SO2風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)與聯(lián)鎖保護(hù)

【摘要】SO2鼓風(fēng)機(jī)是有色冶煉煙氣制酸系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，文章簡要介紹了SO2鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成，詳細(xì)描述了鼓風(fēng)機(jī)本體及輔助設(shè)備的控制要求，重點(diǎn)闡述了風(fēng)機(jī)控制保護(hù)功能的設(shè)計(jì)，包括控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu)，控制流程，風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)等。

【關(guān)鍵詞】制酸；SO2鼓風(fēng)機(jī)；硬件配置；聯(lián)鎖保護(hù)

The Design of SO2 Centrifugal Blower Control System

Liu Lifeng

（China ENFI Engineering Corporation，Beijing 100038，China）

Abstract： SO2 centrifugal blower is a key equipment in sulfuric acid-producing system dealing with metallurgical off-gas.This paper brifely introduces the SO2 blower， as well as its auxiliary facilities，and describes the control requriments of the blower system，emphasises on explaining the design of controlprotect function of the control system，including the control system hardware configuration， control process and the requriments of interlock control.

Key words： acid-producing system；SO2 blower；hardware configuration；interlock control

前言

SO2鼓風(fēng)機(jī)是有色冶煉廠煙氣制酸系統(tǒng)中最大的電動(dòng)機(jī)和最關(guān)鍵的工藝設(shè)備，是煙氣制酸流程的動(dòng)力來源，具有功率大、輔助配套設(shè)備多、保護(hù)要求高、控制復(fù)雜、運(yùn)行環(huán)境差等特點(diǎn)。通常，在煙氣制酸工藝流程中，SO2風(fēng)機(jī)能否正常運(yùn)行，直接影響著整個(gè)生產(chǎn)工藝流程，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)正是風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的保障。本文以國外某大型銅冶煉廠硫酸SO2風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)為設(shè)計(jì)研究對象，簡單介紹了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成，重點(diǎn)闡述了風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的功能和聯(lián)鎖保護(hù)要求。

1、系統(tǒng)概述

SO2風(fēng)機(jī)系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備主要由以下幾部分組成：主電機(jī)、KKK風(fēng)機(jī)、入口導(dǎo)葉裝置、油箱、水冷裝置、齒輪變速箱、連軸器、高壓電機(jī)液態(tài)電阻軟啟動(dòng)裝置等。SO2風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成框圖如圖1所示：

該冶煉廠SO2風(fēng)機(jī)為德國KKK風(fēng)機(jī)，電機(jī)為國產(chǎn)配套，額定功率3750kW，額定電壓10kV，采用液態(tài)電阻降壓起動(dòng)方式。

風(fēng)機(jī)本體及輔助配套設(shè)備上檢測儀表為設(shè)備廠家配套，包括主電動(dòng)機(jī)前后軸承溫度、電動(dòng)機(jī)定子繞組溫度、潤滑油壓、風(fēng)機(jī)軸承溫度、齒輪變速箱高速/低速軸承溫度、風(fēng)機(jī)入口溫度、風(fēng)機(jī)軸（水平、垂直方向）振動(dòng)值檢測等。

本風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)選用美國AB公司的ControlLogix5000系統(tǒng)。操作員通過人機(jī)界面可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、輔助油泵、事故油泵、油站加熱器和入口導(dǎo)葉裝置的控制，并對軸承溫度、電機(jī)繞組溫度、油溫、油壓、油位、入口導(dǎo)葉裝置以及油過濾器油壓等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2、控制系統(tǒng)構(gòu)成和風(fēng)機(jī)起動(dòng)方式

2.1系統(tǒng)構(gòu)成

SO2風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)主控制器選用美國AB公司的1756-61 ControlLogix5561控制器，I/O卡件、觸摸屏均為AB產(chǎn)品。PLC控制系統(tǒng)通過CNB通訊卡與硫酸廠DCS系統(tǒng)通訊。風(fēng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)硬件配置圖如圖2所示。

2.2風(fēng)機(jī)起動(dòng)方式

為降低起動(dòng)容量，風(fēng)機(jī)主電機(jī)采用液態(tài)電阻軟啟動(dòng)方式。液態(tài)軟啟動(dòng)裝置是在三相異步電動(dòng)機(jī)定子側(cè)串入液態(tài)電阻，以降低電動(dòng)機(jī)定子電壓，屬于串電阻降壓起動(dòng)方式[3][4]。

液態(tài)電阻由特制的堿性水溶液配制的電解液構(gòu)成，因而，液態(tài)軟啟動(dòng)裝置又俗稱水電阻啟動(dòng)器。其阻值在電場強(qiáng)度的一定限度內(nèi)符合歐姆定律，在電解液大于某濃度的一定范圍內(nèi)，值對溫度的變化曲線是平坦的，這兩點(diǎn)為液阻軟啟動(dòng)裝置的可行性提供了理論依據(jù)[5]。

R=（ρL）/S （1）

式中：R為電解液的電阻值；ρ為電解液的導(dǎo)電率；L為極板間的等效距離；S為極板在電解液中的平均導(dǎo)電面積[3]。

風(fēng)機(jī)起動(dòng)過程中通過液態(tài)電阻柜中電極板移動(dòng)來改變液阻阻值，逐漸提高電動(dòng)機(jī)端電壓，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著電阻值的減少平滑地升高。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速升到一定值后，星點(diǎn)柜自動(dòng)合閘，切除液態(tài)電阻，轉(zhuǎn)入全壓運(yùn)行階段，起動(dòng)過程結(jié)束。

2.3風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)

SO2風(fēng)機(jī)配帶了相關(guān)配套輔助設(shè)備和檢測儀表，包括輔助油泵、直流事故油泵、油站加熱器等設(shè)備和主電機(jī)軸承溫度、定子繞組溫度、變速箱高/低速軸承溫度、風(fēng)機(jī)軸承溫度、風(fēng)機(jī)軸振動(dòng)、油箱液位及溫度、油管道溫度和壓力檢測儀表。

SO2風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖控制主要是指風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部位的油溫油壓、輔助油泵、直流事故油泵、油站加熱器、過濾器油壓等的聯(lián)鎖控制，以保護(hù)風(fēng)機(jī)軸瓦和主電機(jī)。主要情況如下：

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警：

（1）油冷卻器溫度大于55℃；（2）油過濾器差壓大于1.2bar；（3）油箱油位小于最小設(shè)定值；（4）風(fēng)機(jī)軸承溫度大于100℃；（5）變速箱高速或低速軸承溫度大于100℃；（6）主電機(jī)軸承溫度大于80℃；（7）主電機(jī)繞組溫度大于140℃；（8）風(fēng)機(jī)軸振動(dòng)大于97um；（9）風(fēng)機(jī)入口溫度大于65℃；（11）主電機(jī)過流保護(hù)；（12）油箱油溫大于80℃；（13）交流電源斷電。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并將聯(lián)鎖10kV開關(guān)柜跳閘：

（1）潤滑油壓小于0.8bar；（2）風(fēng)機(jī)軸承溫度大于110℃；（3）變速箱高速或低速軸承溫度大于110℃；（4）主電機(jī)軸承溫度大于85℃；（5）主電機(jī)繞組溫度大于145℃；（6）風(fēng)機(jī)軸振動(dòng)大于142um；（7）風(fēng)機(jī)入口溫度大于75℃。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，主電機(jī)將閉鎖：

（1）入口導(dǎo)葉控制裝置處于開啟狀態(tài)；（2）潤滑油壓小于1.5bar；（3）油冷卻器溫度小于10℃；（4）油箱油位小于設(shè)定最小值；（5）電機(jī)啟動(dòng)次數(shù)大于限定次數(shù)；（6）油箱溫度小于10℃。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，輔助油泵將聯(lián)鎖啟動(dòng)：

（1）潤滑油壓小于1.2bar；（2）油冷卻器溫度小于10℃；（3）油箱油溫小于10℃；（4）交流斷電。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況，油站加熱器聯(lián)鎖啟動(dòng)：

油箱油溫小于10℃。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，油站加熱器聯(lián)鎖關(guān)閉：

（1）油箱油位小于設(shè)定最小值；（2）油箱油溫大于20℃；（3）油箱油溫大于80℃。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，直流事故油泵聯(lián)鎖啟動(dòng)：

（1）LCP柜斷電；（2）交流電源斷電；（3）輔助油泵異常。

風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖啟動(dòng)順序：

風(fēng)機(jī)在預(yù)備啟動(dòng)過程中，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)輔助油泵，同時(shí)根據(jù)需要啟動(dòng)油站加熱器，當(dāng)潤滑油壓大于1.5bar、油溫大于20℃時(shí)及其它起動(dòng)條件均滿足后，PLC控制系統(tǒng)向風(fēng)機(jī)10kV啟動(dòng)柜發(fā)啟動(dòng)命令啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)起動(dòng)后延時(shí)停輔助油泵（延時(shí)值根據(jù)廠家設(shè)備資料設(shè)定）。具體順序如下：（1）啟動(dòng)輔助油泵；（2）關(guān)閉入口導(dǎo)葉；（3）冷卻水系統(tǒng)打開；（4）啟動(dòng)主電機(jī)；（5）打開入口導(dǎo)葉；（6）風(fēng)機(jī)正常啟動(dòng)T秒后停止輔助油泵；（7）調(diào)節(jié)冷卻水流量使油冷器出口油溫保持在40℃～45℃。

風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖停車順序如下：

當(dāng)需要停止SO2風(fēng)機(jī)時(shí)，操作員手動(dòng)點(diǎn)擊觸摸屏SO2風(fēng)機(jī)停車按鈕，此時(shí)，控制器向SO2風(fēng)機(jī)10kV開關(guān)柜跳閘回路發(fā)出停車信號，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)輔助油泵，風(fēng)機(jī)停止后輔助油泵繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后停止。具體停車順序如下：（1）停主電機(jī)；（2）打開輔助油泵；（3）關(guān)閉入口導(dǎo)葉；（4）主電機(jī)停車后輔助油泵繼續(xù)運(yùn)行20min后停止；（5）關(guān)停冷卻水。

2.4控制及顯示功能

操作員通過HMI實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)、輔助油泵、直流事故油泵、油站加熱器的控制、入口導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)；并能實(shí)時(shí)顯示風(fēng)機(jī)的運(yùn)行畫面、溫度、壓力趨勢曲線；當(dāng)風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)彈出故障報(bào)警界面，以聲光和文字報(bào)警方式，幫助操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和處理問題。同時(shí)系統(tǒng)還提供各監(jiān)測量的歷史趨勢曲線的查詢和報(bào)表打印。

3、結(jié)束語

本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旨在提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行的整體安全性，實(shí)時(shí)監(jiān)測SO2風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況，確保SO2風(fēng)機(jī)平穩(wěn)可靠運(yùn)行。通過該系統(tǒng)與硫酸DCS主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接，有利于操作員全面掌握整個(gè)硫酸系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，提高制酸系統(tǒng)生產(chǎn)的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)自2009年2月份投產(chǎn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，為該冶煉廠投產(chǎn)當(dāng)年就達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)提供了保障。