冷卻塔風(fēng)機是循環(huán)水系統(tǒng)的核心設(shè)備,就循環(huán)水設(shè)備治理情況看,無論是從設(shè)備的數(shù)目、維修工作量、耗電量等哪個方面來講,冷卻塔風(fēng)機都占有很大比重。風(fēng)機臺數(shù)占車間設(shè)備總量的57%,維修工時占總量的60%,電耗占總量的22%。如何在節(jié)能降耗、減少勞動力的情況下來保證設(shè)備的長周期運行,必然要應(yīng)用先進的科學(xué)技術(shù)及治理方法。自1993年開始,筆者單位與中科院工程熱物理所合作,共同研制開發(fā)了風(fēng)機節(jié)能自控和安全自控2套監(jiān)測系統(tǒng),即“KR-933型風(fēng)機節(jié)能控制器”、“KR-939型風(fēng)機安全運行監(jiān)控器”。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在循環(huán)水車間得到了全面應(yīng)用,并取得了理想的效果。
1 風(fēng)機節(jié)能控制器的研究
提出風(fēng)機節(jié)能控制治理的目的,是實現(xiàn)風(fēng)機運行閉環(huán)自動控制。根據(jù)生產(chǎn)的需要預(yù)先設(shè)定供水溫度,由天氣氣象環(huán)境對水溫的影響、系統(tǒng)換熱條件的改變對水溫的影響,用溫感探頭的實測值及時反應(yīng)出來,終極通過調(diào)控降溫設(shè)備的能耗來穩(wěn)定供水溫度,實現(xiàn)自控節(jié)能。
通常以為,“變頻調(diào)速技術(shù)”是完成上述過程的理想方法。但變頻調(diào)速技術(shù)在循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機控制上的運用存在如下局限性和缺陷:
①電機脫離額定轉(zhuǎn)速的低速運行,以及轉(zhuǎn)速、扭矩、功耗之間的非線性關(guān)系,也使電機的運行效率大為降低。
?、谧冾l器自身的能量損耗(均勻運行效率不足90%)影響節(jié)能效果。
③“變頻調(diào)速技術(shù)”可以做到很高的控溫精度,但這在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)卻不很重要。
④
設(shè)計上還必須考慮變頻調(diào)速器運行在某些特定轉(zhuǎn)速時的破壞性共振題目,和變頻調(diào)速器產(chǎn)生強電磁污染對其它儀表的干擾等題目。
?、葑冾l調(diào)速系統(tǒng)價格較為昂貴(每千瓦1000元左右),新建工程和老設(shè)備改造都需較大投進。
⑥變速運行造成風(fēng)扇葉片攻角改變(迎風(fēng)角),風(fēng)機脫離工作點運行使效率降低。
我們根據(jù)冷卻塔風(fēng)機往往是以多臺并聯(lián)的機群形式工作,為此提出了根據(jù)丈量供水溫度的變化,自動調(diào)節(jié)風(fēng)機的開、停機數(shù)目達到控溫節(jié)能的目的。
這是一種簡單易行、用度低廉的控制方法,但它又有別于常規(guī)的PID模擬調(diào)節(jié)方式。它是一種單變量離散控制閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng),既要保證有一定的控溫精度,又不答應(yīng)風(fēng)機頻繁啟停;既要保證風(fēng)性能單臺工作,又要求多臺風(fēng)機在時間和啟停次數(shù)上平衡運行。
針對
冷卻塔風(fēng)機控制治理中實際碰到的題目,我們提出了“溫度丈量范圍”、“丈量精度”、“顯示分辯率”、“丈量上下限”、‘丈量校準值”、“執(zhí)行周期”、“溫度允差”、“溫度速率允差”等共18項基本設(shè)計要求進行研發(fā)制作,并于1993年3月首次在第三循環(huán)水場風(fēng)機現(xiàn)場試用,該系統(tǒng)命名為“KR-933風(fēng)機智能控制器”。
2 風(fēng)機安全監(jiān)控器研究
提出風(fēng)機安全監(jiān)控治理的目的,是為了自動檢測出振動、油溫、油位的變化數(shù)值,并進行顯示和記錄,同時對檢測值超限的風(fēng)機進行報警和停機,以求達到風(fēng)機安全平穩(wěn)運行的目的,減少甚至杜盡風(fēng)機損壞事故的發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)場治理的實際情況,確定了“風(fēng)機振動”、“滑油油溫”、“減速箱油位”3個參數(shù)是保證風(fēng)機安全最重要的運行參數(shù)。又確定了“丈量范圍”、“丈量精度”、“巡檢時間”等共15項設(shè)計參數(shù)進行研發(fā)制作。該系統(tǒng)于1993年9月在循環(huán)水場得到首次試用,命名為“KR-939風(fēng)機安全監(jiān)控器”。
該系統(tǒng)運用了多參數(shù)組合探頭技術(shù)、數(shù)字指令編碼技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)治理技術(shù)。三參數(shù)組合探頭安裝于風(fēng)機減速箱泊尺固定座上,其探桿直接插進滑油中,將減速箱內(nèi)的油溫、泊位及設(shè)備振動值直接轉(zhuǎn)換為電信號,并遠傳至控制室內(nèi)的風(fēng)機安全監(jiān)控器。每臺安全監(jiān)控器可以用一條四芯電纜掛接8只組合探頭,對8臺風(fēng)機的運行參數(shù)進行實時監(jiān)控,同時完成數(shù)字顯示。超限報警、超限停機等多相功能。經(jīng)過了多次的試驗和改型設(shè)計,目前已經(jīng)成功運用于設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)場,各項參數(shù)達到了預(yù)定的設(shè)計要求。
3 實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)控制
上面先容的兩種測控系統(tǒng),可以通過一條四芯通訊電纜(RS-422標準串行接口)與1臺治理計算機連接,計算機可以是通用型PC機或工控機。當(dāng)配備相應(yīng)的組態(tài)化監(jiān)控治理軟件(DCS-900軟件),即可與多臺KR-933、KR-939監(jiān)控器實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。與計算機聯(lián)網(wǎng)后的風(fēng)機監(jiān)控器增加了如下功能:
?、偻瑫r監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)所有控制器的丈量參數(shù),實現(xiàn)綜合治理。
?、谛薷木W(wǎng)內(nèi)各控制器的設(shè)定參數(shù)。
?、鄹鶕?jù)各控制器運行參數(shù)變化實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化治理。
?、苓M行歷史數(shù)據(jù)及圖形的記錄,幫助分析,方便查詢。
4 風(fēng)機治理研究的效果
自1993年開始北京燕化煉油廠進行風(fēng)機自控治理試驗,取得了良好的效果,主要成績反應(yīng)在節(jié)能和安全運行兩個方面。
4.1 風(fēng)機運行節(jié)電效果明顯
以安裝了KR-933的第二循環(huán)水場為例,使用KR-933節(jié)能控制器的節(jié)能效果見表1。
如表1所示,最初現(xiàn)場試用KR-933節(jié)能控制器的第三循環(huán)水場,在1993年風(fēng)機負荷較重的6,7,8,9這4個月內(nèi),耗電量與1991,1992年同期相比,節(jié)電量178533kW•h,若以0.45元/(kW•h)計算,這4個月共節(jié)約用電費7.92萬元;而第三循環(huán)水場安裝節(jié)能控制器的用度只有4.36萬元,可見投進的用度只需設(shè)備運行幾個月就能收回。
目前我廠已陸續(xù)在4個循環(huán)水場應(yīng)用了KR-933智能控制器13臺,受控風(fēng)機92臺,取得了可觀的經(jīng)濟效益。
表1 KR-933節(jié)能效果
4.2 保證風(fēng)機安全運行
經(jīng)過幾年的精益求精,到1998,1999年度,安全監(jiān)控器的正確率得到了大幅度的進步,其中1999年1月至1999年7月的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,系統(tǒng)共報警17次,其中查出設(shè)備存在題目的有13臺,報警正確率大于76.5%;并且在設(shè)備檢查過程中,發(fā)現(xiàn)了2臺具有嚴重設(shè)備隱患的題目,避免了設(shè)備的嚴重毀壞,收到了良好的經(jīng)濟效果。
根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗,處于完好狀態(tài)下的風(fēng)機,其油溫、油位、振動曲線的特征如下:
①油溫曲線:從開、停機時刻起逐漸升、降,約1h左右變成一條近似直線的平滑曲線。
?、诓次磺€:無論是否開機,都應(yīng)近似一條水平的直線。
?、壅駝忧€:開機狀態(tài)下,圍繞一條虛擬的直線作上下窄幅振蕩的不規(guī)則曲線。
1994年以來,我廠先后在6個循環(huán)水場安裝了13臺KR-939型風(fēng)機安全監(jiān)控器,對86臺不同類型的風(fēng)機進行了長期在線監(jiān)測。使我廠風(fēng)機的檢驗維護由原來的主要依據(jù)風(fēng)機累計運行時間安排大修,變?yōu)楦鶕?jù)監(jiān)控器的丈量數(shù)據(jù)來安排檢驗,使風(fēng)機的檢驗維護工作變得更加科學(xué)公道。安裝安全監(jiān)控器后的風(fēng)機,檢驗工作量比原來降低了大約30%;同時,多次避免了風(fēng)機嚴重毀壞性事故的發(fā)生,幾年來,沒有發(fā)生過任何意外損壞事故,取得了可觀的效益。
5 不足之處
5.1 大型風(fēng)機不適合應(yīng)用KR-933節(jié)能控制器
對于大功率少機組風(fēng)機的循環(huán)水場,由于每開停1臺風(fēng)機,都會對水溫產(chǎn)生很大的影響。因而,應(yīng)用KR-933風(fēng)機節(jié)能控制器無法正常穩(wěn)定控制水溫。如第六循環(huán)水場共有3臺直徑8.53m、功率160kW的風(fēng)機,假設(shè)安裝風(fēng)機節(jié)能控制器,在設(shè)定溫度速率允差。溫度允差、執(zhí)行周期等參數(shù)時,必然產(chǎn)生極大的矛盾,很難選擇出適當(dāng)?shù)膮?shù)值,終極也達不到節(jié)能降耗的目的。這種情況下的風(fēng)機治理,比較適合采用自動變頻調(diào)速系統(tǒng)進行控制治理。目前也正在進行這方面的預(yù)備工作。
5.2 KR-939安全控制系統(tǒng)的油位丈量技術(shù)還有待改進
目前KR-939安全監(jiān)控器仍存在不足,其主要題目是油位監(jiān)測,由于受惡劣條件的影響,較輕易出現(xiàn)熱絲結(jié)垢、滑油含水造成斷絲故障。若探頭檢驗不及時,還需要進行人工上塔巡檢實測。
加強風(fēng)機的科學(xué)現(xiàn)代化治理,還應(yīng)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上精益求精。
冷卻塔風(fēng)機是循環(huán)水系統(tǒng)的核心設(shè)備,就循環(huán)水設(shè)備治理情況看,無論是從設(shè)備的數(shù)目、維修工作量、耗電量等哪個方面來講,冷卻塔風(fēng)機都占有很大比重。風(fēng)機臺數(shù)占車間設(shè)備總量的57%,維修工時占總量的60%,電耗占總量的22%。如何在節(jié)能降耗、減少勞動力的情況下來保證設(shè)備的長周期運行,必然要應(yīng)用先進的科學(xué)技術(shù)及治理方法。自1993年開始,筆者單位與中科院工程熱物理所合作,共同研制開發(fā)了風(fēng)機節(jié)能自控和安全自控2套監(jiān)測系統(tǒng),即“KR-933型風(fēng)機節(jié)能控制器”、“KR-939型風(fēng)機安全運行監(jiān)控器”。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在循環(huán)水車間得到了全面應(yīng)用,并取得了理想的效果?!?br />
1. 風(fēng)機節(jié)能控制器的研究
提出風(fēng)機節(jié)能控制治理的目的,是實現(xiàn)風(fēng)機運行閉環(huán)自動控制。根據(jù)生產(chǎn)的需要預(yù)先設(shè)定供水溫度,由天氣氣象環(huán)境對水溫的影響、系統(tǒng)換熱條件的改變對水溫的影響,用溫感探頭的實測值及時反應(yīng)出來,終極通過調(diào)控降溫設(shè)備的能耗來穩(wěn)定供水溫度,實現(xiàn)自控節(jié)能。
通常以為,“變頻調(diào)速技術(shù)”是完成上述過程的理想方法。但變頻調(diào)速技術(shù)在循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機控制上的運用存在如下局限性和缺陷:
?、佟白冾l調(diào)速技術(shù)”可以做到很高的控溫精度,但這在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)卻不很重要。
?、谧冾l器自身的能量損耗(均勻運行效率不足90%)影響節(jié)能效果。
?、圩兯龠\行造成風(fēng)扇葉片攻角改變(迎風(fēng)角),風(fēng)機脫離工作點運行使效率降低。
?、茈姍C脫離額定轉(zhuǎn)速的低速運行,以及轉(zhuǎn)速、扭矩、功耗之間的非線性關(guān)系,也使電機的運行效率大為降低。
?、葑冾l調(diào)速系統(tǒng)價格較為昂貴(每千瓦1000元左右),新建工程和老設(shè)備改造都需較大投進。
?、拊O(shè)計上還必須考慮變頻調(diào)速器運行在某些特定轉(zhuǎn)速時的破壞性共振題目,和變頻調(diào)速器產(chǎn)生強電磁污染對其它儀表的干擾等題目。
我們根據(jù)冷卻塔風(fēng)機往往是以多臺并聯(lián)的機群形式工作,為此提出了根據(jù)丈量供水溫度的變化,自動調(diào)節(jié)風(fēng)機的開、停機數(shù)目達到控溫節(jié)能的目的。
這是一種簡單易行、用度低廉的控制方法,但它又有別于常規(guī)的PID模擬調(diào)節(jié)方式。它是一種單變量離散控制閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng),既要保證有一定的控溫精度,又不答應(yīng)風(fēng)機頻繁啟停;既要保證風(fēng)性能單臺工作,又要求多臺風(fēng)機在時間和啟停次數(shù)上平衡運行。
針對冷卻塔風(fēng)機控制治理中實際碰到的題目,我們提出了“溫度丈量范圍”、“丈量精度”、“顯示分辯率”、“丈量上下限”、‘丈量校準值”、“執(zhí)行周期”、“溫度允差”、“溫度速率允差”等共18項基本設(shè)計要求進行研發(fā)制作,并于1993年3月首次在第三循環(huán)水場風(fēng)機現(xiàn)場試用,該系統(tǒng)命名為“KR-933風(fēng)機智能控制器”。
2 風(fēng)機安全監(jiān)控器研究
提出風(fēng)機安全監(jiān)控治理的目的,是為了自動檢測出振動、油溫、油位的變化數(shù)值,并進行顯示和記錄,同時對檢測值超限的風(fēng)機進行報警和停機,以求達到風(fēng)機安全平穩(wěn)運行的目的,減少甚至杜盡風(fēng)機損壞事故的發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)場治理的實際情況,確定了“風(fēng)機振動”、“滑油油溫”、“減速箱油位”3個參數(shù)是保證風(fēng)機安全最重要的運行參數(shù)。又確定了“丈量范圍”、“丈量精度”、“巡檢時間”等共15項設(shè)計參數(shù)進行研發(fā)制作。該系統(tǒng)于1993年9月在循環(huán)水場得到首次試用,命名為“KR-939風(fēng)機安全監(jiān)控器”。
該系統(tǒng)運用了多參數(shù)組合探頭技術(shù)、數(shù)字指令編碼技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)治理技術(shù)。三參數(shù)組合探頭安裝于風(fēng)機減速箱泊尺固定座上,其探桿直接插進滑油中,將減速箱內(nèi)的油溫、泊位及設(shè)備振動值直接轉(zhuǎn)換為電信號,并遠傳至控制室內(nèi)的風(fēng)機安全監(jiān)控器。每臺安全監(jiān)控器可以用一條四芯電纜掛接8只組合探頭,對8臺風(fēng)機的運行參數(shù)進行實時監(jiān)控,同時完成數(shù)字顯示。超限報警、超限停機等多相功能。經(jīng)過了多次的試驗和改型設(shè)計,目前已經(jīng)成功運用于設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)場,各項參數(shù)達到了預(yù)定的設(shè)計要求。
3 實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)控制
上面先容的兩種測控系統(tǒng),可以通過一條四芯通訊電纜(RS-422標準串行接口)與1臺治理計算機連接,計算機可以是通用型PC機或工控機。當(dāng)配備相應(yīng)的組態(tài)化監(jiān)控治理軟件(DCS-900軟件),即可與多臺KR-933、KR-939監(jiān)控器實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。與計算機聯(lián)網(wǎng)后的風(fēng)機監(jiān)控器增加了如下功能:
?、偻瑫r監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)所有控制器的丈量參數(shù),實現(xiàn)綜合治理。
?、谛薷木W(wǎng)內(nèi)各控制器的設(shè)定參數(shù)。
③根據(jù)各控制器運行參數(shù)變化實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化治理。
?、苓M行歷史數(shù)據(jù)及圖形的記錄,幫助分析,方便查詢。
4 風(fēng)機治理研究的效果
自1993年開始北京燕化煉油廠進行風(fēng)機自控治理試驗,取得了良好的效果,主要成績反應(yīng)在節(jié)能和安全運行兩個方面。
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