轉(zhuǎn)爐氧槍冷卻水系統(tǒng)變頻調(diào)速控制的改進

劉艷清

1 概述

提釩煉鋼二廠有3座150 t轉(zhuǎn)爐,其中1座可用于提釩,另外2座用于煉鋼。每座轉(zhuǎn)爐有一套氧槍系統(tǒng),用于向轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹氧,使鋼水脫碳,并加大冶煉強度。因此,轉(zhuǎn)爐氧槍是轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的重要設(shè)備。

氧槍冷卻水系統(tǒng)的主要作用是為轉(zhuǎn)爐氧槍提供足夠的冷卻水進行氧槍本體及其附屬設(shè)備的冷卻,對于提釩煉鋼二廠的水系統(tǒng)來說,氧槍泵是所有設(shè)備中最重要的設(shè)備。氧槍冷卻水的保量、穩(wěn)壓供水是氧槍正常工作的有力保證,一旦氧槍泵故障造成冷卻水流量低將會造成氧槍設(shè)備過熱燒損甚至發(fā)生爆裂、爆炸等惡性安全事故。根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求,氧槍冷卻水流量不小于280 m3/h,冷卻水壓力為 1.2MPa～1.4MPa。為確保氧槍的可靠、穩(wěn)定運行,共設(shè)計了4臺氧槍泵,選用的是4臺四極,355 kW,380 V,621A,1450 r/min的電機。它們的運行方式是1號、2號、4號泵分別為三臺氧槍提供冷卻水,3號泵為備用泵,當前三臺泵中有任意一臺出現(xiàn)故障時,3號泵自動投入以保證供水。氧槍冷卻供水泵需要在氧槍吹煉期時高速運行,在非吹煉期時低速運行,這樣不但節(jié)約電能和水資源,還能減少設(shè)備損耗。

根據(jù)氧槍在吹煉的不同時期所需冷卻水流量的不同,最初的設(shè)計是選用了4臺艾默生EV3500-4T 4000P變頻器對4臺氧槍泵電機進行變頻控制,無論是計算機遠程啟動電機還是在機旁啟動電機,都是通過PLC給變頻器發(fā)出指令實現(xiàn)對電機進行的控制。

2 存在問題

原有的設(shè)計方式在連續(xù)生產(chǎn)三個月后出現(xiàn)了問題,崗位人員在一次啟動2號泵的過程中,1號泵電流逐漸增大,當時并未停泵,而是繼續(xù)過載運行(變頻器設(shè)置 69 s后跳機),這時3號備用泵也發(fā)生自投,引起1號氧槍泵水壓流量波動。經(jīng)過對4臺氧槍供水泵電流及壓力趨勢畫面的查知發(fā)現(xiàn),在3號備用泵發(fā)生自啟時,所有泵的電流及壓力狀態(tài)都發(fā)生了變化。從PLC程序中查知,4臺泵的“手動/自動”均由上位機中的同一個接點控制,在“自動”狀態(tài)下才會發(fā)生2號泵及3號備用泵均自動同一時刻啟動,同時3號備用泵的三個出口閥門均自動打開,造成三條氧槍供水泵管道并聯(lián)相通,使氧槍泵的水壓流量產(chǎn)生波動。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求3臺氧槍供水泵的運行頻率在“自動”狀態(tài)下受爐前是否“下槍”(即氧槍吹煉期)信號控制,在爐前發(fā)出“提槍”(即非氧槍吹煉期)信號時,氧槍泵電機將在25Hz最低頻率運行。

經(jīng)過上述發(fā)生的事故,發(fā)現(xiàn)原有控制方式及程序編寫存在如下缺陷:

1)對于每一臺水泵的控制,不論是機旁操作箱還是上位機的“手動/自動”控制信號都完全依賴 PLC及通訊,均由 PLC中的同一個接點通過PROFIBUS總線通訊發(fā)出給變頻器,在PLC故障或通訊失敗時,無論是在機旁操作箱還是在上位機畫面上都無法應(yīng)急啟動氧槍泵,勢必影響轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)。

2)由于程序編寫存在缺陷,4臺水泵的“手動/自動”信號都由同一個接點控制,在“自動”狀態(tài)下,就會發(fā)生3號備用泵同其他水泵同一時刻啟動的現(xiàn)象,此時備用泵的三個出口閥門就會自動打開,造成三條氧槍供水泵管道并聯(lián)相通,使氧槍泵冷卻水的壓力和流量產(chǎn)生波動影響生產(chǎn)。

3 改造內(nèi)容

基于原有控制方式存在的缺陷,我們對氧槍泵的PLC控制程序進行了修改,取消了網(wǎng)絡(luò)控制。

1)對于單臺泵電機的控制,如果出現(xiàn)故障,在上位機上不能啟動水泵時,可到機旁箱選擇“手動”,在機旁箱上直接啟動水泵,控制不通過PLC,利用硬線連接直接啟動變頻器,將電機固定在42Hz運行,作為應(yīng)急措施保證生產(chǎn)。

2)在“自動”控制方式下,由PLC發(fā)出控制信號,對投入運行的水泵電機進行控制。其中1號、2號、4號泵為工作泵,3號為1號、2號、4號泵的備用泵。如果三臺工作泵中出現(xiàn)故障停泵,程序設(shè)計由其各自的輸出接點分別控制3號備用泵,并且只為第一臺出現(xiàn)故障的泵備用,也只打開這第一臺故障泵的備用閥門,避免了出現(xiàn)三個出口閥門都打開的現(xiàn)象,造成水壓流量產(chǎn)生波動而影響生產(chǎn)。選擇“手動”控制時,可在25Hz～50Hz的頻率范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié),以更好地滿足生產(chǎn)要求。

3)根據(jù)提釩煉鋼二廠提出要求:在氧槍“提槍”時應(yīng)減小管道中水的壓力:

a.減少管道損傷;

b.節(jié)約能源。而在氧槍“下槍”時,氧槍泵應(yīng)滿足管道中水的壓力。

針對上述工藝要求,在對泵的控制選擇“自動”時,在氧槍非吹煉期,煉鋼系統(tǒng)發(fā)出“提槍”給水系統(tǒng)PLC信號,程序設(shè)置電機自動定在25Hz運行,管道壓力為0.55MPa～0.57MPa;在氧槍吹煉期,煉鋼系統(tǒng)發(fā)出“下槍”信號給水系統(tǒng)PLC,程序設(shè)置電機自動定在42Hz運行,氧槍泵開始提速供水,冷卻水的壓力保證在1.2MPa～1.4MPa之間,冷卻水流量為320 m3/h,電機電流為360 A。在“下槍”信號到來時,PLC給發(fā)出控制變頻器信號自動控制電機輸出由25Hz上升到42Hz運行,變頻器的加速率設(shè)為(Pr0.03=30)。

通過實際運行,12 s就可達到氧槍所需冷卻水的工作壓力和流量,而煉鋼爐前氧槍從“下槍”信號開始需要 14 s才到位,因此變頻器設(shè)置的加速率完全能滿足生產(chǎn)需要。

4)在原有程序上進行了完善,設(shè)置了“超壓”聲音報警,在管道壓力過高時報警,提醒值班人員在保證生產(chǎn)需要的情況下及時降低頻率,降低水管供水壓力,減少對管道的損傷,也避免出現(xiàn)生產(chǎn)事故。

4 結(jié)語

將上述程序進行修改后,運行穩(wěn)定,既滿足了生產(chǎn)工藝要求,提高了生產(chǎn)效率,又延長了設(shè)備的使用壽命,還達到了節(jié)能效果。

[1] 趙洪華.12 MW凝結(jié)水泵變頻改造淺析[J].山西建筑,2009,35(3):202-203.