林興

摘 要：應(yīng)用DCS控制空氣壓縮機(jī)可以提高效率和經(jīng)濟(jì)效益。文章主要介紹和分析了制氧機(jī)空氣壓縮機(jī)組的自控內(nèi)容和原理，并提出了改善其停車事故頻發(fā)的改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：空氣壓縮機(jī)組；恒壓控制；改進(jìn)方法

1 引言

空氣壓縮機(jī)有非常廣的應(yīng)用層面，例如在煉鋼、煉鐵、供水等行業(yè)，作為這些行業(yè)不可缺少的氧氣供給來源，其應(yīng)用量非常大。但是，低效率和高故障率的傳統(tǒng)空氣壓縮機(jī)組并不能滿足鋼鐵等行業(yè)迅猛發(fā)展的要求。近些年來，隨著分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展，使得用DCS對空氣壓縮機(jī)組進(jìn)行控制成為了可能，使用DCS對其進(jìn)行控制的普及，起到了對空氣壓縮機(jī)組的改造和完善的作用，有效的提升了空壓機(jī)的自動化水平，配合更為先進(jìn)調(diào)節(jié)器和傳感器，還可以對控制回路進(jìn)行簡化，可以輕松實(shí)現(xiàn)執(zhí)行邏輯功能，提高了回路調(diào)節(jié)的能力。應(yīng)用DCS自控系統(tǒng)進(jìn)行控制，除了具有很好的控制效果外，還具有較強(qiáng)的抗干擾能力，對工作環(huán)境要求不高，大大提升了空壓機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，此外，其經(jīng)濟(jì)效益也非常顯著。

2 自控內(nèi)容和原理

2.1 基本控制

根據(jù)空氣分壓工藝的特點(diǎn)要求，對空壓機(jī)機(jī)組的控制可采用恒壓控制方式。此外，為了提升空氣壓縮機(jī)在運(yùn)行時的穩(wěn)定性，還考慮加設(shè)防喘振控制、事故聯(lián)鎖停車控制等安全保護(hù)控制。

2.2 恒壓控制

作為空氣壓縮機(jī)常用的一種控制方法，恒壓控制能在機(jī)組容量改變時，保證壓縮空氣以接近恒定壓力輸出。利用恒壓控制空氣壓縮機(jī)，其轉(zhuǎn)速在拖動電動機(jī)是不變的，主要是通過控制入口導(dǎo)葉的開度來實(shí)現(xiàn)的，而調(diào)節(jié)導(dǎo)葉則需要用到恒壓控制器，它的作用是在空氣壓縮機(jī)的出口處對空氣壓力進(jìn)行采集，將采集到的數(shù)據(jù)作為輸入量，再比較所設(shè)定值，最后利用PID調(diào)節(jié)器將輸入量進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到的輸出量用來對入口導(dǎo)葉的開度進(jìn)行調(diào)控。

2.3 安全保護(hù)控制

2.3.1 防喘振保護(hù)控制

空氣壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象主要包括：空氣壓縮機(jī)的動力來源，即電動機(jī)的電流表和功率表有較大的波動量；空氣壓縮機(jī)劇烈振動，出口壓力升高后迅速下降，氣流伴有較大的噪聲，且其流量大幅下降，甚至有吸氣管道空氣倒流現(xiàn)象。

發(fā)生喘振的原因與葉片周圍氣體流量有關(guān)。當(dāng)葉道氣體流量過小時，葉片的物理構(gòu)造和氣流發(fā)生沖突，致使葉片凸面的氣流發(fā)生脫離正常流通軌道，造成氣體滯流，壓縮機(jī)內(nèi)部壓力下降，引起氣流倒吸，產(chǎn)生振動，即喘振。而空氣壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中，引起葉片周圍氣體流量異常的因素主要包括以下幾方面：①壓縮機(jī)的流道堵塞，例如冷卻器結(jié)垢、過濾器堵塞。②壓縮機(jī)空氣分壓系統(tǒng)故障，例如換熱器閥門無法打開。③放空閥出現(xiàn)故障，其在需要打開時不能及時動作。

防喘振系統(tǒng)對于提升空氣壓縮機(jī)的安全性有很大幫助。為了抑制喘振，需要對空氣壓縮機(jī)的出口壓力和流量進(jìn)行調(diào)控，其中通過對入口閥和放空閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)是較為有效的一種方式。防喘振貫穿空氣壓縮機(jī)機(jī)組的工作過程，當(dāng)壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振情況時，系統(tǒng)自動打開放空閥以降低出口壓力。

2.3.2 電動機(jī)過載保護(hù)

設(shè)置此保護(hù)控制的目的是防止電動機(jī)過載，電動機(jī)過載保護(hù)調(diào)節(jié)器在流經(jīng)電動機(jī)的電流大于額定值時動作，并和出口壓力調(diào)節(jié)器相疊加共同作用對空氣壓縮機(jī)的入口閥開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到保護(hù)電機(jī)的作用。

2.3.3 出口壓力過高保護(hù)控制

空氣壓縮機(jī)在恒壓控制下，若調(diào)節(jié)其入口閥開度仍無法令出口壓力保持在設(shè)計(jì)值附近，此時，出口壓力過高保護(hù)調(diào)節(jié)器便會和防喘振調(diào)節(jié)器共同動作，通過對放空閥開度的調(diào)節(jié)來抑制過高的出口壓力。

2.4 空壓機(jī)起動及停車聯(lián)鎖的邏輯控制

2.4.1 空氣壓縮機(jī)起動邏輯

空氣壓縮機(jī)的起動需要滿足以下條件，首先入口導(dǎo)葉應(yīng)處在預(yù)備起動狀態(tài)，其次，防喘振閥需徹底打開，電控單元無異常，最后油溫、油壓、冷卻水流量均需滿足起動要求數(shù)值。此時，在正常情況下機(jī)旁柜中應(yīng)顯示起動信號燈亮，可以起動電動機(jī)，測振儀報警將增至30s左右，若振動值成倍增趨勢，且空氣壓縮機(jī)在倍增報警時間里還處在聯(lián)鎖停車狀態(tài)，那么30s過后，系統(tǒng)將自動解除倍增報警?？諝鈮嚎s機(jī)處于同步運(yùn)轉(zhuǎn)時，其自動加載伴隨防喘振閥Sv1001的得電而動作。

起動空壓機(jī)之前應(yīng)將油箱加熱器、輔油泵轉(zhuǎn)換開關(guān)等調(diào)至自動位置。當(dāng)管道油壓無異常時，DCS將自動停止或起動油箱加熱器，以達(dá)到調(diào)節(jié)的作用。當(dāng)電動機(jī)和空壓機(jī)同步后，齒輪泵動作，油壓經(jīng)DCS判斷后，如若正常，操作人員方可停止輔助油泵。若供油總管壓力過低，小于要求值0.12MPa或停車時，DCS會再次起動輔助油泵。

2.4.2 空氣壓縮機(jī)停車邏輯

當(dāng)發(fā)生諸如空氣壓縮機(jī)的軸振動強(qiáng)烈、軸位移過大、軸承溫度過高、導(dǎo)葉開度過小以及電動機(jī)軸承溫度異常等情況時，空氣壓縮機(jī)應(yīng)立即停車。這里所說的停車指將拖動空氣壓縮機(jī)的電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，將防喘振閥打開到最大程度、關(guān)閉入口導(dǎo)葉，并起動輔助油泵等一系列動作?？諝鈮嚎s機(jī)停車操作順序應(yīng)是先使空壓機(jī)輕載，再按動空壓機(jī)氣路圖上停車按鈕。

2.4.3 空壓機(jī)的起動、恢復(fù)加載

空壓機(jī)的起動有兩種方式，一種是電控柜中起動，另一種是中控室起動。值得注意的是，對于后種方式，應(yīng)該將旋鈕轉(zhuǎn)至“自動”起動檔位。

圖1所示為入口導(dǎo)葉控制示意圖，當(dāng)電動機(jī)處于加載狀態(tài)時，入口導(dǎo)葉將打開至最小開度（全開度的10%），若在20s內(nèi)，人口導(dǎo)葉的開度反饋仍未超過7%，那么空壓機(jī)便會起動聯(lián)鎖停車動作。若超過7%，那么導(dǎo)葉受爬坡器控制，其開度將逐漸增大，當(dāng)增至最大開度時，放空電磁閥將得電動作，放空閥又在爬坡器的控制下，由最大開度逐漸關(guān)閉。如若排氣壓力接近設(shè)定值時，恒壓控制器將自動起動，自動控制入口導(dǎo)葉；當(dāng)入口差壓很小而未能對喘振造成影響時，防喘振控制器便以串級形式投入，能夠自動控制放空閥V1006。操作人員通過對壓力設(shè)定值的更改，能夠使空壓機(jī)以額定壓力運(yùn)行。此外，DCS控制中還加設(shè)了防超壓控制器PICA1006和電動機(jī)限流控制器IICA2301，在排氣壓力數(shù)值或電動機(jī)電流值在設(shè)定值以上時，PICA1006動作使放空閥打開，入口導(dǎo)葉開度將變小，達(dá)到卸壓或降低負(fù)載的目的。

當(dāng)空壓機(jī)的排氣壓力過高、發(fā)生喘振或者預(yù)冷系統(tǒng)故障時，空壓機(jī)將會發(fā)生輕載。此時，放空閥將會全部打開，并且入口導(dǎo)葉限位也將降至0%，在消除故障后，操作人員便可利用“恢復(fù)加載”按鈕來對空壓機(jī)進(jìn)行自動恢復(fù)。

3 改進(jìn)方法

為使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，在勘查并分析放空閥的定位器故障之后，發(fā)現(xiàn)故障起因在于放空閥振動幅度過大，長時間振蕩必然損壞定位器，使其工作產(chǎn)生異常。在系統(tǒng)全面調(diào)研定位器產(chǎn)品后，發(fā)現(xiàn)山武分離型智能定位器AVP200在防振方面性能優(yōu)良，用其作為替代產(chǎn)品，使用效果非常好，但是空氣壓縮機(jī)的原裝定位器由于其傳動方式的限制，使得不能直接替換分離型智能定位器，需對傳動方式進(jìn)行更改，即需對安裝支架進(jìn)行再設(shè)計(jì)，方可滿足工藝要求。

4 結(jié)束語

目前，多數(shù)空壓機(jī)組在控制方面仍采用傳統(tǒng)的過程控制方式對各個鍋爐控制回路進(jìn)行控制，這種方式不但可靠性差、效率低下，而且耗能嚴(yán)重。相比之下，采用DCS對空壓機(jī)組進(jìn)行控制，在很大程度上減少了設(shè)備的維護(hù)成本，提高了系統(tǒng)工作效率，進(jìn)而達(dá)到減小能耗、提高節(jié)能效果、提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)量的目的，從而使空壓機(jī)組能夠經(jīng)濟(jì)可靠地運(yùn)行。

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