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(jì)建造的，我廠采用“U 型”廠房設(shè)計(jì)，內(nèi)部劃分多個(gè)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(fù)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(jì)時(shí)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(fù)荷。但在生產(chǎn)過(guò)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(huì)影響到區(qū)域內(nèi)的實(shí)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?jī)?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(jì)和微壓傳感器進(jìn)行常規(guī)控制，但風(fēng)量計(jì)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(gè)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(dòng)壓，即Pq=Pi+Pb，根據(jù)伯努利方程風(fēng)-壓關(guān)系，風(fēng)的動(dòng)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?jī)?nèi)相鄰兩個(gè)區(qū)域全壓就不同。只能通過(guò)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(duì)各區(qū)域壓力的影響

除了空調(diào)區(qū)域內(nèi)空氣密度對(duì)空調(diào)區(qū)域間風(fēng)壓影響外，假設(shè)空調(diào)機(jī)組和所有生產(chǎn)停止，空調(diào)區(qū)域間將無(wú)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(bǔ)風(fēng)）間的不平衡造成，排風(fēng)（除塵、排風(fēng)等）是生產(chǎn)進(jìn)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?jī)?nèi)所有區(qū)域補(bǔ)風(fēng)量幾乎全部來(lái)自空調(diào)系統(tǒng)，盡管實(shí)際生產(chǎn)中有一定的壓縮空氣進(jìn)入，通過(guò)測(cè)算其相對(duì)于空調(diào)機(jī)組，對(duì)區(qū)域風(fēng)壓影響可以忽略不計(jì)。通過(guò)分析卷煙工廠聯(lián)合工房的所有空調(diào)區(qū)域都需補(bǔ)充一定量的新風(fēng)才能保障風(fēng)量平衡，才能實(shí)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(jì)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）。空調(diào)控制需要有建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，潔凈廠房在建筑設(shè)計(jì)中就已經(jīng)考慮，區(qū)域間的密封達(dá)到潔凈廠房規(guī)范的要求。煙草廠房無(wú)建筑設(shè)計(jì)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(jìn)行相應(yīng)的密封措施。通過(guò)查閱相關(guān)資料，采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方法，在貯絲房與暫存間現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了“竄風(fēng)”測(cè)量，在“竄風(fēng)”大于2.5m/ s 時(shí)，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(shí)則影響較小，在此風(fēng)速下測(cè)得兩個(gè)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(wú)法改變，且量化分析困難，通過(guò)其變化規(guī)律分析，可通過(guò)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(gè)上位機(jī)集控系統(tǒng)中進(jìn)行操作監(jiān)視，但各臺(tái)空調(diào)機(jī)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(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的實(shí)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(duì)壓差傳感器的部署位置進(jìn)行規(guī)劃，以便對(duì)各空調(diào)區(qū)域之間的空氣壓差進(jìn)行直接測(cè)量，進(jìn)而更好地反應(yīng)出各區(qū)域之間的壓差。在部署過(guò)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(lái)測(cè)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?yàn)槔葘翰顐鞲衅鞯囊欢诉B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(lái)測(cè)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(duì)兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，并對(duì)比分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)之后，發(fā)現(xiàn)，若采用方案2，雖然無(wú)須安裝通向室外的管道，但由于其檢測(cè)范圍有限，只能檢測(cè)到相鄰區(qū)域之間的壓差，無(wú)法計(jì)數(shù)出區(qū)域和大氣之間的壓差，致使檢測(cè)數(shù)據(jù)存在一定的局限性；而若采用方案1，則可以檢測(cè)到每個(gè)空調(diào)控制區(qū)域和大氣之間的壓差，并能通過(guò)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(lái)，方案1 將會(huì)額外增加一定的成本投入。但總體分析來(lái)看，較之于方案2，方案1 所檢測(cè)出的數(shù)據(jù)更加具有全面性，對(duì)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(cè)量點(diǎn)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(jìn)行風(fēng)壓測(cè)量，通過(guò)實(shí)地勘察對(duì)室外取壓管以及每個(gè)壓差傳感器的安裝位置進(jìn)行了論證。

3.3 程序編寫

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

3.4 程序安裝調(diào)試

對(duì)聯(lián)合工房各區(qū)域間氣流流向識(shí)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)各工藝設(shè)備的控制回路、主回路接線的正確性進(jìn)行檢查并確認(rèn)，在手動(dòng)方式下進(jìn)行單體試車;對(duì)進(jìn)入PLC 系統(tǒng)的全部輸入點(diǎn)(包括轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、繼電器與接觸器觸點(diǎn)，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(jìn)行檢查并反復(fù)操作，確認(rèn)其正確性;對(duì)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(jìn)行檢查，確認(rèn)其正確性;測(cè)量并記錄其回路電阻，對(duì)地絕緣電阻，按輸出節(jié)點(diǎn)的電源電壓等級(jí)，向輸出回路供電，以確保輸出回路未短路，要對(duì)向PLC 輸送模擬輸入信號(hào)的一次檢測(cè)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(jìn)行檢查，確認(rèn)其正確性。向檢測(cè)與變送裝置送入模擬輸入量，檢驗(yàn)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(hào)調(diào)節(jié)或執(zhí)行元件，送入與PLC 模擬量相同的模擬信號(hào)，檢查調(diào)節(jié)可執(zhí)行裝置能否正常工作。按設(shè)計(jì)方案預(yù)定模型進(jìn)行運(yùn)算與調(diào)節(jié)，實(shí)行生產(chǎn)工藝流程過(guò)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(guò)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(lái)發(fā)生竄風(fēng)的部位。經(jīng)測(cè)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(dá)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(shí)施運(yùn)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(yǔ)

風(fēng)壓平衡控制系統(tǒng)的研制，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)聯(lián)合工區(qū)廠房?jī)?nèi)空調(diào)壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)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(duì)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(wú)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。