制氧機(jī)空氣壓縮機(jī)組的DCS自控及改進(jìn)

林興

摘 要：應(yīng)用DCS控制空氣壓縮機(jī)可以提高效率和經(jīng)濟(jì)效益。文章主要介紹和分析了制氧機(jī)空氣壓縮機(jī)組的自控內(nèi)容和原理，并提出了改善其停車(chē)事故頻發(fā)的改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：空氣壓縮機(jī)組；恒壓控制；改進(jìn)方法

1 引言

空氣壓縮機(jī)有非常廣的應(yīng)用層面，例如在煉鋼、煉鐵、供水等行業(yè)，作為這些行業(yè)不可缺少的氧氣供給來(lái)源，其應(yīng)用量非常大。但是，低效率和高故障率的傳統(tǒng)空氣壓縮機(jī)組并不能滿足鋼鐵等行業(yè)迅猛發(fā)展的要求。近些年來(lái)，隨著分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展，使得用DCS對(duì)空氣壓縮機(jī)組進(jìn)行控制成為了可能，使用DCS對(duì)其進(jìn)行控制的普及，起到了對(duì)空氣壓縮機(jī)組的改造和完善的作用，有效的提升了空壓機(jī)的自動(dòng)化水平，配合更為先進(jìn)調(diào)節(jié)器和傳感器，還可以對(duì)控制回路進(jìn)行簡(jiǎn)化，可以輕松實(shí)現(xiàn)執(zhí)行邏輯功能，提高了回路調(diào)節(jié)的能力。應(yīng)用DCS自控系統(tǒng)進(jìn)行控制，除了具有很好的控制效果外，還具有較強(qiáng)的抗干擾能力，對(duì)工作環(huán)境要求不高，大大提升了空壓機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，此外，其經(jīng)濟(jì)效益也非常顯著。

2 自控內(nèi)容和原理

2.1 基本控制

根據(jù)空氣分壓工藝的特點(diǎn)要求，對(duì)空壓機(jī)機(jī)組的控制可采用恒壓控制方式。此外，為了提升空氣壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，還考慮加設(shè)防喘振控制、事故聯(lián)鎖停車(chē)控制等安全保護(hù)控制。

2.2 恒壓控制

作為空氣壓縮機(jī)常用的一種控制方法，恒壓控制能在機(jī)組容量改變時(shí)，保證壓縮空氣以接近恒定壓力輸出。利用恒壓控制空氣壓縮機(jī)，其轉(zhuǎn)速在拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)是不變的，主要是通過(guò)控制入口導(dǎo)葉的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而調(diào)節(jié)導(dǎo)葉則需要用到恒壓控制器，它的作用是在空氣壓縮機(jī)的出口處對(duì)空氣壓力進(jìn)行采集，將采集到的數(shù)據(jù)作為輸入量，再比較所設(shè)定值，最后利用PID調(diào)節(jié)器將輸入量進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到的輸出量用來(lái)對(duì)入口導(dǎo)葉的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)控。

2.3 安全保護(hù)控制

2.3.1 防喘振保護(hù)控制

空氣壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象主要包括：空氣壓縮機(jī)的動(dòng)力來(lái)源，即電動(dòng)機(jī)的電流表和功率表有較大的波動(dòng)量；空氣壓縮機(jī)劇烈振動(dòng)，出口壓力升高后迅速下降，氣流伴有較大的噪聲，且其流量大幅下降，甚至有吸氣管道空氣倒流現(xiàn)象。

發(fā)生喘振的原因與葉片周?chē)鷼怏w流量有關(guān)。當(dāng)葉道氣體流量過(guò)小時(shí)，葉片的物理構(gòu)造和氣流發(fā)生沖突，致使葉片凸面的氣流發(fā)生脫離正常流通軌道，造成氣體滯流，壓縮機(jī)內(nèi)部壓力下降，引起氣流倒吸，產(chǎn)生振動(dòng)，即喘振。而空氣壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，引起葉片周?chē)鷼怏w流量異常的因素主要包括以下幾方面：①壓縮機(jī)的流道堵塞，例如冷卻器結(jié)垢、過(guò)濾器堵塞。②壓縮機(jī)空氣分壓系統(tǒng)故障，例如換熱器閥門(mén)無(wú)法打開(kāi)。③放空閥出現(xiàn)故障，其在需要打開(kāi)時(shí)不能及時(shí)動(dòng)作。

防喘振系統(tǒng)對(duì)于提升空氣壓縮機(jī)的安全性有很大幫助。為了抑制喘振，需要對(duì)空氣壓縮機(jī)的出口壓力和流量進(jìn)行調(diào)控，其中通過(guò)對(duì)入口閥和放空閥的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)是較為有效的一種方式。防喘振貫穿空氣壓縮機(jī)機(jī)組的工作過(guò)程，當(dāng)壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振情況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)放空閥以降低出口壓力。

2.3.2 電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)

設(shè)置此保護(hù)控制的目的是防止電動(dòng)機(jī)過(guò)載，電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)調(diào)節(jié)器在流經(jīng)電動(dòng)機(jī)的電流大于額定值時(shí)動(dòng)作，并和出口壓力調(diào)節(jié)器相疊加共同作用對(duì)空氣壓縮機(jī)的入口閥開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到保護(hù)電機(jī)的作用。

2.3.3 出口壓力過(guò)高保護(hù)控制

空氣壓縮機(jī)在恒壓控制下，若調(diào)節(jié)其入口閥開(kāi)度仍無(wú)法令出口壓力保持在設(shè)計(jì)值附近，此時(shí)，出口壓力過(guò)高保護(hù)調(diào)節(jié)器便會(huì)和防喘振調(diào)節(jié)器共同動(dòng)作，通過(guò)對(duì)放空閥開(kāi)度的調(diào)節(jié)來(lái)抑制過(guò)高的出口壓力。

2.4 空壓機(jī)起動(dòng)及停車(chē)聯(lián)鎖的邏輯控制

2.4.1 空氣壓縮機(jī)起動(dòng)邏輯

空氣壓縮機(jī)的起動(dòng)需要滿足以下條件，首先入口導(dǎo)葉應(yīng)處在預(yù)備起動(dòng)狀態(tài)，其次，防喘振閥需徹底打開(kāi)，電控單元無(wú)異常，最后油溫、油壓、冷卻水流量均需滿足起動(dòng)要求數(shù)值。此時(shí)，在正常情況下機(jī)旁柜中應(yīng)顯示起動(dòng)信號(hào)燈亮，可以起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，測(cè)振儀報(bào)警將增至30s左右，若振動(dòng)值成倍增趨勢(shì)，且空氣壓縮機(jī)在倍增報(bào)警時(shí)間里還處在聯(lián)鎖停車(chē)狀態(tài)，那么30s過(guò)后，系統(tǒng)將自動(dòng)解除倍增報(bào)警?？諝鈮嚎s機(jī)處于同步運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其自動(dòng)加載伴隨防喘振閥Sv1001的得電而動(dòng)作。

起動(dòng)空壓機(jī)之前應(yīng)將油箱加熱器、輔油泵轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等調(diào)至自動(dòng)位置。當(dāng)管道油壓無(wú)異常時(shí)，DCS將自動(dòng)停止或起動(dòng)油箱加熱器，以達(dá)到調(diào)節(jié)的作用。當(dāng)電動(dòng)機(jī)和空壓機(jī)同步后，齒輪泵動(dòng)作，油壓經(jīng)DCS判斷后，如若正常，操作人員方可停止輔助油泵。若供油總管壓力過(guò)低，小于要求值0.12MPa或停車(chē)時(shí)，DCS會(huì)再次起動(dòng)輔助油泵。

2.4.2 空氣壓縮機(jī)停車(chē)邏輯

當(dāng)發(fā)生諸如空氣壓縮機(jī)的軸振動(dòng)強(qiáng)烈、軸位移過(guò)大、軸承溫度過(guò)高、導(dǎo)葉開(kāi)度過(guò)小以及電動(dòng)機(jī)軸承溫度異常等情況時(shí)，空氣壓縮機(jī)應(yīng)立即停車(chē)。這里所說(shuō)的停車(chē)指將拖動(dòng)空氣壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，將防喘振閥打開(kāi)到最大程度、關(guān)閉入口導(dǎo)葉，并起動(dòng)輔助油泵等一系列動(dòng)作?？諝鈮嚎s機(jī)停車(chē)操作順序應(yīng)是先使空壓機(jī)輕載，再按動(dòng)空壓機(jī)氣路圖上停車(chē)按鈕。

2.4.3 空壓機(jī)的起動(dòng)、恢復(fù)加載

空壓機(jī)的起動(dòng)有兩種方式，一種是電控柜中起動(dòng)，另一種是中控室起動(dòng)。值得注意的是，對(duì)于后種方式，應(yīng)該將旋鈕轉(zhuǎn)至“自動(dòng)”起動(dòng)檔位。

圖1所示為入口導(dǎo)葉控制示意圖，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于加載狀態(tài)時(shí)，入口導(dǎo)葉將打開(kāi)至最小開(kāi)度（全開(kāi)度的10%），若在20s內(nèi)，人口導(dǎo)葉的開(kāi)度反饋仍未超過(guò)7%，那么空壓機(jī)便會(huì)起動(dòng)聯(lián)鎖停車(chē)動(dòng)作。若超過(guò)7%，那么導(dǎo)葉受爬坡器控制，其開(kāi)度將逐漸增大，當(dāng)增至最大開(kāi)度時(shí)，放空電磁閥將得電動(dòng)作，放空閥又在爬坡器的控制下，由最大開(kāi)度逐漸關(guān)閉。如若排氣壓力接近設(shè)定值時(shí)，恒壓控制器將自動(dòng)起動(dòng)，自動(dòng)控制入口導(dǎo)葉；當(dāng)入口差壓很小而未能對(duì)喘振造成影響時(shí)，防喘振控制器便以串級(jí)形式投入，能夠自動(dòng)控制放空閥V1006。操作人員通過(guò)對(duì)壓力設(shè)定值的更改，能夠使空壓機(jī)以額定壓力運(yùn)行。此外，DCS控制中還加設(shè)了防超壓控制器PICA1006和電動(dòng)機(jī)限流控制器IICA2301，在排氣壓力數(shù)值或電動(dòng)機(jī)電流值在設(shè)定值以上時(shí)，PICA1006動(dòng)作使放空閥打開(kāi)，入口導(dǎo)葉開(kāi)度將變小，達(dá)到卸壓或降低負(fù)載的目的。

當(dāng)空壓機(jī)的排氣壓力過(guò)高、發(fā)生喘振或者預(yù)冷系統(tǒng)故障時(shí)，空壓機(jī)將會(huì)發(fā)生輕載。此時(shí)，放空閥將會(huì)全部打開(kāi)，并且入口導(dǎo)葉限位也將降至0%，在消除故障后，操作人員便可利用“恢復(fù)加載”按鈕來(lái)對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行自動(dòng)恢復(fù)。

3 改進(jìn)方法

為使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，在勘查并分析放空閥的定位器故障之后，發(fā)現(xiàn)故障起因在于放空閥振動(dòng)幅度過(guò)大，長(zhǎng)時(shí)間振蕩必然損壞定位器，使其工作產(chǎn)生異常。在系統(tǒng)全面調(diào)研定位器產(chǎn)品后，發(fā)現(xiàn)山武分離型智能定位器AVP200在防振方面性能優(yōu)良，用其作為替代產(chǎn)品，使用效果非常好，但是空氣壓縮機(jī)的原裝定位器由于其傳動(dòng)方式的限制，使得不能直接替換分離型智能定位器，需對(duì)傳動(dòng)方式進(jìn)行更改，即需對(duì)安裝支架進(jìn)行再設(shè)計(jì)，方可滿足工藝要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，多數(shù)空壓機(jī)組在控制方面仍采用傳統(tǒng)的過(guò)程控制方式對(duì)各個(gè)鍋爐控制回路進(jìn)行控制，這種方式不但可靠性差、效率低下，而且耗能?chē)?yán)重。相比之下，采用DCS對(duì)空壓機(jī)組進(jìn)行控制，在很大程度上減少了設(shè)備的維護(hù)成本，提高了系統(tǒng)工作效率，進(jìn)而達(dá)到減小能耗、提高節(jié)能效果、提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)量的目的，從而使空壓機(jī)組能夠經(jīng)濟(jì)可靠地運(yùn)行。

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