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(qiáng)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(jìn)行氧槍本體及其附屬設(shè)備的冷卻,對(duì)于提釩煉鋼二廠的水系統(tǒng)來(lái)說(shuō),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(huì)造成氧槍設(shè)備過(guò)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(yùn)行,共設(shè)計(jì)了4臺(tái)氧槍泵,選用的是4臺(tái)四極,355 kW,380 V,621A,1450 r/min的電機(jī)。它們的運(yùn)行方式是1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)泵分別為三臺(tái)氧槍提供冷卻水,3號(hào)泵為備用泵,當(dāng)前三臺(tái)泵中有任意一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí),3號(hào)泵自動(dòng)投入以保證供水。氧槍冷卻供水泵需要在氧槍吹煉期時(shí)高速運(yùn)行,在非吹煉期時(shí)低速運(yùn)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(shí)期所需冷卻水流量的不同,最初的設(shè)計(jì)是選用了4臺(tái)艾默生EV3500-4T 4000P變頻器對(duì)4臺(tái)氧槍泵電機(jī)進(jìn)行變頻控制,無(wú)論是計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)電機(jī)還是在機(jī)旁啟動(dòng)電機(jī),都是通過(guò)PLC給變頻器發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行的控制。

2 存在問(wèn)題

原有的設(shè)計(jì)方式在連續(xù)生產(chǎn)三個(gè)月后出現(xiàn)了問(wèn)題,崗位人員在一次啟動(dòng)2號(hào)泵的過(guò)程中,1號(hào)泵電流逐漸增大,當(dāng)時(shí)并未停泵,而是繼續(xù)過(guò)載運(yùn)行(變頻器設(shè)置 69 s后跳機(jī)),這時(shí)3號(hào)備用泵也發(fā)生自投,引起1號(hào)氧槍泵水壓流量波動(dòng)。經(jīng)過(guò)對(duì)4臺(tái)氧槍供水泵電流及壓力趨勢(shì)畫(huà)面的查知發(fā)現(xiàn),在3號(hào)備用泵發(fā)生自啟時(shí),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(tái)泵的“手動(dòng)/自動(dòng)”均由上位機(jī)中的同一個(gè)接點(diǎn)控制,在“自動(dòng)”狀態(tài)下才會(huì)發(fā)生2號(hào)泵及3號(hào)備用泵均自動(dòng)同一時(shí)刻啟動(dòng),同時(shí)3號(hào)備用泵的三個(gè)出口閥門(mén)均自動(dòng)打開(kāi),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(dòng)。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求3臺(tái)氧槍供水泵的運(yùn)行頻率在“自動(dòng)”狀態(tài)下受爐前是否“下槍”(即氧槍吹煉期)信號(hào)控制,在爐前發(fā)出“提槍”(即非氧槍吹煉期)信號(hào)時(shí),氧槍泵電機(jī)將在25Hz最低頻率運(yùn)行。

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

1)對(duì)于每一臺(tái)水泵的控制,不論是機(jī)旁操作箱還是上位機(jī)的“手動(dòng)/自動(dòng)”控制信號(hào)都完全依賴(lài) PLC及通訊,均由 PLC中的同一個(gè)接點(diǎn)通過(guò)PROFIBUS總線通訊發(fā)出給變頻器,在PLC故障或通訊失敗時(shí),無(wú)論是在機(jī)旁操作箱還是在上位機(jī)畫(huà)面上都無(wú)法應(yīng)急啟動(dòng)氧槍泵,勢(shì)必影響轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)。

2)由于程序編寫(xiě)存在缺陷,4臺(tái)水泵的“手動(dòng)/自動(dòng)”信號(hào)都由同一個(gè)接點(diǎn)控制,在“自動(dòng)”狀態(tài)下,就會(huì)發(fā)生3號(hào)備用泵同其他水泵同一時(shí)刻啟動(dòng)的現(xiàn)象,此時(shí)備用泵的三個(gè)出口閥門(mén)就會(huì)自動(dòng)打開(kāi),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(dòng)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(duì)氧槍泵的PLC控制程序進(jìn)行了修改,取消了網(wǎng)絡(luò)控制。

1)對(duì)于單臺(tái)泵電機(jī)的控制,如果出現(xiàn)故障,在上位機(jī)上不能啟動(dòng)水泵時(shí),可到機(jī)旁箱選擇“手動(dòng)”,在機(jī)旁箱上直接啟動(dòng)水泵,控制不通過(guò)PLC,利用硬線連接直接啟動(dòng)變頻器,將電機(jī)固定在42Hz運(yùn)行,作為應(yīng)急措施保證生產(chǎn)。

2)在“自動(dòng)”控制方式下,由PLC發(fā)出控制信號(hào),對(duì)投入運(yùn)行的水泵電機(jī)進(jìn)行控制。其中1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)泵為工作泵,3號(hào)為1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)泵的備用泵。如果三臺(tái)工作泵中出現(xiàn)故障停泵,程序設(shè)計(jì)由其各自的輸出接點(diǎn)分別控制3號(hào)備用泵,并且只為第一臺(tái)出現(xiàn)故障的泵備用,也只打開(kāi)這第一臺(tái)故障泵的備用閥門(mén),避免了出現(xiàn)三個(gè)出口閥門(mén)都打開(kāi)的現(xiàn)象,造成水壓流量產(chǎn)生波動(dòng)而影響生產(chǎn)。選擇“手動(dòng)”控制時(shí),可在25Hz～50Hz的頻率范圍內(nèi)進(jìn)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(shí)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(shí),氧槍泵應(yīng)滿足管道中水的壓力。

針對(duì)上述工藝要求,在對(duì)泵的控制選擇“自動(dòng)”時(shí),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(hào),程序設(shè)置電機(jī)自動(dòng)定在25Hz運(yùn)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(hào)給水系統(tǒng)PLC,程序設(shè)置電機(jī)自動(dòng)定在42Hz運(yùn)行,氧槍泵開(kāi)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(jī)電流為360 A。在“下槍”信號(hào)到來(lái)時(shí),PLC給發(fā)出控制變頻器信號(hào)自動(dòng)控制電機(jī)輸出由25Hz上升到42Hz運(yùn)行,變頻器的加速率設(shè)為(Pr0.03=30)。

通過(guò)實(shí)際運(yùn)行,12 s就可達(dá)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(hào)開(kāi)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(jìn)行了完善,設(shè)置了“超壓”聲音報(bào)警,在管道壓力過(guò)高時(shí)報(bào)警,提醒值班人員在保證生產(chǎn)需要的情況下及時(shí)降低頻率,降低水管供水壓力,減少對(duì)管道的損傷,也避免出現(xiàn)生產(chǎn)事故。

4 結(jié)語(yǔ)

將上述程序進(jìn)行修改后,運(yùn)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(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命,還達(dá)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.