聯(lián)合工房空調(diào)的風(fēng)壓平衡控制技術(shù)研究

張 兢 馬凱瑞 齊建峰 劉海文

1.陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 陜西西安 710000；2.陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司延安卷煙廠 陜西延安 716000

1 卷煙廠空調(diào)區(qū)域間風(fēng)壓現(xiàn)狀

卷煙生產(chǎn)的聯(lián)合工房是按照生產(chǎn)工序和流程設(shè)計建造的，我廠采用“U 型”廠房設(shè)計，內(nèi)部劃分多個功能區(qū)，如制絲車間、卷包車間、貯絲房等。聯(lián)合工房中央空調(diào)系統(tǒng)負責(zé)保障各區(qū)域溫濕度，按照卷煙生產(chǎn)工藝要求不同區(qū)域有著不同的溫濕度需求。設(shè)計時以保障溫濕度為核心，充分考慮了工藝需求以及區(qū)域內(nèi)的冷、熱負荷。但在生產(chǎn)過程中聯(lián)合工房各區(qū)域內(nèi)的排風(fēng)、工藝除塵以及煙絲風(fēng)送系統(tǒng)會影響到區(qū)域內(nèi)的實際空調(diào)送風(fēng)量，導(dǎo)致各功能區(qū)之間和功能區(qū)與廠房外發(fā)生氣壓不平衡，相鄰區(qū)域產(chǎn)生空氣流現(xiàn)象，即“竄風(fēng)”。經(jīng)調(diào)研，聯(lián)合工房內(nèi)各空調(diào)區(qū)域間“竄風(fēng)”普遍存在，即便用可采用風(fēng)量計和微壓傳感器進行常規(guī)控制，但風(fēng)量計誤差大、微壓傳感器故障率高，仍難以可靠解決區(qū)域間風(fēng)壓不平衡問題。

2 卷煙廠空調(diào)區(qū)域間壓力分析

2.1 卷煙廠空調(diào)區(qū)域間“竄風(fēng)”分析

“竄風(fēng)”理論上是兩個相鄰區(qū)域間壓力不相同所引發(fā)，按照流體力學(xué)理論，這一壓力準(zhǔn)確應(yīng)稱為全壓，全壓等于靜壓加動壓，即Pq=Pi+Pb，根據(jù)伯努利方程風(fēng)-壓關(guān)系，風(fēng)的動壓為：

各空調(diào)區(qū)域間溫濕度不同，因此其空氣密度ρ 不同；各區(qū)域間空調(diào)排風(fēng)量、送風(fēng)量、除塵風(fēng)量不同，理論上靜壓也不相同。按照這一理論，只要溫濕度、靜壓不同，廠房內(nèi)相鄰兩個區(qū)域全壓就不同。只能通過研究改造空調(diào)系統(tǒng)，使其在一定范圍內(nèi)，減少“竄風(fēng)”危害。

2.2 卷煙廠空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)閥對各區(qū)域壓力的影響

除了空調(diào)區(qū)域內(nèi)空氣密度對空調(diào)區(qū)域間風(fēng)壓影響外，假設(shè)空調(diào)機組和所有生產(chǎn)停止，空調(diào)區(qū)域間將無風(fēng)壓差，影響空調(diào)區(qū)域間的風(fēng)壓主要是排風(fēng)（除塵、排風(fēng)等）與新風(fēng)（補風(fēng)）間的不平衡造成，排風(fēng)（除塵、排風(fēng)等）是生產(chǎn)進行的基本保障，因此可以認(rèn)為新風(fēng)量是影響區(qū)域風(fēng)壓的主要因素，卷煙工廠聯(lián)合工房內(nèi)所有區(qū)域補風(fēng)量幾乎全部來自空調(diào)系統(tǒng)，盡管實際生產(chǎn)中有一定的壓縮空氣進入，通過測算其相對于空調(diào)機組，對區(qū)域風(fēng)壓影響可以忽略不計。通過分析卷煙工廠聯(lián)合工房的所有空調(diào)區(qū)域都需補充一定量的新風(fēng)才能保障風(fēng)量平衡，才能實現(xiàn)區(qū)域間的風(fēng)壓平衡。

2.3 風(fēng)壓控制目標(biāo)確定

《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》（GB 50073—2013）中明確了各區(qū)域間壓差值的要求（微正壓5～10Pa）?？照{(diào)控制需要有建筑設(shè)計基礎(chǔ)，潔凈廠房在建筑設(shè)計中就已經(jīng)考慮，區(qū)域間的密封達到潔凈廠房規(guī)范的要求。煙草廠房無建筑設(shè)計基礎(chǔ)，各區(qū)域的通道、門窗、伸縮縫、輸送煙料窗口、各類管道穿越不同區(qū)域都沒有進行相應(yīng)的密封措施。通過查閱相關(guān)資料，采用現(xiàn)場測量的方法，在貯絲房與暫存間現(xiàn)場進行了“竄風(fēng)”測量，在“竄風(fēng)”大于2.5m/ s 時，相鄰?fù)ǖ篱T關(guān)閉困難，輸送皮帶有“竄風(fēng)”吹起輸送通道煙絲，低于2.5m/ s 時則影響較小，在此風(fēng)速下測得兩個區(qū)域間的風(fēng)壓差為30Pa。本課題研究目標(biāo)確定為區(qū)域間風(fēng)壓可控，且風(fēng)壓控制目標(biāo)為≤30Pa。

2.4 制定措施

空調(diào)區(qū)域溫濕度及排風(fēng)量與生產(chǎn)相關(guān)，無法改變，且量化分析困難，通過其變化規(guī)律分析，可通過改變中央空調(diào)新風(fēng)輸送量，控制調(diào)節(jié)區(qū)域間風(fēng)壓。延安卷煙廠原有中央空調(diào)控制系統(tǒng)雖然在一個上位機集控系統(tǒng)中進行操作監(jiān)視，但各臺空調(diào)機組（即各區(qū)域空調(diào)）間沒有控制關(guān)系。需要在現(xiàn)有控制系統(tǒng)中加入?yún)^(qū)域間的風(fēng)壓平衡控制邏輯，在不影響溫濕度調(diào)節(jié)的條件下實現(xiàn)區(qū)域壓差可控。

2.5 研究確定邏輯，繪制邏輯圖

空調(diào)區(qū)域風(fēng)壓控制邏輯圖見圖1。

圖1 空調(diào)區(qū)域風(fēng)壓控制邏輯圖

3 風(fēng)壓實時監(jiān)測的實現(xiàn)

3.1 采用壓差傳感器替代微壓傳感器

在經(jīng)由確定需要使用壓差傳感器替代原有微壓傳感器之后，課題組成員首選需要對壓差傳感器的部署位置進行規(guī)劃，以便對各空調(diào)區(qū)域之間的空氣壓差進行直接測量，進而更好地反應(yīng)出各區(qū)域之間的壓差。在部署過程中，課題組成員首先制定了兩種方案，具體如下：

方案一：將壓差傳感器的一端連接至空調(diào)控制區(qū)域，另一端連接至室外。如此一來測出的壓差即為各區(qū)域和室外大氣之間的壓差。

方案二：以K4 和K7 空調(diào)控制區(qū)域為例，先將壓差傳感器的一端連接至K4 空調(diào)控制區(qū)域，另一端連接至K7 空調(diào)控制區(qū)域。如此一來測出的壓差即為K4 空調(diào)控制區(qū)域和K7 空調(diào)控制區(qū)域之間的壓差。

在確定出方案后，課題組成員采取小組討論的方式對兩種方案的優(yōu)缺點進行歸納總結(jié)，并對比分析各自的優(yōu)缺點之后，發(fā)現(xiàn)，若采用方案2，雖然無須安裝通向室外的管道，但由于其檢測范圍有限，只能檢測到相鄰區(qū)域之間的壓差，無法計數(shù)出區(qū)域和大氣之間的壓差，致使檢測數(shù)據(jù)存在一定的局限性；而若采用方案1，則可以檢測到每個空調(diào)控制區(qū)域和大氣之間的壓差，并能通過壓差數(shù)據(jù)分析得出區(qū)域間的壓差，但其弊端在于需要安裝通向室外的管道。如此一來，方案1 將會額外增加一定的成本投入。但總體分析來看，較之于方案2，方案1 所檢測出的數(shù)據(jù)更加具有全面性，對于系統(tǒng)整體風(fēng)壓平衡控制也更具有指導(dǎo)意義。因此最終確定將壓差傳感器的一端連接至空調(diào)控制區(qū)域，另一端連接至室外。

3.2 空調(diào)控制區(qū)域風(fēng)壓測量點確定

采用以大氣壓為基準(zhǔn)的導(dǎo)壓管，采用壓差傳感器進行風(fēng)壓測量，通過實地勘察對室外取壓管以及每個壓差傳感器的安裝位置進行了論證。

3.3 程序編寫

按照邏輯圖及風(fēng)壓測量點，安裝傳感器，編寫PLC 程序及上位機組態(tài)。

3.4 程序安裝調(diào)試

對聯(lián)合工房各區(qū)域間氣流流向識別及量化分析和聯(lián)合工房區(qū)域風(fēng)壓平衡控制風(fēng)壓值確定。在空調(diào)自控系統(tǒng)中植入風(fēng)壓平衡控制程序。對現(xiàn)場各工藝設(shè)備的控制回路、主回路接線的正確性進行檢查并確認(rèn)，在手動方式下進行單體試車;對進入PLC 系統(tǒng)的全部輸入點(包括轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、繼電器與接觸器觸點，限位開關(guān)、儀表的位式調(diào)試開關(guān)等) 及其與PLC 輸入模塊的連線進行檢查并反復(fù)操作，確認(rèn)其正確性;對接收PLC 輸出的全部繼電器、接觸器線圈及其他執(zhí)行元件及他們與輸出模塊的連線進行檢查，確認(rèn)其正確性;測量并記錄其回路電阻，對地絕緣電阻，按輸出節(jié)點的電源電壓等級，向輸出回路供電，以確保輸出回路未短路，要對向PLC 輸送模擬輸入信號的一次檢測或變送元件，以及接收PLC 模擬輸出的調(diào)節(jié)或執(zhí)行裝置進行檢查，確認(rèn)其正確性。向檢測與變送裝置送入模擬輸入量，檢驗安裝的正確性及輸出的模擬量是否正確并是否符合PLC 所要求的標(biāo)準(zhǔn);向接收PLC 模擬輸出信號調(diào)節(jié)或執(zhí)行元件，送入與PLC 模擬量相同的模擬信號，檢查調(diào)節(jié)可執(zhí)行裝置能否正常工作。按設(shè)計方案預(yù)定模型進行運算與調(diào)節(jié)，實行生產(chǎn)工藝流程過程控制。

4 控制效果

4.1 區(qū)域內(nèi)溫濕度控制均勻度提高

通過風(fēng)壓平衡控制裝置的應(yīng)用區(qū)域內(nèi)溫濕度控制均勻度提高，空調(diào)區(qū)域內(nèi)溫濕度受外界干擾度降低，主要表現(xiàn)在原來發(fā)生竄風(fēng)的部位。經(jīng)測量濕度原最大相差4%RH，現(xiàn)在只有1.5%RH，溫度原為1.5℃，現(xiàn)在只有0.5℃，以K7 為例見表1。

表1 K7 區(qū)域溫濕度記錄表

4.2 空調(diào)間區(qū)域壓差達到標(biāo)準(zhǔn)

完成課題預(yù)定區(qū)域間壓差≤30Pa 目標(biāo)，目前實施運行在≤15Pa,并在5～15Pa 之間，可依據(jù)設(shè)定值調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語

風(fēng)壓平衡控制系統(tǒng)的研制，成功實現(xiàn)了對聯(lián)合工區(qū)廠房內(nèi)空調(diào)壓力的實時監(jiān)測，同時還能準(zhǔn)確判斷出不同區(qū)域之間的壓差值，有效控制了風(fēng)力平衡，避免了竄風(fēng)情況發(fā)生后對區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的影響。所有卷煙工廠聯(lián)合工房空調(diào)系統(tǒng)中，只有不同區(qū)域不同的溫濕度控制，因此無區(qū)域間的壓力平衡控制的中央空調(diào)系統(tǒng)均可推廣使用。