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温度信号故障致高炉风机喘振的处理

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  过程风机的送风温度一次元件是Pt100热电阻,温度变送器将电阻信号转换为4~20 m A电流信号,下面是小编搜集整理的一篇探究温度信号故障致高炉风机喘振处理的论文范文,供大家阅读参考。

  摘要:分析了马钢2500 m3高炉风机造成喘振的原因,并根据机组运行数据,通过增加控制程序、修改画面的方法,解决了温度信号故障造成风机喘振问题。

  关键词:喘振;安全运行;静叶角;风量波动

  1前言

  风机送风温度信号比差压、压力信号变化缓慢,且从现场到PLC的信号稳定,因此很少受到重视。况且压缩机有1套完善的防喘振控制程序,保证机组发生喘振时保护机组安全。送风温度信号在轴流压缩机[1]的自动控制系统中,只有两个作用,一是对风机的送风流量计算进行补正,高炉在定风量操作时,补正后的流量作为风量调节器的实际值参与自动调节;另一个就是在温度变送器故障时,流量调节器自动转为手动调节。编程时并不对温度信号做特殊处理。在实际的生产过程中,当温度信号大幅度振荡时,这种控制方式就存在很大的缺陷。

  马钢2500m3高炉3#风机于2004年投产,运行11年后,由于送风温度变送器损坏,造成风机喘振,机组进入安全运行,使两个防喘振阀全开,逆止阀关闭,静叶角[2]关到最小,拨风阀打开,迫使2#风机向两座高炉送风。马钢25000 m3高炉有3台风机,2用1备。查阅机组运行记录,发现1994年投产的1#风机2006年5月曾出现过送风温度变送器故障,同样导致机组喘振进入安全运行。由于当时控制系统没有上位机,没有记录下温度信号变化情况,只有机械式喘振计数器记录机组发生了1次喘振。

  2从正常运行到喘振的过程及原因分析

  2.1从正常运行到喘振的过程

  在3#风机向2#高炉送风时,操作人员反映送风风量波动,到操作室查看机组“运行画面(此画面没有送风温度信号)”,此时画面显示的风量信号并没有波动。然后查找与风量相关的参数:风机送风压力、差压、温度信号的历史曲线。因南方天气潮湿,空气中水分较大,压力、差压变送器排污管道有积水易造成信号波动,风量出现波动基本由差压、压力信号波动引起,虽然定期排污,风量波动情况有很大改善,但其也是风量波动的主要原因之一。在调取查看历史记录曲线的过程中,机组喘振进入安全运行。历史趋势记录曲线如图1.

  机组进入安全运行之前,送风风量是4680 m3/min,送风压力为370 k Pa,静叶角为50°,送风温度为220 ℃,此时为定风量[3]自动调节。从历史记录曲线可以看出,机组未进入安全运行之前,送风压力基本稳定。在送风温度信号波动时风量出现大幅度波动,温度值在曲线点①是220 ℃→曲线点②是292 ℃→曲线点③是225 ℃→曲线点④是85→曲线点⑤是170 ℃→曲线点⑥是300 ℃,整个过程持续了5min,均没有发生喘振。但当温度从曲线点⑦300 ℃→曲线点⑧0 ℃大约10 s的过程中,机组发生了喘振进入安全运行。检查发现现场到仪表柜的电阻值正常,而温度变送器到PLC模件的信号为0 m A,确认是温度变送器坏。

  2.2原因分析

  2.2.1风量调节

  过程风机的送风温度一次元件是Pt100热电阻,温度变送器将电阻信号转换为4~20 m A电流信号;差压采用文丘里管节流装置测量,经差压变送器转换为4~20 m A电流信号;压力信号经压力变送器转换为4~20 m A电流信号。温度、差压、压力4~20 m A信号送到PLC的模拟量输入(AI)模件,在控制程序里进行流量计算,计算公式如下:

  经过计算的风量作为风量调节器的实际值(PV),实际风量与画面输入的给定值(SV)进行比较,程序根据偏差大小进行PI运算,运算的结果送到模拟量输出(AO)模件,其输出的4~20 m A信号作为VOITH阀的输入信号,此信号在VOITH阀内与从位置变送器反馈来的4~20 m A信号进行比较,控制静叶伺服机构,调整静叶角的大小。风量调节流程图如图2.

  2.2.2机组安全运行原因分析

  在历史记录曲线中,送风温度信号出现大幅度波动。当输入到PLC的温度信号增大时,经流量公式计算后,计算风量比实际送风流量小,所以参与PI调节的风量PV小于SV,PI输出信号增大,也就是VOITH阀的给定信号增大,此信号与位置反馈信号比较,控制静叶角增大,风机的工作点(见图3:防喘振曲线) 向右移动。使得风机静叶角偏离正常值较大,但在曲线第①点→第②点→第③点以及第④点→第⑤点→第⑥点的过程中,机组的工作点没有进入喘振区域,而是静叶在较大的角度进入新稳态,使流量计算值稳定在设定值4680 m3/min.当输入到PLC的温度信号减小时,历史趋势图第③点255 ℃降到第④点85 ℃,风量瞬间从4680 m3/min升高5560 m3/min,参与调节的风量实际值PV比设定值SV大880 m3/min,PI输出信号减小,PLC输出到VOITH阀的信号减小,静叶开度减小,静叶角度降到37°,风机仍然没有进入喘振区域。温度从300 ℃降到0 ℃的过程中,风量计算值升高到最大量程6000 m3/min,导致机组静叶角降到26°,风机的工作点迅速向左移动,风机送出的风量迅速减少,机组进入喘振区域导致安全运行。

  虽然程序中有温度变送器故障时调节器自动转为手动运行方式,但只有在温度变送器输出到PLC信号大于等于22 m A或小于等于2 m A才判断为变送器故障,而在温度信号向4 m A变化的过程中,由于流量调节器的设定值与实际值偏差过大,导致静叶角瞬间关到很小,送风量也随之减小很多,管道内的风回流,造成机组喘振。所以需对程序和画面进行修改。

  3解决方案

  3.1临时措施

  由于1#风机运行了20多年,系统元器件老化严重,故障率较高,不久即将进行改造,因此临时决定由3#风机继续供风,主要基于以下两个方面考虑:

  (1)机组仍然在运行,不便于更换温度变送器;

  (2)送风温度在负荷变化不大的情况下,温度变化不大。

  所以将出口风温强制在220 ℃,即正常供风时的送风温度,以保证热风炉每50 min充风(风量增加15%)一次时,实现控制系统自动操作,减轻操作人员的劳动强度。

  3.2温度变送器更换及程序和画面的修改

  3.2.1温度变送器更换

  由于3#风机共有29个温度测点,所有温度变送器均是2004年随PLC柜一同成套,温度变送器也运行了11年。且1#风机温度变送器在运行12年时,也曾发生过温度变送器故障导致机组喘振进入安全运行,鉴于此种情况,在3#机停机检修期间建议更换所有温度变送器。

  3.2.2程序画面修改

  分析机组多年运行数据,机组正常送风温度在170 ℃~250℃之间,根据流量计算公式计算,温度在170℃-250℃之间时,风量差值约在400 m3/min.如果温度信号波动较大,将温度值设定在一定范围内,可有效的避免机组进入喘振状态。

  程序画面修改程序内容如下:

  (1)送风温度设定上(TH)、下(TL)限,此限值只有在机组正常运行并且送风压力大于一定值PLIM后投入。温度上下限值和送风压力限值并不固化在程序中,可通过画面随时修改,满足工艺要求。

  当TL<送风温度

  当送风温度≥TH时,送风风量按TH进行温度补正;当送风温度≤TL时,送风风量按TL进行温度补正。

  (2)机组正常运行时,当送风压力

  4结束语

  修改程序和画面后,不仅可以避免由于温度变送器故障造成喘振机组进入安全运行,也可以避免一次测温元件-热电阻信号出现波动,使机组进入喘振状态而安全运行。为避免其它机组出现类似情况,利用各机组检修机会,先后对其它机组的程序和画面进行了同样修改。经过优化后的程序,对于1台风机向1座高炉供风的情况(马钢1000 m3高炉风机)尤为重要,修改后既防止了温度信号波动造成高炉断风,使高炉塌料,将风口堵死,又防止了风机喘振事故的发生。

  参考文献

  [1]成心德。轴流风机设计[M].北京:化学工业出版,2007.

  [2]樊宝胜。静叶定位调节在高炉鼓风机系统中的应用[J].电子制作。2013(18):41-41

  [3]徐永强。高炉风机定风量定风压控制系统的研究与分析[J].电子制作。2013(18):17-17

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