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溫度信號故障致高爐風(fēng)機(jī)喘振的處理
過程風(fēng)機(jī)的送風(fēng)溫度一次元件是Pt100熱電阻，溫度變送器將電阻信號轉(zhuǎn)換為4~20 m A電流信號，下面是小編搜集整理的一篇探究溫度信號故障致高爐風(fēng)機(jī)喘振處理的論文范文，供大家閱讀參考。
摘要：分析了馬鋼2500 m3高爐風(fēng)機(jī)造成喘振的原因，并根據(jù)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過增加控制程序、修改畫面的方法，解決了溫度信號故障造成風(fēng)機(jī)喘振問題。
關(guān)鍵詞：喘振;安全運(yùn)行;靜葉角;風(fēng)量波動
1前言
風(fēng)機(jī)送風(fēng)溫度信號比差壓、壓力信號變化緩慢，且從現(xiàn)場到PLC的信號穩(wěn)定，因此很少受到重視。況且壓縮機(jī)有1套完善的防喘振控制程序，保證機(jī)組發(fā)生喘振時保護(hù)機(jī)組安全。送風(fēng)溫度信號在軸流壓縮機(jī)[1]的自動控制系統(tǒng)中，只有兩個作用，一是對風(fēng)機(jī)的送風(fēng)流量計算進(jìn)行補(bǔ)正，高爐在定風(fēng)量操作時，補(bǔ)正后的流量作為風(fēng)量調(diào)節(jié)器的實(shí)際值參與自動調(diào)節(jié);另一個就是在溫度變送器故障時，流量調(diào)節(jié)器自動轉(zhuǎn)為手動調(diào)節(jié)。編程時并不對溫度信號做特殊處理。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，當(dāng)溫度信號大幅度振蕩時，這種控制方式就存在很大的缺陷。
馬鋼2500m3高爐3#風(fēng)機(jī)于2004年投產(chǎn)，運(yùn)行11年后，由于送風(fēng)溫度變送器損壞，造成風(fēng)機(jī)喘振，機(jī)組進(jìn)入安全運(yùn)行，使兩個防喘振閥全開，逆止閥關(guān)閉，靜葉角[2]關(guān)到最小，撥風(fēng)閥打開，迫使2#風(fēng)機(jī)向兩座高爐送風(fēng)。馬鋼25000 m3高爐有3臺風(fēng)機(jī)，2用1備。查閱機(jī)組運(yùn)行記錄，發(fā)現(xiàn)1994年投產(chǎn)的1#風(fēng)機(jī)2006年5月曾出現(xiàn)過送風(fēng)溫度變送器故障，同樣導(dǎo)致機(jī)組喘振進(jìn)入安全運(yùn)行。由于當(dāng)時控制系統(tǒng)沒有上位機(jī)，沒有記錄下溫度信號變化情況，只有機(jī)械式喘振計數(shù)器記錄機(jī)組發(fā)生了1次喘振。
2從正常運(yùn)行到喘振的過程及原因分析
2.1從正常運(yùn)行到喘振的過程
在3#風(fēng)機(jī)向2#高爐送風(fēng)時，操作人員反映送風(fēng)風(fēng)量波動，到操作室查看機(jī)組“運(yùn)行畫面(此畫面沒有送風(fēng)溫度信號)”,此時畫面顯示的風(fēng)量信號并沒有波動。然后查找與風(fēng)量相關(guān)的參數(shù)：風(fēng)機(jī)送風(fēng)壓力、差壓、溫度信號的歷史曲線。因南方天氣潮濕，空氣中水分較大，壓力、差壓變送器排污管道有積水易造成信號波動，風(fēng)量出現(xiàn)波動基本由差壓、壓力信號波動引起，雖然定期排污，風(fēng)量波動情況有很大改善，但其也是風(fēng)量波動的主要原因之一。在調(diào)取查看歷史記錄曲線的過程中，機(jī)組喘振進(jìn)入安全運(yùn)行。歷史趨勢記錄曲線如圖1.
機(jī)組進(jìn)入安全運(yùn)行之前，送風(fēng)風(fēng)量是4680 m3/min,送風(fēng)壓力為370 k Pa,靜葉角為50°，送風(fēng)溫度為220 ℃，此時為定風(fēng)量[3]自動調(diào)節(jié)。從歷史記錄曲線可以看出，機(jī)組未進(jìn)入安全運(yùn)行之前，送風(fēng)壓力基本穩(wěn)定。在送風(fēng)溫度信號波動時風(fēng)量出現(xiàn)大幅度波動，溫度值在曲線點(diǎn)①是220 ℃→曲線點(diǎn)②是292 ℃→曲線點(diǎn)③是225 ℃→曲線點(diǎn)④是85→曲線點(diǎn)⑤是170 ℃→曲線點(diǎn)⑥是300 ℃，整個過程持續(xù)了5min,均沒有發(fā)生喘振。但當(dāng)溫度從曲線點(diǎn)⑦300 ℃→曲線點(diǎn)⑧0 ℃大約10 s的過程中，機(jī)組發(fā)生了喘振進(jìn)入安全運(yùn)行。檢查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場到儀表柜的電阻值正常，而溫度變送器到PLC模件的信號為0 m A,確認(rèn)是溫度變送器壞。
2.2原因分析
2.2.1風(fēng)量調(diào)節(jié)
過程風(fēng)機(jī)的送風(fēng)溫度一次元件是Pt100熱電阻，溫度變送器將電阻信號轉(zhuǎn)換為4~20 m A電流信號;差壓采用文丘里管節(jié)流裝置測量，經(jīng)差壓變送器轉(zhuǎn)換為4~20 m A電流信號;壓力信號經(jīng)壓力變送器轉(zhuǎn)換為4~20 m A電流信號。溫度、差壓、壓力4~20 m A信號送到PLC的模擬量輸入(AI)模件，在控制程序里進(jìn)行流量計算，計算公式如下：
經(jīng)過計算的風(fēng)量作為風(fēng)量調(diào)節(jié)器的實(shí)際值(PV)，實(shí)際風(fēng)量與畫面輸入的給定值(SV)進(jìn)行比較，程序根據(jù)偏差大小進(jìn)行PI運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果送到模擬量輸出(AO)模件，其輸出的4~20 m A信號作為VOITH閥的輸入信號，此信號在VOITH閥內(nèi)與從位置變送器反饋來的4~20 m A信號進(jìn)行比較，控制靜葉伺服機(jī)構(gòu)，調(diào)整靜葉角的大小。風(fēng)量調(diào)節(jié)流程圖如圖2.
2.2.2機(jī)組安全運(yùn)行原因分析
在歷史記錄曲線中，送風(fēng)溫度信號出現(xiàn)大幅度波動。當(dāng)輸入到PLC的溫度信號增大時，經(jīng)流量公式計算后，計算風(fēng)量比實(shí)際送風(fēng)流量小，所以參與PI調(diào)節(jié)的風(fēng)量PV小于SV,PI輸出信號增大，也就是VOITH閥的給定信號增大，此信號與位置反饋信號比較，控制靜葉角增大，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)(見圖3:防喘振曲線) 向右移動。使得風(fēng)機(jī)靜葉角偏離正常值較大，但在曲線第①點(diǎn)→第②點(diǎn)→第③點(diǎn)以及第④點(diǎn)→第⑤點(diǎn)→第⑥點(diǎn)的過程中，機(jī)組的工作點(diǎn)沒有進(jìn)入喘振區(qū)域，而是靜葉在較大的角度進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)，使流量計算值穩(wěn)定在設(shè)定值4680 m3/min.當(dāng)輸入到PLC的溫度信號減小時，歷史趨勢圖第③點(diǎn)255 ℃降到第④點(diǎn)85 ℃，風(fēng)量瞬間從4680 m3/min升高5560 m3/min,參與調(diào)節(jié)的風(fēng)量實(shí)際值PV比設(shè)定值SV大880 m3/min,PI輸出信號減小，PLC輸出到VOITH閥的信號減小，靜葉開度減小，靜葉角度降到37°，風(fēng)機(jī)仍然沒有進(jìn)入喘振區(qū)域。溫度從300 ℃降到0 ℃的過程中，風(fēng)量計算值升高到最大量程6000 m3/min,導(dǎo)致機(jī)組靜葉角降到26°，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)迅速向左移動，風(fēng)機(jī)送出的風(fēng)量迅速減少，機(jī)組進(jìn)入喘振區(qū)域?qū)е掳踩\(yùn)行。
雖然程序中有溫度變送器故障時調(diào)節(jié)器自動轉(zhuǎn)為手動運(yùn)行方式，但只有在溫度變送器輸出到PLC信號大于等于22 m A或小于等于2 m A才判斷為變送器故障，而在溫度信號向4 m A變化的過程中，由于流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值與實(shí)際值偏差過大，導(dǎo)致靜葉角瞬間關(guān)到很小，送風(fēng)量也隨之減小很多，管道內(nèi)的風(fēng)回流，造成機(jī)組喘振。所以需對程序和畫面進(jìn)行修改。
3解決方案
3.1臨時措施
由于1#風(fēng)機(jī)運(yùn)行了20多年，系統(tǒng)元器件老化嚴(yán)重，故障率較高，不久即將進(jìn)行改造，因此臨時決定由3#風(fēng)機(jī)繼續(xù)供風(fēng)，主要基于以下兩個方面考慮：
(1)機(jī)組仍然在運(yùn)行，不便于更換溫度變送器;
(2)送風(fēng)溫度在負(fù)荷變化不大的情況下，溫度變化不大。
所以將出口風(fēng)溫強(qiáng)制在220 ℃，即正常供風(fēng)時的送風(fēng)溫度，以保證熱風(fēng)爐每50 min充風(fēng)(風(fēng)量增加15%)一次時，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)自動操作，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度。
3.2溫度變送器更換及程序和畫面的修改
3.2.1溫度變送器更換
由于3#風(fēng)機(jī)共有29個溫度測點(diǎn)，所有溫度變送器均是2004年隨PLC柜一同成套，溫度變送器也運(yùn)行了11年。且1#風(fēng)機(jī)溫度變送器在運(yùn)行12年時，也曾發(fā)生過溫度變送器故障導(dǎo)致機(jī)組喘振進(jìn)入安全運(yùn)行，鑒于此種情況，在3#機(jī)停機(jī)檢修期間建議更換所有溫度變送器。
3.2.2程序畫面修改
分析機(jī)組多年運(yùn)行數(shù)據(jù)，機(jī)組正常送風(fēng)溫度在170 ℃~250℃之間，根據(jù)流量計算公式計算，溫度在170℃-250℃之間時，風(fēng)量差值約在400 m3/min.如果溫度信號波動較大，將溫度值設(shè)定在一定范圍內(nèi)，可有效的避免機(jī)組進(jìn)入喘振狀態(tài)。
程序畫面修改程序內(nèi)容如下：
(1)送風(fēng)溫度設(shè)定上(TH)、下(TL)限，此限值只有在機(jī)組正常運(yùn)行并且送風(fēng)壓力大于一定值PLIM后投入。溫度上下限值和送風(fēng)壓力限值并不固化在程序中，可通過畫面隨時修改，滿足工藝要求。
當(dāng)TL<送風(fēng)溫度
當(dāng)送風(fēng)溫度≥TH時，送風(fēng)風(fēng)量按TH進(jìn)行溫度補(bǔ)正;當(dāng)送風(fēng)溫度≤TL時，送風(fēng)風(fēng)量按TL進(jìn)行溫度補(bǔ)正。
(2)機(jī)組正常運(yùn)行時，當(dāng)送風(fēng)壓力
4結(jié)束語
修改程序和畫面后，不僅可以避免由于溫度變送器故障造成喘振機(jī)組進(jìn)入安全運(yùn)行，也可以避免一次測溫元件-熱電阻信號出現(xiàn)波動，使機(jī)組進(jìn)入喘振狀態(tài)而安全運(yùn)行。為避免其它機(jī)組出現(xiàn)類似情況，利用各機(jī)組檢修機(jī)會，先后對其它機(jī)組的程序和畫面進(jìn)行了同樣修改。經(jīng)過優(yōu)化后的程序，對于1臺風(fēng)機(jī)向1座高爐供風(fēng)的情況(馬鋼1000 m3高爐風(fēng)機(jī))尤為重要，修改后既防止了溫度信號波動造成高爐斷風(fēng)，使高爐塌料，將風(fēng)口堵死，又防止了風(fēng)機(jī)喘振事故的發(fā)生。
參考文獻(xiàn)：
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[2]樊寶勝。靜葉定位調(diào)節(jié)在高爐鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子制作。2013(18)：41-41
[3]徐永強(qiáng)。高爐風(fēng)機(jī)定風(fēng)量定風(fēng)壓控制系統(tǒng)的研究與分析[J].電子制作。2013(18)：17-17
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