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工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)溫控改造研究

2019-01-10 08:59黃福山
機(jī)械制造 2018年12期
關(guān)鍵詞:溫控加熱器冷卻水

黃福山

上海源仝機(jī)電設(shè)備有限公司 上海 201419

1 工藝?yán)鋮s水概述

筆者單位有一臺(tái)大型高級醫(yī)用設(shè)備,耗電量大,對溫度要求嚴(yán)格,一般要求溫度控制在27℃,誤差要求在1℃范圍內(nèi)。為了保證這一設(shè)備恒溫工作,配備了一次工藝?yán)鋮s水、二次工藝?yán)鋮s水、三次工藝?yán)鋮s水三疊式冷卻系統(tǒng),以及五組電加熱器、三臺(tái)冷水機(jī)組、36臺(tái)水泵、15臺(tái)風(fēng)機(jī)、多種電柜等控制設(shè)備。設(shè)備一旦開啟,每小時(shí)的耗電量在1 160 kWh以上。即使配置了如此多的制熱制冷設(shè)備,有時(shí)仍然難以保證溫度滿足要求,還浪費(fèi)了能源。

基于此,需要對工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)進(jìn)行溫控改造。為了保證脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行,需要保持工藝水箱水位為給定數(shù)值。當(dāng)脫硫吸收塔入口溫度、蒸汽溫度等因素變化時(shí),會(huì)引起工藝?yán)鋮s水箱水位的變化。這時(shí),值班操作員根據(jù)水位計(jì)指示值與標(biāo)尺上給定值之差,操作控制閥的開度,改變給水流量,使工藝?yán)鋮s水箱水位回到給定值。如果用設(shè)備代替值班操作員,那么工藝?yán)鋮s水箱水位h經(jīng)測量變送器測量并轉(zhuǎn)換為具有一定函數(shù)關(guān)系的電信號h1,與水位給定值h2進(jìn)行比較,將兩者之差(h2-h1)送入控制器。控制器根據(jù)偏差的正負(fù)及大小,發(fā)出一定規(guī)律的輸出控制信號,指揮執(zhí)行器操作給水控制閥的開度,改變給水流量,從而改變工藝?yán)鋮s水箱的水位。

自動(dòng)控制系統(tǒng)按工作原理分為反饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)和反饋前饋控制系統(tǒng),工藝?yán)鋮s水箱的水位控制為反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)的基本工作原理是根據(jù)被控量與給定值之間的誤差進(jìn)行控制,最后消除誤差。為了取得誤差信號,需要有被控量測量值的反饋信號,從而將系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)閉合回路,這種系統(tǒng)也稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)??刂破鞲鶕?jù)水位與給定值的誤差控制給水量,以改變水位。水位測量值反饋到控制器構(gòu)成閉環(huán),控制器再根據(jù)誤差校正給水量,最后消除誤差。

工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)為:工藝水箱液位不超過1 m,延時(shí)30 s停工藝?yán)鋮s水泵;工藝水箱溫度超過70℃停工藝?yán)鋮s水泵;床層壓降低于500 Pa超過5 s,停工藝?yán)鋮s水泵;吸收塔出口溫度低于70℃,停工藝?yán)鋮s水泵;工藝?yán)鋮s水泵出口電動(dòng)閥關(guān)到位超過10 s,停工藝?yán)鋮s水泵。工藝?yán)鋮s水泵啟動(dòng)順序?yàn)椋簡?dòng)工藝?yán)鋮s水泵,工藝?yán)鋮s水泵出口電動(dòng)閥打開,水槍回水調(diào)節(jié)閥打開至100%,回水關(guān)斷閥打開。工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)備有水箱液位計(jì)、水箱水溫測點(diǎn)、水泵出口電動(dòng)閥、水箱補(bǔ)水氣動(dòng)閥、回水調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)等。

2 改造前溫控情況

如圖1所示,負(fù)載的工作溫度要求為27±1℃ 。當(dāng)負(fù)載溫度高于27℃時(shí),三疊式工藝?yán)鋮s系統(tǒng)對設(shè)備降溫。當(dāng)負(fù)載溫度低于27℃時(shí),冷卻系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī),電加熱器自動(dòng)通電加熱,使設(shè)備升溫。通過升溫和降溫保證負(fù)載溫度為27±1℃,控溫精度要求高。

▲圖1 溫控系統(tǒng)示意圖

由圖1可知,使設(shè)備恒溫實(shí)際上是對一次工藝?yán)鋮s水調(diào)溫。當(dāng)設(shè)備超溫需要降溫時(shí),一次工藝?yán)鋮s水帶走設(shè)備的熱量,自身溫度有升高的趨勢,二次工藝?yán)鋮s水帶走一次工藝?yán)鋮s水的熱量,又使一次工藝?yán)鋮s水溫度降溫。一次工藝?yán)鋮s水到底是升溫還是降溫,取決于設(shè)備產(chǎn)生的熱量和二次工藝?yán)鋮s水帶走的熱量是否平衡。如果二次工藝?yán)鋮s水帶走的熱量不足以抵消設(shè)備產(chǎn)生的熱量,那么二次工藝?yán)鋮s水要提升流量,加強(qiáng)對一次工藝?yán)鋮s水的降溫效果。如果還不行,那么三次工藝?yán)鋮s水將自動(dòng)啟動(dòng),幫助二次工藝?yán)鋮s水提升冷卻能力。當(dāng)設(shè)備溫度低于27℃需要升溫時(shí),自動(dòng)關(guān)閉冷卻控制,啟動(dòng)電加熱器,根據(jù)升溫強(qiáng)度自動(dòng)選擇加熱的擋位和功率。只要控制合理,調(diào)節(jié)得當(dāng),就可以保證負(fù)載設(shè)備達(dá)到基本恒溫。但實(shí)際情況是,這一溫控方案并不完善,如三通閥的開度調(diào)節(jié)僅受溫度取樣點(diǎn)溫度的約束。溫度取樣點(diǎn)溫度高于標(biāo)定溫度,三通閥就打開。溫度取樣點(diǎn)溫度等于標(biāo)定溫度,三通閥門就關(guān)閉。溫度取樣點(diǎn)溫度低于標(biāo)定溫度,加熱器就自動(dòng)開啟??刂拼植?,控制變量選擇單一,造成了控制精度差,出現(xiàn)過調(diào)或欠調(diào)。特別是過調(diào),會(huì)使制熱或制冷裝置過度工作,從而造成能源浪費(fèi),降低控制效率。由此可見,需要對工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)進(jìn)行溫控改造。

3 溫度檢測點(diǎn)

對系統(tǒng)溫控最有影響的變量是一次工藝?yán)鋮s水的溫度,因此對測溫進(jìn)行研究。

如圖2所示,在一次水回路中,溫度從B點(diǎn)傳導(dǎo)到A點(diǎn)約有25 s的延時(shí),溫度有損失。溫度從D點(diǎn)傳導(dǎo)到C點(diǎn)約有15 s的延時(shí),溫度有損失。一次水循環(huán)一周大約要40 s。

設(shè)備側(cè)是產(chǎn)熱源,也是受控源。根據(jù)水的流向,不難判定:降溫控制時(shí),A點(diǎn)溫度高于B點(diǎn)溫度,D點(diǎn)溫度高于C點(diǎn)溫度;升溫控制時(shí),A點(diǎn)溫度高于B點(diǎn)溫度。

根據(jù)分析結(jié)果,可以得到結(jié)論:用單一的A點(diǎn)溫度來進(jìn)行恒溫控制,過于粗糙,控制準(zhǔn)確度低。要達(dá)到所要求的精度,必須進(jìn)行溫控改造。

▲圖2 溫度測點(diǎn)示意圖

4 溫控改造方案

進(jìn)行溫度改造時(shí),需要制訂控制關(guān)系表,具體包括:① 負(fù)載在標(biāo)準(zhǔn)溫度(27℃)下,每升高0.1℃所需要的熱量;② 負(fù)載在標(biāo)準(zhǔn)溫度(27℃)下,每降低0.1℃所需要的冷量;③電加熱功率強(qiáng)度的切換溫度表;④工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)接入的溫度調(diào)節(jié)表;⑤以上各表的輸入地址。編制控制關(guān)系的運(yùn)作程序,制訂溫度取樣規(guī)則,并送入計(jì)算機(jī)由運(yùn)作程序進(jìn)行處理。這其中,最重要的是溫度取樣規(guī)則。

一次工藝?yán)鋮s水從B點(diǎn)經(jīng)電加熱器到達(dá)A點(diǎn),有35 s的延時(shí),造成B點(diǎn)溫度低于A點(diǎn)。假設(shè)B點(diǎn)溫度為27℃,A點(diǎn)溫度為28℃,這時(shí)如果將B點(diǎn)視為溫度檢測點(diǎn),那么一次工藝?yán)鋮s水不需要調(diào)控,但實(shí)際上負(fù)載溫度已是28℃,導(dǎo)致欠調(diào),負(fù)載溫度超標(biāo)。如果將A點(diǎn)視為溫度檢測點(diǎn),那么負(fù)載因溫度超標(biāo)而需調(diào)控,結(jié)果會(huì)導(dǎo)致三通閥的開度加大,一次工藝?yán)鋮s水溫度降溫,B點(diǎn)溫度降為26℃,A點(diǎn)溫度降為27℃。B點(diǎn)低溫水流到電加熱器,就會(huì)啟動(dòng)電加熱器加熱,關(guān)斷三通閥,引起錯(cuò)控,造成加熱器能源浪費(fèi)。以上分析表明,只要A點(diǎn)、B點(diǎn)之間有1℃以上的溫差,A點(diǎn)或B點(diǎn)就都不能單獨(dú)用來作為溫度檢測點(diǎn)。

通過研究探討,在系統(tǒng)設(shè)備出水口設(shè)置D點(diǎn),在板交進(jìn)水口設(shè)置C點(diǎn)。為了解決三通閥調(diào)節(jié)延時(shí)性導(dǎo)致超溫的問題,取C點(diǎn)和D點(diǎn)兩點(diǎn)溫度的大值進(jìn)行提前調(diào)節(jié),將A點(diǎn)的溫度設(shè)為27℃基礎(chǔ)值,B點(diǎn)溫度仍然為電加熱器工作的監(jiān)測點(diǎn)。

通過以上方案,解決了調(diào)節(jié)延時(shí)的問題,也解決了過調(diào)的問題。

5 改造后成效

改造前工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)溫控效果不理想,雖然大多數(shù)情況溫度被控制為27±1℃,但有相當(dāng)時(shí)間超出了1℃。溫度曲線波動(dòng)大,說明過調(diào)頻繁,能源浪費(fèi)多。

改造后溫控效果理想,工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)溫度均沒有超過27±0.5℃,能源浪費(fèi)也有所減少??梢?,改造后節(jié)能效果明顯。

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