CN106762775B - 鼓风机防喘振控制系统及方法 - Google Patents

鼓风机防喘振控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种鼓风机防喘振控制系统及方法，包括鼓风机及PLC系统，鼓风机的出口设有逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀，第一气动放空阀与第二气动放空阀并联，鼓风机的出口管道设有压力变送器，鼓风机的入口管道设有的三个差压开关分别输出喉口差压低报警信号给PLC系统，PLC系统用于采集鼓风机的静叶角度以及三个差压开关输出的喉口差压低报警信号，当接收到至少两个差压开关的喉口差压低报警信号且同时鼓风机的静叶角度大于或等于22度时，根据喉口差压低报警信号的持续时间控制逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀执行相应的操作。其有效检测逆流隐患，并提高逆流检测准确率，在执行逆流保护时采取有效措施避免人员或设备出现危险。

Description

鼓风机防喘振控制系统及方法
技术领域
本发明涉及鼓风机控制领域，具体涉及一种鼓风机防喘振控制系统及方法。
背景技术
高炉鼓风机作为向高炉供风的系统，其稳定运行对保证高炉乃至整个钢铁厂的生产正常有十分重要的意义。逆流是鼓风机最危险的工况，形成逆流的主要原因是喘振的进一步发展，即整周叶片气流分离造成风机的排气量和排气压力急剧下降，若管网容量很大，管网压力不会随之下降，因而形成管网压力大于风机的排气压力，形成风机的排气量由正经零变负，即管网的气体向风机体内倒流。逆流对风机设备的损坏非常大，因此要严格避免，在检测到存在逆流隐患时应及时采用措施消除，或在出现逆流时快速停机，以保证人员及设备安全。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种鼓风机防喘振控制系统及方法，其有效检测逆流隐患，并提高逆流检测准确率，在执行逆流保护时采取有效措施避免人员或设备出现危险。
本发明的目的是这样实现的：一种鼓风机防喘振控制系统，包括鼓风机及PLC系统，所述鼓风机的出口设有逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀，所述逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀的上游端均与鼓风机的出口连通，所述逆止阀的下游端经送风阀与高炉连通，所述第一气动放空阀与第二气动放空阀并联，第一气动放空阀与第二气动放空阀的下游端均与送风口连通，所述鼓风机的出口管道设有用于检测出口压力的压力变送器，所述压力变送器用于将检测的出口压力传递给PLC系统，所述鼓风机的入口管道设有三个用于检测喉口差压的差压开关，三个差压开关用于分别将检测到的喉口压差与设定值进行比较，输出喉口差压低报警信号给PLC系统，三个差压开关分别与PLC系统设有的三个数字输入单元电连接，所述PLC系统与鼓风机的静叶伺服控制系统电连接，用于采集鼓风机的静叶角度，所述PLC系统用于采集鼓风机的静叶角度以及三个差压开关输出的喉口差压低报警信号，当接收到至少两个差压开关的喉口差压低报警信号且同时鼓风机的静叶角度大于或等于22度时，控制程序内部计时器开始计时，根据喉口差压低报警信号的持续时间控制逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀执行相应的操作。
第二气动放空阀两端并联有电动放空阀，该电动放空阀与PLC系统电连接。
一种鼓风机防喘振控制方法，采用上述鼓风机防喘振控制系统，控制方法包括如下步骤：
1)设定喘振线给定值，设定3个延时时间，分别为T1、T2、T3，T1小于T2，T2小于T3。T1为1S，T2为4S，T3为5S，T1、T2、T3为在工况条件下根据静态试验得出来的数据。
2)当PLC系统检测到至少两个差压开关的喉口差压低报警信号且静叶角度大于或等于22度时，控制计时器开始计时。
3)当喉口差压低报警信号持续T1即延时时间T1到且喘振点已经触发喘振曲线中的调节线时，控制报警系统发出喘振报警，将喉口差压值与喘振线给定值进行比对，当喉口差压值到达不同给定值范围时，采取相应范围方案调节两个气动放空阀的开度大小；
4)在延时时间T2到之前，操作人员判定喘振是否发生即喉口差压低报警信号是否为误信号，如喉口差压低报警信号为误信号，则在延时时间T2到之前做出复位操作，终止喘振报警程序，当延时时间T2到且无人工复位操作，则控制报警系统发出逆流报警，且控制两个放空阀快速全开，逆止阀强制关闭，静叶角度关闭到22度；
5)若放空阀打开持续时间T3仍不能消除喘振，则在发生持续逆流停机报警的同时，实施紧急停机。
假设补偿后的喉口差压值为X，当Xm≤X≤Xm+1时，放风阀输出开度由PID计算得到，PID过程变量Z计算公式为：Z＝[(X-Xm)*(Yn+1-Yn)/(Xm+1-Xm)+Xm+1]*1000，通过PID计算后得到输出变量R，当输出变量R≤25时，第一气动放空阀门输出0％，当R≥25时，第一气动放空阀输出R，当(R-25)*4/3≥75时，第二气动放空阀输出100％，当(R-25)*4/3＜75时，第二气动放空阀输出R*4/3即第二气动放空阀开度为计算开度的4/3(1.33)倍。
本发明的有益效果为：由于本发明的鼓风机防喘振控制系统包括鼓风机及PLC系统，所述鼓风机的出口设有逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀，所述逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀的上游端均与鼓风机的出口连通，所述逆止阀的下游端经送风阀与高炉连通，所述第一气动放空阀与第二气动放空阀并联，第一气动放空阀与第二气动放空阀的下游端均与送风口连通，所述鼓风机的出口管道设有用于检测出口压力的压力变送器，所述压力变送器用于将检测的出口压力传递给PLC系统，所述鼓风机的入口管道设有三个用于检测喉口差压的差压开关，三个差压开关用于分别将检测到的喉口压差与设定值进行比较，输出喉口差压低报警信号给PLC系统，三个差压开关分别与PLC系统设有的三个数字输入单元电连接，所述PLC系统与鼓风机的静叶伺服控制系统电连接，用于采集鼓风机的静叶角度，所述PLC系统用于采集鼓风机的静叶角度以及三个差压开关输出的喉口差压低报警信号，当接收到至少两个差压开关的喉口差压低报警信号且同时鼓风机的静叶角度大于或等于22度时，控制计时器开始计时，根据喉口差压低报警信号的持续时间控制逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀执行相应的操作。气动阀门具有快开特性，现场配备储气罐可紧急使用气罐开启，安全性较高。在鼓风机进气喉口安装3个差压开关，3个差压开关分别安装在风机入口喉部管道的两侧不同的取压点上，使三个差压开关的测量点分布在相同管道的不同位置，保证所测压力的一致性和独立性，避免因为取压点阻塞等故障影响检测系统准确性，三个差压开关信号接在不同的模块上均输入到风机自动控制系统。当PLC系统检测到至少两个差压开关的喉口差压低报警信号且静叶角度大于或等于22度时，风机自动控制系统防逆流保护控制单元接到该信号时执行控制程序进行逆流保护逻辑判断，并发出控制动作。控制动作情况根据喉口差压低报警信号的持续时间和喘振点所处位置分阶段控制。
总之，本发明有效检测逆流隐患，并提高逆流检测准确率，在执行逆流保护时采取有效措施避免人员或设备出现危险。
附图说明
图1为本发明的鼓风机防喘振控制系统的原理图；
图2为本发明的鼓风机防喘振控制方法的逻辑流程图。
具体实施方式
参见图1，本实施例公开了一种鼓风机防喘振控制系统，包括鼓风机及PLC系统，所述鼓风机的出口设有逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀，所述逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀的上游端均与鼓风机的出口连通，所述逆止阀的下游端经送风阀与高炉连通，所述第一气动放空阀与第二气动放空阀并联，第一气动放空阀与第二气动放空阀的下游端均与送风口连通，所述鼓风机的出口管道设有用于检测出口压力的压力变送器，所述压力变送器用于将检测的出口压力传递给PLC系统，所述鼓风机的入口管道设有三个用于检测喉口差压的差压开关，三个差压开关用于分别将检测到的喉口压差与设定值进行比较，输出喉口差压低报警信号给PLC系统，三个差压开关分别与PLC系统设有的三个数字输入单元电连接，所述PLC系统与鼓风机的静叶伺服控制系统电连接，用于采集鼓风机的静叶角度，静叶角度是指静叶叶片打开的角度，静叶角度是通过位移传感器检测行程检测的，静叶角度要大于或等于22度时这个是指正常风机运行的工况点。所述PLC系统用于采集鼓风机的静叶角度以及三个差压开关输出的喉口差压低报警信号，当接收到至少两个差压开关的喉口差压低报警信号且同时鼓风机的静叶角度大于或等于22度时，控制计时器开始计时，根据喉口差压低报警信号的持续时间控制逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀执行相应的操作。第二气动放空阀两端并联有电动放空阀，该电动放空阀与PLC系统电连接。设置电动放空阀的目的是防止气动阀气源故障无法开启，紧急措施放空。
参见图2，一种鼓风机防喘振控制方法，采用上述鼓风机防喘振控制系统，控制方法包括如下步骤：
1)设定喘振线给定值，设定3个延时时间，分别为T1、T2、T3，T1小于T2，T2小于T3。T1为1S，T2为4S，T3为5S，T1、T2、T3为在工况条件下根据静态试验得出来的数据。
2)当PLC系统检测到至少两个差压开关的喉口差压低报警信号且静叶角度大于或等于22度时，控制计时器开始计时；
3)当喉口差压低报警信号持续T1即延时时间T1到且喘振点已经触发喘振曲线中的调节线时，控制报警系统发出喘振报警，将喉口差压值与喘振线给定值进行比对，当喉口差压值到达不同给定值范围时，采取相应范围方案调节两个气动放空阀的开度大小。
喘振点是指在逻辑程序中人为设定的风机正常安全运行的工况点，喘振曲线是指根据喉差和出口压力相对应形成的以横坐标与纵坐标的一个运行轨迹点，喘振曲线中的调节线是指横坐标与纵坐标的一个运行轨迹点不能超过这个正常工况点。采用出口压力和经过入口温度修正后的入口差压确定的喘振曲线，采集的差压需要经过修正，具体修正公式是：dp×100/((t+40)×0.328+76.5)-0.2，这个修正公式确保喉差准确性。
喘振调节过程是监控喉口差压值与喘振线给定值进行比对，当采集值到达不同给定值范围时，采取相应范围的控制程序调节气动放空阀开度大小，通过对两台气动放空阀开度设定达到平衡管道压力，消除喘振的目的。
表1防喘线坐标
调整线参数即喘振线给定值是根据试验设定的。假设补偿后的喉口差压值为X，当Xm≤X≤Xm+1(如X1≤X≤X2即0≤X≤0.4，此时Yn+1为0.295，Yn为0.005)时，放风阀输出开度由PID计算得到，PID过程变量Z计算公式为：Z＝[(X-Xm)*(Yn+1-Yn)/(Xm+1-Xm)+Xm+1]*1000，通过PID计算后得到输出变量R，R是PID后的阀门开度值。当输出变量R≤25时，第一气动放空阀门输出0％，当R≥25时，第一气动放空阀输出R，当(R-25)*4/3≥75时，第二气动放空阀输出100％，当(R-25)*4/3＜75时，第二气动放空阀输出R*4/3。
4)在延时时间T2到之前，操作人员判定喘振是否发生即喉口差压低报警信号是否为误信号，如喉口差压低报警信号为误信号，则在延时时间T2到之前做出复位操作，终止喘振报警程序，当延时时间T2到，则控制报警系统发出逆流报警，且控制放空阀快速全开，逆止阀强制关闭，静叶角度关闭到22度。风机出口逆止阀强制关闭作用是怕管网上的介质压力高于出口压力逆流回到机组，造成对机组的损坏。静叶角度关闭到22度作用是让风机机组在最小功率下作功，避免对机组设备造成损坏。放空阀快速全开，以便迅速消除喘振和逆流。由于放空阀的全开，可望消除逆流，这时机组处于安全运行状态，当工艺恢复正常后，再按正常启动程序恢复向高炉送风。
5)若放空阀打开持续时间T3仍不能消除喘振，则在发生持续逆流停机报警的同时，实施紧急停机。
本发明不仅仅局限于上述实施例，在不背离本发明技术方案原则精神的情况下进行些许改动的技术方案，应落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种鼓风机防喘振控制系统，其特征在于，包括鼓风机及PLC系统，所述鼓风机的出口设有逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀，所述逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀的上游端均与鼓风机的出口连通，所述逆止阀的下游端经送风阀与高炉连通，所述第一气动放空阀与第二气动放空阀并联，第一气动放空阀与第二气动放空阀的下游端均与送风口连通，所述鼓风机的出口管道设有用于检测出口压力的压力变送器，所述压力变送器用于将检测的出口压力传递给PLC系统，所述鼓风机的入口管道设有三个用于检测喉口差压的差压开关，三个差压开关用于分别将检测到的喉口压差与设定值进行比较，输出喉口差压低报警信号给PLC系统，三个差压开关分别与PLC系统设有的三个数字输入单元电连接，所述PLC系统与鼓风机的静叶伺服控制系统电连接，用于调节鼓风机的静叶角度，所述PLC系统用于采集鼓风机的静叶角度以及三个差压开关输出的喉口差压低报警信号，当接收到至少两个差压开关的喉口差压低报警信号且同时鼓风机的静叶角度大于或等于22度时，控制计时器开始计时，根据喉口差压低报警信号的持续时间控制逆止阀、第一气动放空阀、第二气动放空阀执行相应的操作；
当PLC系统检测到至少两个差压开关的喉口差压低报警信号且静叶角度大于或等于22度时，控制计时器开始计时；当喉口差压低报警信号持续T1即延时时间T1到且喘振点已经触发喘振曲线中的调节线时，控制报警系统发出喘振报警，将喉口差压值与调节线的喉口压差给定值进行比对，当喉口差压值到达不同喉口差压给定值范围时，采取相应范围方案调节两个气动放空阀的开度大小，通过对两台气动放空阀开度设定达到平衡管道压力，消除喘振的目的；假设补偿后的喉口差压值为X，当Xm≤X≤Xm+1时，放空阀输出开度由PID计算得到，PID过程变量Z计算公式为：Z=[(X-Xm )*（Yn+1 -Yn）/( Xm+1 -X m )+Xm+1 ]*1000；其中，Xm为喉口压差给定值，Xm+1为下一喉口压差给定值；Yn为喉口压差给定值Xm所对应的出口压力给定值，Yn+1为喉口压差给定值Xm+1所对应的出口压力给定值，在延时时间T2到之前，操作人员判定喘振是否发生即喉口差压低报警信号是否为误信号，如喉口差压低报警信号为误信号，则在延时时间T2到之前做出复位操作，终止喘振报警程序，当延时时间T2到，则控制报警系统发出逆流报警，且控制放空阀快速全开，逆止阀强制关闭，静叶角度关闭到22度；若放空阀打开持续时间T3仍不能消除喘振，则在发生持续逆流停机报警的同时，实施紧急停机；
采用出口压力和经过入口温度修正后的喉口差压确定的喘振曲线，采集的喉口差压需要经过修正，第二气动放空阀两端并联有电动放空阀，该电动放空阀与PLC系统电连接，设置电动放空阀用于防止气动放空阀气源故障无法开启，紧急措施放空。
2.一种鼓风机防喘振控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的鼓风机防喘振控制系统，控制方法包括如下步骤：
1）设定喘振线给定值，设定3个延时时间，分别为T1、T2、T3，T1小于T2，T2小于T3；
2）当PLC系统检测到至少两个差压开关的喉口差压低报警信号且静叶角度大于或等于22度时，控制计时器开始计时；
3）当喉口差压低报警信号持续 T1 即延时时间 T1 到且喘振点已经触发喘振曲线中的调节线时，控制报警系统发出喘振报警，将喉口差压值与调节线的喉口压差给定值进行比对，当喉口差压值到达不同喉口差压给定值范围时，采取相应范围方案调节两个气动放空阀的开度大小；假设补偿后的喉口差压值为 X，当 X m ≤X≤X m+1 时，放空阀输出开度由PID 计算得到，PID 过程变量 Z 计算公式为：
Z=[(X-X m )*（Y n+1 -Y n ）/( X m+1 -X m )+ X m+1 ]*1000；
其中， Xm为喉口压差给定值，Xm+1为下一喉口压差给定值；Yn为喉口压差给定值Xm所对应的出口压力给定值，Yn+1为喉口压差给定值Xm+1所对应的出口压力给定值；
4) 在延时时间T2到之前，操作人员判定喘振是否发生即喉口差压低报警信号是否为误信号，如喉口差压低报警信号为误信号，则在延时时间T2到之前做出复位操作，终止喘振报警程序，当延时时间T2到，则控制报警系统发出逆流报警，且控制放空阀快速全开，逆止阀强制关闭，静叶角度关闭到22度；
5) 若放空阀打开持续时间T3仍不能消除喘振，则在发生持续逆流停机报警的同时，实施紧急停机。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：T1为1S，T2为4S，T3为5S。
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