产需求进行微调。为防止风机转速调节失控,初冷器前吸力测量数据为假值时,程序会将自动操作模式转为手动操作模式。由于鼓风机转速超过3900 r/min 容易造成飞车,低于3200 r/min 时会因负荷太大停车导致荒煤气放散,为达到生产需要和保护设备的目的,在自动调节模式下,转速调节输出做了限幅处理,使其只能在70%于90%之间调节。

4 控制方案编程

我们利用净化一系统的HONEYWELL 公司EPKS R400 集散控制系统进行编程,软件编程主要由三部分组成:CONTROL BUILDER 组态控制策略;HMIWEB DISPLAY BUILDER 编制流程画面;STATION 提供用户监控界面。CONTROL BUILDER采用模块化图形界面,方便直观;由于功能块之间均由连接线相联,连线繁密,造成程序画面混乱,可读性差,因此,我们将控制程序分解为三个部分:

4.1 变量定义(31STA14FJ1_1),为适应工艺变化需要,提供变化率、吸力上阀值、吸力下阀值、手动输出设置值等设置界面给用户,增强了系统的灵活性,对应的变量名称如下:输出变化率(BHL1),初冷器前吸力上阀值(31PIA1101_HH),初冷器前吸力下阀值(31PIA1101_LL),手自动切换开关(ZDQH1),手动输出设置值:31PV1101_SZ,其他如阀位、输出手自动模式程序控制也在本部分实现;

4.2 主要控制程序31CTLSPEED_1,根据生产状况,实现阀位输出的计算等功能。本程序的主要模块为SIGNALSEL(信号选择模块),根据四种不同的情况,分别做相应的计算,产生输出信号以调节风机转速:

(1)手动时输出由人工设置;

(2) 自动模式且吸力在31PIA1101_LL ~31PIA1101_HH 之间由PID 调节回路调节;

(3)自动模式且吸力高于31PIA1101_HH 时,程序根据设定的变化率,以每周期一个变化率的幅度降低风机转速,直至吸力达到31PIA1101_HH;

(4) 自动模式且吸力低于31PIA1101_LL 时,程序根据设定的变化率,以每周期一个变化率的幅度增加风机转速,直至吸力达到31PIA1101_LL;程序间数据传递及引用均用参数连接器(para connector)实现,编制的程序脉络分明,可读性好,主程序(31CTLSPEED_1)截图如图2 所示。

4.3 PID 自动回路调节(31PIC1101_1),实现初冷器前总管吸力在在1.6KPa 与2.6KPa 之间时,阀位输出的自动微调。为防止岗位人员的误操作,回路操作模式由程序控制,岗位操作人员不能设定。

4.4 用户操作界面制作。流程图画面用HMIWEBDISPLAY BUILDER 制作,用户界面如图3 所示。输出变化率、初冷器前吸力上下阀的开度值、电捕煤气总管压力阀值均可由岗位操作人员根据工艺状况做相应修改,界面友好,操作灵活。

5 实施效果

该控制系统改进后投入使用一年多,从使用效果来看,实现了预期的目的,焦炉集气管压力波动得到了很大地改善,煤气鼓风机运行比较平稳,风机转速控制在较小幅度里,通过对机械传动部分的定期拆解检查,影响甚微,为焦炉正常生产提供了有力保证。

改进前后的煤气吸力对比如图4 所示。改造前后风机转速如图5 所示。

[参考文献]

[1]周流森.自动控制与仪表[M].北京:清华大学出版社,1988

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