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溫度信號故障致高爐風(fēng)機喘振的處理
過(guò)程風(fēng)機的送風(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)機造成喘振的原因，并根據機組運行數據，通過(guò)增加控制程序、修改畫(huà)面的方法，解決了溫度信號故障造成風(fēng)機喘振問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：喘振;安全運行;靜葉角;風(fēng)量波動(dòng)
1前言
風(fēng)機送風(fēng)溫度信號比差壓、壓力信號變化緩慢，且從現場(chǎng)到PLC的信號穩定，因此很少受到重視。況且壓縮機有1套完善的防喘振控制程序，保證機組發(fā)生喘振時(shí)保護機組安全。送風(fēng)溫度信號在軸流壓縮機[1]的自動(dòng)控制系統中，只有兩個(gè)作用，一是對風(fēng)機的送風(fēng)流量計算進(jìn)行補正，高爐在定風(fēng)量操作時(shí)，補正后的流量作為風(fēng)量調節器的實(shí)際值參與自動(dòng)調節;另一個(gè)就是在溫度變送器故障時(shí)，流量調節器自動(dòng)轉為手動(dòng)調節。編程時(shí)并不對溫度信號做特殊處理。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，當溫度信號大幅度振蕩時(shí)，這種控制方式就存在很大的缺陷。
馬鋼2500m3高爐3#風(fēng)機于2004年投產(chǎn)，運行11年后，由于送風(fēng)溫度變送器損壞，造成風(fēng)機喘振，機組進(jìn)入安全運行，使兩個(gè)防喘振閥全開(kāi)，逆止閥關(guān)閉，靜葉角[2]關(guān)到最小，撥風(fēng)閥打開(kāi)，迫使2#風(fēng)機向兩座高爐送風(fēng)。馬鋼25000 m3高爐有3臺風(fēng)機，2用1備。查閱機組運行記錄，發(fā)現1994年投產(chǎn)的1#風(fēng)機2006年5月曾出現過(guò)送風(fēng)溫度變送器故障，同樣導致機組喘振進(jìn)入安全運行。由于當時(shí)控制系統沒(méi)有上位機，沒(méi)有記錄下溫度信號變化情況，只有機械式喘振計數器記錄機組發(fā)生了1次喘振。
2從正常運行到喘振的過(guò)程及原因分析
2.1從正常運行到喘振的過(guò)程
在3#風(fēng)機向2#高爐送風(fēng)時(shí)，操作人員反映送風(fēng)風(fēng)量波動(dòng)，到操作室查看機組“運行畫(huà)面(此畫(huà)面沒(méi)有送風(fēng)溫度信號)”,此時(shí)畫(huà)面顯示的風(fēng)量信號并沒(méi)有波動(dòng)。然后查找與風(fēng)量相關(guān)的參數：風(fēng)機送風(fēng)壓力、差壓、溫度信號的歷史曲線(xiàn)。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(dòng)，風(fēng)量出現波動(dòng)基本由差壓、壓力信號波動(dòng)引起，雖然定期排污，風(fēng)量波動(dòng)情況有很大改善，但其也是風(fēng)量波動(dòng)的主要原因之一。在調取查看歷史記錄曲線(xiàn)的過(guò)程中，機組喘振進(jìn)入安全運行。歷史趨勢記錄曲線(xiàn)如圖1.
機組進(jìn)入安全運行之前，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(shí)為定風(fēng)量[3]自動(dòng)調節。從歷史記錄曲線(xiàn)可以看出，機組未進(jìn)入安全運行之前，送風(fēng)壓力基本穩定。在送風(fēng)溫度信號波動(dòng)時(shí)風(fēng)量出現大幅度波動(dòng)，溫度值在曲線(xiàn)點(diǎn)①是220 ℃→曲線(xiàn)點(diǎn)②是292 ℃→曲線(xiàn)點(diǎn)③是225 ℃→曲線(xiàn)點(diǎn)④是85→曲線(xiàn)點(diǎn)⑤是170 ℃→曲線(xiàn)點(diǎn)⑥是300 ℃，整個(gè)過(guò)程持續了5min,均沒(méi)有發(fā)生喘振。但當溫度從曲線(xiàn)點(diǎn)⑦300 ℃→曲線(xiàn)點(diǎn)⑧0 ℃大約10 s的過(guò)程中，機組發(fā)生了喘振進(jìn)入安全運行。檢查發(fā)現現場(chǎng)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,確認是溫度變送器壞。
2.2原因分析
2.2.1風(fēng)量調節
過(guò)程風(fēng)機的送風(fēng)溫度一次元件是Pt100熱電阻，溫度變送器將電阻信號轉換為4~20 m A電流信號;差壓采用文丘里管節流裝置測量，經(jīng)差壓變送器轉換為4~20 m A電流信號;壓力信號經(jīng)壓力變送器轉換為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(guò)計算的風(fēng)量作為風(fēng)量調節器的實(shí)際值(PV)，實(shí)際風(fēng)量與畫(huà)面輸入的給定值(SV)進(jìn)行比較，程序根據偏差大小進(jìn)行PI運算，運算的結果送到模擬量輸出(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閥內與從位置變送器反饋來(lái)的4~20 m A信號進(jìn)行比較，控制靜葉伺服機構，調整靜葉角的大小。風(fēng)量調節流程圖如圖2.
2.2.2機組安全運行原因分析
在歷史記錄曲線(xiàn)中，送風(fēng)溫度信號出現大幅度波動(dòng)。當輸入到PLC的溫度信號增大時(shí)，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調節的風(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)機的工作點(diǎn)(見(jiàn)圖3:防喘振曲線(xiàn)) 向右移動(dòng)。使得風(fēng)機靜葉角偏離正常值較大，但在曲線(xiàn)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(guò)程中，機組的工作點(diǎn)沒(méi)有進(jìn)入喘振區域，而是靜葉在較大的角度進(jìn)入新穩態(tài)，使流量計算值穩定在設定值4680 m3/min.當輸入到PLC的溫度信號減小時(shí)，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,參與調節的風(fēng)量實(shí)際值PV比設定值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(kāi)度減小，靜葉角度降到37°，風(fēng)機仍然沒(méi)有進(jìn)入喘振區域。溫度從300 ℃降到0 ℃的過(guò)程中，風(fēng)量計算值升高到最大量程6000 m3/min,導致機組靜葉角降到26°，風(fēng)機的工作點(diǎn)迅速向左移動(dòng)，風(fēng)機送出的風(fēng)量迅速減少，機組進(jìn)入喘振區域導致安全運行。
雖然程序中有溫度變送器故障時(shí)調節器自動(dòng)轉為手動(dòng)運行方式，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(guò)程中，由于流量調節器的設定值與實(shí)際值偏差過(guò)大，導致靜葉角瞬間關(guān)到很小，送風(fēng)量也隨之減小很多，管道內的風(fēng)回流，造成機組喘振。所以需對程序和畫(huà)面進(jìn)行修改。
3解決方案
3.1臨時(shí)措施
由于1#風(fēng)機運行了20多年，系統元器件老化嚴重，故障率較高，不久即將進(jìn)行改造，因此臨時(shí)決定由3#風(fēng)機繼續供風(fēng)，主要基于以下兩個(gè)方面考慮：
(1)機組仍然在運行，不便于更換溫度變送器;
(2)送風(fēng)溫度在負荷變化不大的情況下，溫度變化不大。
所以將出口風(fēng)溫強制在220 ℃，即正常供風(fēng)時(shí)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(shí)，實(shí)現控制系統自動(dòng)操作，減輕操作人員的勞動(dòng)強度。
3.2溫度變送器更換及程序和畫(huà)面的修改
3.2.1溫度變送器更換
由于3#風(fēng)機共有29個(gè)溫度測點(diǎn)，所有溫度變送器均是2004年隨PLC柜一同成套，溫度變送器也運行了11年。且1#風(fēng)機溫度變送器在運行12年時(shí)，也曾發(fā)生過(guò)溫度變送器故障導致機組喘振進(jìn)入安全運行，鑒于此種情況，在3#機停機檢修期間建議更換所有溫度變送器。
3.2.2程序畫(huà)面修改
分析機組多年運行數據，機組正常送風(fēng)溫度在170 ℃~250℃之間，根據流量計算公式計算，溫度在170℃-250℃之間時(shí)，風(fēng)量差值約在400 m3/min.如果溫度信號波動(dòng)較大，將溫度值設定在一定范圍內，可有效的避免機組進(jìn)入喘振狀態(tài)。
程序畫(huà)面修改程序內容如下：
(1)送風(fēng)溫度設定上(TH)、下(TL)限，此限值只有在機組正常運行并且送風(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(guò)畫(huà)面隨時(shí)修改，滿(mǎn)足工藝要求。
當TL<送風(fēng)溫度
當送風(fēng)溫度≥TH時(shí)，送風(fēng)風(fēng)量按TH進(jìn)行溫度補正;當送風(fēng)溫度≤TL時(shí)，送風(fēng)風(fēng)量按TL進(jìn)行溫度補正。
(2)機組正常運行時(shí)，當送風(fēng)壓力
4結束語(yǔ)
修改程序和畫(huà)面后，不僅可以避免由于溫度變送器故障造成喘振機組進(jìn)入安全運行，也可以避免一次測溫元件-熱電阻信號出現波動(dòng)，使機組進(jìn)入喘振狀態(tài)而安全運行。為避免其它機組出現類(lèi)似情況，利用各機組檢修機會(huì )，先后對其它機組的程序和畫(huà)面進(jìn)行了同樣修改。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的程序，對于1臺風(fēng)機向1座高爐供風(fēng)的情況(馬鋼1000 m3高爐風(fēng)機)尤為重要，修改后既防止了溫度信號波動(dòng)造成高爐斷風(fēng)，使高爐塌料，將風(fēng)口堵死，又防止了風(fēng)機喘振事故的發(fā)生。
參考文獻：
[1]成心德。軸流風(fēng)機設計[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版，2007.
[2]樊寶勝。靜葉定位調節在高爐鼓風(fēng)機系統中的應用[J].電子制作。2013(18)：41-41
[3]徐永強。高爐風(fēng)機定風(fēng)量定風(fēng)壓控制系統的研究與分析[J].電子制作。2013(18)：17-17
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