150噸轉爐空壓站自動控制簡析

張 猛 / 新疆八一鋼鐵有限公司能源中心

150噸轉爐空壓站自動控制簡析

張 猛 / 新疆八一鋼鐵有限公司能源中心

介紹八鋼第一煉鋼廠150噸轉爐空壓站自動控制簡析,同時簡單分析了系統的一些缺陷及相應的處理對策

中央控制層；ControNET； 露點溫度

前言

新疆八一鋼鐵股份有限公司150噸轉爐空壓站建立于2012年8月，主要是為150噸轉爐、棒高線廠提供生產所需的壓縮空氣,設備主要由3臺離心式空壓機、3臺干燥器和3臺自潔式過濾器組成。同時預留其二期工程擴建的1臺離心式空壓機1臺干燥器和1臺自潔式過濾器。

150噸轉爐空壓站主要特點是1.供氣集中，便于整個系統用氣量的平衡，做到節約資源要求，同時利于維護操作和集中管理。2.根據設定壓力調整離心式空壓機進氣量達到滿足生產同時又節能降耗。3.各類數據統一由上位機監控歸檔。

1.空壓機站系統原理及流程

常溫常壓的空氣經過濾后，經離心式空壓機壓縮成高溫高壓的壓縮空氣降溫后，進入干燥器除水降溫成為高壓常溫含水蒸汽較低的壓縮空氣，經穩壓罐后提供用戶點，整個系統由空氣過濾器、空壓機和干燥器組成，空氣過濾器選用的FC16/L-PLC自潔式過濾器，空壓機選用的是SM6000離心式空壓機(韓國三星)。干燥器選用LDY330余熱再生式干燥器。

1.1 自潔式空氣過濾器是一種具有自動清灰功能的新型高效空氣過濾器，特別適用于在沙暴多發條件下對用氣設備進行長期的、連續不斷的空氣凈化。全自動控制，工作安全可靠。

基本工作原理：在空氣過濾過程中，由于塵埃的吸附使流經高效濾芯的空氣流的內外壓差會逐步增大，當過濾器濾芯的內外壓差大于某一整定值時，“脈沖控制器”即自動啟動，它控制“脈沖閥”在極短的時間內用壓縮空氣向每排濾芯進行由里向外有程序的脈沖式反沖洗 ，以清除吸附于濾芯上的積塵；當濾芯沖洗干凈時（即內外壓差小于某一設定值或反沖洗經過若干次循環后），沖洗過程及自行停止。由于反沖洗的壓縮空氣是通過“文丘里管”向濾芯引射，所以不僅耗氣量極少，而且爆發力強，沖洗效果好。脈沖清洗時基本不影響用氣設備的正常運行。

1.2 離心式空壓機原理：空氣經過空氣過濾器進入離心式空壓機進氣導葉，通過進氣導葉調整完成壓縮空氣的進氣量，通過一級、二級、三級等多級壓縮，將常溫常壓的空氣壓縮成高溫高壓的壓縮空氣。

基本工作基本原理：通過葉輪對氣體作功，在葉輪和擴壓器的流道內，利用離心升壓作用和降速擴壓作用，將機械能轉換為氣體壓力能的。更通俗地說，氣體在流過離心式壓縮機的葉輪時，高速旋轉的葉輪使氣體在離心力的作用下，一方面壓力有所提高，另一方面速度也極大增加，即離心式壓縮機通過葉輪首先將原動機的機械能轉變為氣體的靜壓能和動能。此后，氣體在流經擴壓器的通道時，流道截面逐漸增大，前面的氣體分子流速降低，后面的氣體分子不斷涌流向前，使氣體的絕大部分動能又轉變為靜壓能，也就是進一步起到增壓的作用

1.3 余熱再生吸附式干燥機原理：余熱再生干燥器是一種新型吸附干燥器，是利用空壓機高溫排氣的熱量直接加熱再生干燥劑，使吸附劑得到徹底再生，即使在0.35MPa的低壓工況使用，只要壓縮機的負載率不低于70%，干燥裝置就能可靠地工作，因此可充分利用自身能源，具有節能效用。

基本基本原理：由空壓機排出的大量空氣，由壓縮空氣入口管流入，通過氣閥進入兩個塔中的運轉塔，其中的濕氣會被吸附劑所吸收而干燥。當空氣流通到塔頂時，空氣中的水份被全部吸收，露點溫度可達-40℃，從而達到干燥目的。整個循環標準需10分鐘，每塔各運行5分鐘，一塔在工作的過程中 (運轉塔），另一塔處于再生狀態(非運轉塔)再生時間為4.5分鐘,續壓時間0.5分鐘。在再生的過程中，運轉塔中一部份干燥的空氣經再生風量調節閥進入非運轉塔將塔內的水份經消音器帶到大氣中去。其運轉時耗氣量為設備處理量的12%

2.空壓站的壓力調節

由于用戶點用氣分散,整體流量波動較大,容易造成壓力波動,而整個系統需要相對穩定的供氣壓力,因此需要保持恒壓狀態,壓力調節的控制在離心式空壓機控制中完成， 具體控制如下:檢測元件檢測到離心式空壓機出口壓力,將信號送至其本體PLC,PLC將信號與設定值比較,當壓力值在設定范圍時,系統保持原有狀態,當壓力高于設定值時，系統通過減小進氣流量及增大放空閥開度，降低離心式空壓機出口壓力。當壓力低于設定值時，系統通過增大進氣流量及減小放空閥開度，調節離心式空壓機出口壓力。調節方式如（圖1）:

圖1

3.實現安全平穩供氣的措施

為實現安全平穩供氣，從以下幾個方面進行1.供電系統優化；2.自動控制系統優化；

3.1 供電系統優化。要實現安全平穩供氣，供電系統高壓部分采用雙電源單母線式主接線，高壓母線由兩路供電，中間由母聯連接，正常工作時母聯處于斷開狀態系統由兩路分別供電，必要時可合母聯斷開任意一路供電。

高壓直流控制部分采用直流屏供電，直流屏輸出直流220V提供高壓柜直流電源同時向蓄電池充電，當直流屏出現故障時，由蓄電池提供直流電，蓄電池容量為100AH。直流屏由兩路交流380V進線電源通過雙回路自投方式提供交流電源，一路停電后另一路自動投入供電。通過這種供電方式保證了高壓系統在緊急狀態下能及時停車。

低壓供電系統同高壓供電系統類似。PLC系統、儀表監控系統由UPS供電，UPS由雙回路自投方式提供220V交流電，高壓固態軟起控制AC220V電取自直流屏逆變單元輸出的AC220V,其他控制電源由各自相對應控制柜供電。同時高壓電源與低壓電源取自同一段母線電源。

3.2 自動控制系統。自動控制系統主要有設備級控制層,中央監控與管理層

3.2.1 設備控制層。每臺離心式空壓機、過濾器、干燥器設備級控制系統均由一套A-B 1769系列可編程控制器和單色觸摸屏組成，并安裝在就地電控柜內。控制器和觸摸屏之間通過RS232方式進行通訊，觸摸屏用于參數設定、顯示運行狀態及報警信息，A-B 1769控制器完成對單體設備（離心式空壓機、過濾器、干燥器）的運行狀態和參數的采集并實現對其邏輯控制功能。離心式空壓機、過濾器、干燥器的各項數據通過ControNET通訊方式傳輸至中央控制層。

3.2.2 中央控制及管理層。中央控制層由A-B 1756可編程控制器組成，其設置于設備級控制層與中央監控與管理層之間是空壓站的核心控制層，它通過兩條ControNET通訊電纜連接至各臺離心式空壓機、過濾器、干燥器A-B 1769系列可編程控制器。

中央管理層是由兩臺HMI組成，它通過以太網與中央控制層連接，監控中央控制層、設備控制層所有數據及報警信息,同時記錄歷史記錄及運行趨勢。操作人員通過HMI控制和監控整個空壓站所有設備的運行狀態。自動控制系統網絡如（圖2）

圖2

4.存在的問題及對策

4.1 空壓機冷卻水由150T轉爐水系統供水，水系統出現故障將直接影響空壓機、干燥器正常運行，由于外供軋鋼系統，也造成水系統不便于停電檢修。

4.2 為保證任意一段高壓系統故障不會造成壓縮空氣完全停止供應，我們采取兩段高壓系統各開啟一臺離心機運行，這樣就造成了二段高壓所帶的2#離心機長期運行（僅在需維護保養時停車檢修），二期安裝后，二段高壓增加一臺離心機即可解決此問題。

4.3 由于各離心機與干燥器直接連接，向外供氣，這樣就造成干燥器與離心機任意一臺設備出現問題，兩臺設備均不能正常運行，二期建設時準備將離心機出口管路連通并加裝儲氣罐解決這一問題。

5.結束語

新疆八一鋼鐵股份有限公司第一煉鋼廠150T轉爐空壓站系統根據用戶點的需要,充分考慮到各種影響壓力的因素,提出了有針對性的方案,如將高低壓分段控制、網絡分層,等有效措施,滿足了生產廠的需求。

張猛，男，38歲，主要從事電氣技術工作。