高炉鼓风机增加电动放风阀改造分析.pdf

2023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER高炉鼓风机增加电动放风阀改造分析徐永强（北京首钢自动化信息技术有限公司京唐运行事业部，河北唐山 063200）【摘要】介绍了高炉鼓风机增加电动放风阀改造项目的目的、内容和实施过程，分析了电动放风阀位置变送器升级、调节方法及技术创新点，并对改造后的项目经济效益、技术推广应用前景进行了分析研究。【关键词】高炉鼓风机；电动放风阀；喘振；逆流【中图分类号】TH44【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2023）04-0097-03 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Analysis of Electric Blow Down Valve Transformationfor Blast Furnace Blower XU Yongqiang（Beijing Shougang Automation Information Technology Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China）【Abstract】The paper introduces the purpose,content and implementation process of the renovation project of increasing electric blow down valve for blast furnace blower,analyzes the upgrading of valve position transmitter,adjustment method and technological innovation points,and researches the project economic benefits and the prospect of technology promotion and application.【Keywords】blast furnace blower;electric blow down valve;surge;backflow引言京唐高炉鼓风机采用的是具有国际先进技术水平的AV100-17型轴流式鼓风机，单台最大风量可达10 000 m3/min。液压放风阀是风机发生喘振时的重要保护装置。在停机、启动以及正常负荷运行状态下，当进气条件、运行管网改变时，将会引起气动性能发生变化，偏离设计工况，进入不稳定状态，发生喘振、阻塞、失速现象，甚至发生严重损坏事故。1 改造目的当高炉风机发生喘振时，通过快速打开安装在放风管道上的两组同规格液压放风阀，瞬间进行泄压，防止喘振发生，有效保护风机设备的运行安全，避免喘振对机器造成破坏。高炉鼓风机供应高炉冶炼用冷风，京唐公司目前3座高炉富氧率提高至7%以后，需要的冷风风压较高，风量较小。为满足高炉生产，鼓风机液压放风阀需有一定的开度（5%10%），同时鼓风机设置的两台放风阀均为DN600液压蝶阀，操作时两台阀门同时动作，不利于高炉的加、减风操作，阀门长期有微小开度、振动等对阀门定位器有损害，不利于高炉鼓风机的稳定运行。2020年11月12日，3#鼓风机由于防喘振阀无法控制，自动关闭，防喘振阀动作阀门打开，高炉风量波动700 m3/min，给高炉稳定运行造成了一定的影响。2 改造方案为了保护机器，避免发生喘振，液压放风阀设计口径大、响应速度快，当风机运行偏离工况点，接近防喘振线时，液压放风阀响应时间短、开度大、放散量过大，不能精准控制冷风放散量1。为了提高高炉鼓风机的运行稳定性，根据现场实际情况，在每台鼓风机排气管道逆止阀前接出一路旁路，接至放风管道。管路设电动放风阀，由PLC系统控制，并能够在操作画面上进行操作。增设一路电动放风阀后，进行一路或双路精准调节，两套装置根据风机偏离工况点的不同状态，972023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER交替使用，微量或少量放散冷风，实现防喘保护与减少冷风介质损失的综合调节。旁通阀管路管径选为DN600，旁路阀选用电动双座阀，为了降低新增旁路管道对原排气管道系统的推力等影响，管道设置铰链补偿器。根据鼓风机站管路布置现状，结合双座阀的安装方式，新增旁通阀布置于室内排气管道与放风管道地坪上，DN600管道接自排气管道逆止阀前，接电动双座阀，送至放风管道，管道补偿采用铰链补偿器。管道需保温，保温材料采用岩棉，保温厚度为150 mm，外包镀锌铁皮。具体改造内容为：敷设新增电动放风阀管路、新增信号线与电缆槽，安装新增电动放风阀与UCP电气柜，修改硬件配置参数，添加控制程序、HMI操作画面、报警、趋势等，进行信号线打点与新增程序功能测试。3 改造实施过程3.1 电动放风阀分体将新增的电动放风阀阀体与电动执行器分开，阀体留在原来的位置，电动执行器移出，放到电动放风阀管道右下侧，阀体与电动执行器之间用专用电缆连接。具体步骤为：拆信号线，拆放风阀电动执行器，固定专用电缆，选择电动执行器安装位置并固定，敷设电缆，接电动执行器信号线，整体测试。电动放风阀分体改造解决了因放风阀管道振动造成电动执行器内部元器件损坏的问题，增加了风机系统的稳定性、可靠性，保证高炉鼓风机安全稳定运行。3.2 液压放风阀位置变送器设备升级升级前使用的是Fisher 4210位置变送器，该设备由电路板、接线板、电位器组成。通过对多起故障进行分析发现，出现故障率最高的是接线板，接线板上有放风阀开、关限位继电器，放风阀全开或者全关时对应的继电器失电，风机正常运行时阀门开度为7%左右，由于继电器长期得电，并且管道振动大，造成设备使用寿命降低，故障率增高，鉴于此，提出对放风阀位置变送器进行设备升级改造2。将原来的位置变送器 Fisher 4210 更换为元器件较少的Fisher 4211，取消位置变送器开关限位信号，改为位置反馈，与位置设定值进行比较，位置反馈大于98%为开限位，小于2%为关限位，对开关限位程序进行修改。3.3 改造存在问题该改造工作是在检修过程中进行的，由于不能影响风机正常开机，需要前期做好各项准备工作。放风阀在全关行程测试中，上位机设定值由99.5%增加为 100%时，现场阀门实际关闭幅度为 7%左右，阀门实际关闭幅度与设定值不一致。经检查发现放风阀全开时，控制电缆红、橙线之间电阻为3.28，全关时红、橙线之间电阻总阻值（10 k），阀门开度与阻值不再成比例变化。通过查找处理，解决了此问题。在进行修改后的程序下载过程中，上位机出现对话框，提示：外部或归档变量的个数超过软件许可所允许的范围，不许再创建新的外部变量或归档变量。通过查找处理，解决了此问题。功能测试期间涉及修改程序地方较多，都需要经过多次测试。4 改造后调节方法增加电动放风阀后，操作人员可在主控室监控计算机上监控风机防喘曲线，防喘振曲线调节区间在下线1和上线3之间，见图12。根据声光报警系统选择不同的调节模式，调节方法如下。手动调节模式：操作人员在监控计算机上选择手动模式，结合防喘振曲线，操作加、减风量按钮，风机静叶伺服机构动作，或者操作开、关放风阀按钮，风机放风阀机构动作。电动放风阀自动调节模式：当风机运行工况点偏离接近防喘振线下线1时（即Xd_PL、Xd_CL大于设定值1时），电动放风阀控制块激活，操作人员选择旁路电动放风阀，输入阀门开度调节放风量，稳定工况。电动阀、液压阀组合自动控制调节模式：当风机运行工况点偏离接近防喘振线上线 2 时（即Xd_PL、Xd_CL大于设定值2，小于设定值1时），电动放风阀控制块及液压阀控制块同时激活，操作人员选择旁路电动放风阀或者液压放风阀，通过调节阀门开度调节放风量，稳定工况。液压自动控制调节模式：当风机运行工况点偏离接近防喘振线上线3时（即Xd_PL、Xd_CL小于设定值3时），液压放风阀控制块激活，操作人员选择液压放风阀，通过调节阀门开度调节放风量，稳定工况3。PDT 代表风机喉部差压 PDT105，P2comp 代表风机出口压力 PT105，dp1/con 代表 PDT105/0.3224982023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER（即用差压测出的流量值Q），P2代表PT105加上大气压，Xd_PL代表风机实际排气压力距离风机排气压力高限的百分比。Xd_CL代表风机在同一排气压力下，风机实际喉部差压值距离防喘振线在横轴上值的百分比。防喘振线可用一函数关系式表示：P2=f（dp1/con），其中dp1/con为用喉部差压测出的流量值Q，经温度补正再进行f（dp1/con，T1）运算后作为调节单元的给定值SV，实际值PV为压缩机的排气压力P，若PV1SV，运行点处于放风线左上侧，调节单元输出由20 mA逐渐减小，使电动放风阀逐渐打开，直至PVSV，输出不变，电动放风阀停留在对应的某一开度上，运行点稳定在正常工作区4。风机运行工况点在防喘振线下线1的右下侧区域内时，电动放风阀自动调节模式激活；风机运行工况点在防喘振线上线2和上线3之间时，电动阀、液压阀组合自动控制调节模式激活；风机运行工况点在防喘振线上线3左上侧时，液压阀自动控制调节模式激活5。5 项目技术小结（1）技术重点包括电动放风阀调试、Fisher 4211位置变送器安装调试、修改硬件配置、添加控制程序、制作上位机画面、添加报警趋势等。（2）技术难点包括解读阀门控制块FB503、模拟量处理显示块FB501、功能块FB1001等程序，研究防喘振控制系统工作原理。（3）技术创新点包括分离电动放风阀阀体与电动执行器，解决了因放风阀管道振动造成的电动执行器损坏问题，彻底消除了放风阀失控的重大隐患，保证了高炉风机稳定供风和正常生产。液压放风阀位置变送器设备升级后取消位置变送器开关限位信号，改为位置反馈控制，减少了故障率。6 总结改造前，3#风机平均每年更换3次位置变送器，共6块，每块单价为3 846 元。改造完成后，每台风机每年节约的直接成本为23 076 元，高炉风机供风故障从平均每年2次降为0次，确保了鼓风机安全稳定运行。高炉鼓风机增加电动放风阀，防止原机组的放风阀处于开启状态，因波动突然打开，造成高炉送风事故，另一作用是在原放风阀故障时，通过新增阀门放散，保护风机，其意义重大，具有十分广阔的推广前景。参 考 文 献 1 阎云龙，武善业.风机及系统运行与维修 M.北京：机械工业出版社，2004：102-108.2 陈余平，吴士年.自动控制系统 M.北京：机械工业出版社，2003：58-59.3 廖常初.可编程序控制器应用技术 M.重庆：重庆大学出版社，2007：54-69.4 胡寿松.自动控制原理：第 4 版 M.北京：科学出版社，2001：47-49.5 吴玉林，陈庆光，刘树红.通风机和压缩机 M.北京：清华大学出版社，2004：67-69.收稿日期：2022-12-13作者简介：徐永强（1984-），男，高级工程师，大学本科，现从事自动化系统维护技术工作。图2 防喘振曲线调节区间图1 防喘振曲线图99