关于冶金机械设备几种事故驱动方式的比较.pdf

第 3 2卷第2期 5 8 2 0 1 0年 3月 上海金属 S HANGHAI ME T AL S Vo 1 ． 3 2，No ． 2 Ma r c h，2 01 0 关于冶金机械设备几种事故驱动方式 的比较 于鲛章文超 上海宝钢工程技术有限公 司，上海 2 0 1 9 0 0 【 摘要】 比较了冶金机械设备在停电故障下几种事故驱动方式， 重点介绍了新兴的 E P S E m e r g e n c y P o w e r S u p p l y 事故驱动电源， 并倾向于采用E P S作为冶金设备的主要事故驱动。 【 关键词】 冶金设备事故驱动灵活应急电源 E P S CoM PARI S oN oF DI FF ERENT ACCI DENTS DRI VI NG E QUⅡ ME NT I N ME T AL L URGI C A L P L AN T S Yu J i a o Z h a n g We n c h a o S h a n g h a i B a o s t e e l E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． 【 A b s t r a c t 】 S e v e r a l d ri v i n g e q u i p m e n ts u s e d i n b r e a k d o w n c o n d it i o n a s w e l l a s t h e ir m e ri t s w e r e c o mp a r e d ， e s p e c i a l l y ， a n e w k i n d o f E m e r g e n c y P o w e r S u p p l y E P S w a s i n t r o d u c e d i n d e t a i l ． I t wa s c o n s i d e r e d t h a t t h e a do p t i o n o f EPS c o u l d be a p p l i e d a s ma i n a c c i d e n t s driv i n g e q u i p me n t s ． 【 K e y Wo r d s 】 M e t a l l u r gy E q u i p m e n t s ， A c c id e n t s D ri v i n g ， E m e r g e n c y P o w e r S u p p ly 事故驱动就是当全厂主电源及备用电源均出 现故障时， 在满足相关连锁条件的情况下 ， 将机械 设备由当时所处 的工作工位复位到安全工位的做 法 。如果该设备没有快速进行 事故驱动的话 ， 可 能会对该设备造成严重损害， 也可能引起周边设 备的损坏 ， 进而可能会对生产现场造成危险， 因此 事故驱动在冶金行业的许多机械设备设计 中是必 须要考虑 的。例如 转炉的事故倾动 ， 机械搅拌装 置的事故提升， 氧枪和副枪 的事故提升 ， 各类喷粉 枪 、 顶枪升降的事故提升等等。本文就事故驱动 方式的几种方法进行简单 的比较 ， 并重点 阐述近 几年新兴 的 E P S事故驱动电源。 1 事故驱动的主要方式 目前 ， 事故驱动的设计主要有以下几种形式 1 手动事故驱动 ， 2 气动事故驱 ， 3 液压事故驱动 ， 4 E P S电源事故驱动。 这几种事故驱动方案都是可行的， 具体采用 哪种方案 ， 除了要 比较投资外 ， 不同的工程项 目主 要还是根据用户 的要求 ， 因为不 同的用户对事故 驱动不 同方案的安全性理解是有差异的。 由于真正需要进行事故驱动操作 的发生概率 极低 ， 虽然设备操作规程上要求定期对设备的事 故驱动进行有效性试运转及相应的维护 ， 但是厂 家也并非能完全按照要求进行定期操作 ， 我们也 极少有机会 了解各种事故驱动的可靠性和安全性 的优劣 比较。 目前 的结论是 这几种形式都有业 绩 ， 且理论上可行。现对各种方式 的事故驱动系 统进行逐一分析 。 1 ． 1 手动事故驱动 显然， 这是一种最简单的人工驱动方式， 投资 最省 。该方法主要是用在升降设备中。设备附件 放上检修葫芦 ， 手拉葫芦来提升设备。该方法简 易， 但费时费力。尤其是升降的设备比较大且重 的情况下 ， 人工提升 比较困难。在冶金厂中， 一般 喷粉枪、 测温取样枪等都采用人工手动事故提升， 这类设备的事故提升上没有严格的时间限制 。 作者简介 于鲛， 女， 从事冶金设备 主要是炼钢设备 的设计。 E m a i l y u j i a o b a o s t e e 1 ． c o n 第 2期 于鲛等 关于冶金机械设备几种事故驱动方式的比较 5 9 1 ． 2气动事故 驱 动 气动事故驱动 主要是采用气源 ， 如氮气或压 缩空气作为驱动能源。该系统主要包括 储气罐、 气动控制阀门站 含仪表及相关 电气设备 、 气动 马达 、 配套减速 器、 气动离合 器 或者 电磁 离合 器 、 机上管线以及外部配管。另外， 如果驱动主 电机配套的制动器没有事故 电源 ， 则还需要采用 气动或电动双控制方式的制动器。 气动事故驱动 系统机械设备繁杂 ， 占地面积 大 储气罐需要较大的容积 ， 气动马达及减速器 等传动设备布置较困难溢 制系统设计时不仅要 考虑制动器打开、 离合器动作 以及气动马达工作 的先后时序性 ， 还需要考虑设备在不 同工况条件 下采取不同的控制方法 ， 情况较复杂 ， 调试和实际 操作的过程都比较复杂。 事故驱动气体多采用高压氮气， 实施事故驱 动时会瞬时释放出大量窒息性 气体， 对于附近的 操作人员的人身安全也构成一定 的隐患。 从维护角度看 ， 由于气动马达需要进行 润滑 且能经常动作才可 以保证其运 行的正 常稳定 ， 因 此对于气动事故驱动系统 ， 需要定期进行试验 ， 防 止气动马达失灵。 1 ． 3液压事故驱动 液压事故驱动是采 用液压介质作为动力源。 从工作原理看， 液压事故驱动和气动事故驱动是 类似的， 其主要组成也很类似。主要 的区别是 介 质及工作压力不同 ， 气动介质为氮气或者压缩空 气 ， 工作压力约 1 ． 6 MP a ， 液压介 质为矿物油或者 水乙二醇 ， 工作压力约 1 62 5 MP a ， 液压蓄能器 的容积相对储气罐要小很 多。另外不言而喻 ， 气 动使用气动马达 ， 液压采用液 压马达 。由于系统 压力的差异大 ， 阀 门站内控制 阀门及管路附件等 原理相 同但选型完全不 同， 总体看 ， 采用液压 比气 动所需的成本要高。由于液压油长期不动作会导 致老化 、 黏度增大 ， 如不定期使用会导致系统流量 不足甚至堵塞 ， 因此同样需要经常周期性维护 ， 日 常维护的工作量 比较 大， 维护成 本也相应 增加。 另外 ， 为了减少液压控制系统的难度 ， 主制动器及 离合器最好采用 电磁式。 1 ． 4 E P S电源事故驱动 采用 E P S电源事故驱动， 机械设备完全不需 要增加任何设施， 设计会简化很多， 主电机制动器 的选型也不受任何影响 ， 驱动主减速机上的设 备 布置相对方便简洁 ， 占用空间少。 从电气控制的角度来 说， 气动或液压事故驱 动电气主要考虑的是正常电气传动系统与事故液 压 气动 系统之间的切换可靠； 若采用 E P S电 源 ， 则电气专业要考 虑的主要是增加一套满足进 行事故驱动能力的相应容量的 E P S电源， 另外还 有事故状态下 电气硬接线 的设计 ， 控制系统 的设 计几乎没有增加。 2 E P S电源事故驱动 E P S即应急供 电系统 ， 也称应急 电源 ， 是近两 年才迅猛发展起来的一个新兴产业 ， 其重要性是 在事故发生的情况下确保提供所需 的应急 电力 ， 以有效降低因为断电而造成的损失 。 2 ． 1 E P S应急电源的分类 目前市场上的E P S应急电源针对所带负载的 种类大致可以归纳为以下 3种 。 一 是主要用于应急照明和事故照明的单相 EPS ； 二是用于应急照明、 事故照明之外 ， 还有应用 于空调 、 电梯、 卷帘门、 排气风机 、 水泵等电感性负 载或兼而有之的混合供电的三相系列 E P S ； 三是直接给电动机供 电的变频系列 E P S ， 在 冶金机械设备上应用的主要是这类 E P S 。 2 ． 2 E P S应急电源的设计要求 E P S相 比于发展成熟 的 U P S 即不间断电源， U n i n t e r r u p t a b l e P o w e r S u p p l y 而言， 有相 同之处 ， 也有不同之处 。其相同点在于都具备在受电故障 中断 情况下继续 向负载提供交流 电源的功能 ， 均采用了逆变技术 I G B T 即绝缘栅 双极 晶体管 ， I s o l a t e d G a t e B i p o l a r T r a n s i s t o r 和脉宽调制 P WM P u l s e Wi d t h M o d u l a t i o n 技术。 不同之处是 U P S除了提供不问断供 电外 ， 还 兼备改善市电品质的功能， 而 E P S应急 电源则主 要解决受电故障时 的应急供电问题 ； U P S主要是 为 I 1 ’ 行业设备提供用电保障 在冶金设备中的控 制阀门也常采用 U P S作为备用电源 ， E P S应急 电源则适用于各种行业 ； U P S供 电模式要求切换 时间很短 0～1 0 m s ， E P S应急 电源切换时间则 相对较宽 0～ 4 s ； U P S主要带计算机类负载 ， 而 E PS 应急 电源所带 负载混 杂； U P S对于运行环境 要求较高， E P S应急电源则要求能适应各种环境 ； 上海金属 第 3 2卷 U P S以一般用户监控为 主， E P S应急 电源主要用 于应急供电， 要求与消防联动； U P S以维护信息传 输畅通为主要 目的 ， E P S应急 电源以防范重大灾 难事故为主要 目的。可以形象地比喻， U P S以“ 救 数据” 为主， 而 E P S以“ 救人” 为主。一般 E P S功 率较大， 机内的逆变器处于备用状态 。 鉴于 E P S应急 电源的主要设计 思想是在受 电突然 中断时提供安全可靠 的应急电力供应 ， 因 此 ， 在设计 E P S时应着重考虑其安全性 、 可靠性 、 适用性及合理性 。主要为 1 断电转换时间一般在毫秒级 2 5 ms ， 以 保证供电的及时性 ； 2 负载适应能力强 ， 包括 电容性 、 电感性 、 混合型负载 ， 而且过载能力和抗冲击能力强 ； 3 有多路输出 ， 防止输出单一形成的故障； 4 有消防联动和远程控制信号 ， 可手动与 自动相互转换 ； 5 环境适应能力强， 适用 于各种恶劣环境 ， 有防止高低温 、 湿热 、 盐雾 、 灰尘 、 震动及 鼠咬等措 施 ； 6 使用寿命长 ， 有 电池快速充 电能力和管 理能力； 7 节能 ， 运行效率高 ， 运行成本低 ； 8 有无人值守 、 自动操作功能 ； 9 报警功能齐全 ， 能及 时提供各 种异常状 况的报警 ； 法启动 ； 1 1 无烟雾 、 无噪音 、 无公害等 ； 1 2 维护简单 ， 维护费用低。 2 ． 3 蓄 电池技 术 蓄 电池是 U P S ／ E P S的心脏 ， 不 管 U P S ／ E P S 电路多么先进 ， 其性能最终取决于它的电池 ， 一旦 电池失效 ， 再好的 U P S ／ E P S也无法提供不间断供 电。可以说 E P S的应用及推广取决 于蓄电池技 术 的成熟发展 。 目前 ， U P S ／ E P S一般都使用免维护密封铅酸 蓄电池 ， 由于采用阴极吸收式密封技术 ， 克服了普 通蓄电池需要定期补水的缺点 ， 具有“ 免维护” 、 使用方便 、 不 污染 环境 、 体 积小、 重量轻 的优 点。 它使用高氢过 电位的板栅材料 ， 减少了电池在存 放和充电过程 中的气体分解。正极表面的超细玻 璃纤维膜 ， 阻止了活性物质脱落 ， 提高了电池的寿 命 。安全阀的使用使蓄 电池很少产生气体 ， 又可 使 已产生的氧气被负极铅所吸收 ， 使蓄电池无水 的损失 ， 达到了密封免维护的目的。 3 事故驱动在冶金机械设备中的应用举例 3 ． 1转炉的事故倾动 当全厂主电源及备用 电源均出现故障时， 在 满足相关连锁条件的情况下 ， 事故倾 动将转炉 由 当时所处的任意角度旋转到加料侧方 向 4 0 。 左 右的位置是最安全的做法 ， 因为其他角度炉 口所 对应的位置都有相关设备存在。 1 0 有强启动功能 ， 避免电池环节保护后无 E P S用于转炉事故倾动的优越性见表 1 。 表 1 3种转炉事故倾动方式的综合比较 下转第 6 2页 6 2 上海金属 第 3 2卷 指标全部达到或超过德 国大众的技术要求 。并于 1 9 9 8年 6月通过 了上海市科委 的科 学技术鉴定 沪科鉴 9 8 G 0 1 1 7 8号 ， 鉴定委员会一致认为“ 此 项 目成果国内首创 ， 达到了国际先进水平” 。项 目 组初战告捷 ， 随即着手准备开展宝特按时供货 、 上 海汇众安排生产的各项事宜。 3 新的合作伙伴 当项 目组沉浸在成功的喜悦中时， 传来 了宝钢 产业提升能级， 带钢生产线转产的不利消息。项 目 组遇到了挫折， 但组中上海大学教授们的科研意识 很明确 搞研究的目的是在于应用 ， 不能因为项 目 已经完成 ， 企业是否生产与 己无关 ， 而是要将产业 化的工作做到底， 随后开始寻找新的合作伙伴的工 作。2 0 0 4年他们主动找到有带钢生产经验的南京 钢铁联合有限公司， 南钢联表示愿意参加这项有意 义的工作 ， 在先进钢铁材料技术国家工程研究中心 的支持下 ， 上海大学、 钢铁研究总 院、 上海汇众公 司、 南钢联开展了新的一轮合作。由于有前一轮研 制的理论基础和工作经验， 项 目组迅速进入 了试验 研究， 但生产条件发生 了变化， 需要在设备和工艺 上再做大量的调整和改进， 合作各方齐心协力开展 联合攻关。上海大学的教授深入现场 ， 采集第一手 资料， 修改实验方案； 南钢联严把冶炼质量关 ， 对热 轧生产线进行了技术改造， 增加控冷环节等有效措 施； 汇众公司根据新材料的生产周期合理调节试生 产节拍， 终于又一次完成 了所有的试验工作， 各项 技术指标均满足和超过大众公司的要求。项 目组 于2 0 0 6年在北京召开了“ 汽车微合金化钢板 横梁 钢 应用研究” 的项目验收会， 与会专家给予了高度 评价 ， 上海汇众和南钢联的与会领导对此表示了极 大的兴趣和信心。 4成功和憧憬 在项 目完成后 ， 合作多方继续进行批产完善 工作 ， 目前已完成 了各项试验考核指标。上海大 众已同意上海汇众采用国产横梁带钢用于上海大 众的桑塔纳轿车和 L A V I D A朗逸车的后桥总成 上 ， 上海汇众与南钢联 已签署长期供货协议， 上海 大学表示将继续支持南钢联的精益化生产 ， 协助 上海汇众公司解决生产中出现的新的问题 。 由于德系轿车的后桥横梁钢是一个特制的带 自然边的热轧带钢， 具有比其他钢材更好的耐疲劳 性能和安全性 ， 只有德方独家供应 ， 其要价很高 ， 供 货条件完全 由供方控制。国产横梁钢实现了对上 海大众的桑塔纳轿车和 L A V I D A朗逸车的成功应 用， 既打破了供货渠道的垄断， 又可大幅度降低生 产成本 ， 在此基础上还可以延伸到上汽和一汽的德 系其他车型的横梁上， 应用前景十分广阔。同时横 梁钢的国产化对上海大众 、 上海汇众、 南钢联都会 带来明显的经济效益 ， 是一件于国、 于民都有利的 好事 ， 也是产学研成功合作的一个典型范例。 上接第 6 0页 通常转炉采用 E P S事故倾动 ， 适 当增大一些 容量也可同时满足氧枪及副枪的事故提升。二 台 或更多 转炉的事故倾动、 氧枪和副枪事故提升 可共用一套 E P S供 电， 不需要大量 的配套事故用 机械设备 ， 显然是合理的做法。 3 ． 2 K R升降装置事故提升 K R是铁水预处理机械搅拌设备， 当全厂主 电源及备用电源均出现故障时， 在满足相关连锁 条件的情况下 ， 事故提升 系统需将搅拌桨 由搅拌 工位提升到安全工位 ， 以免搅拌浆烧坏 ； 同时可以 通过运输车的事故牵引装置将铁水罐运输出搅拌 位。 以炼钢车间配置两套 1 5 0 t K R装置为例 ， 如 果设计的是气动事故提升系统 ， 即每套升降电机 的后输 出轴都配 备 了一 套气 动马达 ； 如果采 用 E P S ， 两个工位只需 一套即可。配置简单且成本 低。如果现场有多套 K R装置， 那么采用 E P S的 优势就更 明显不过 了， 一套 E P S可以在期望的时 间内将所有的设备逐一进行事故提升。 4结论 一 套 E P S系统 ， 免去 了所有 事故驱动设备 ， 对设备的控制操作方式可完全按 照正常工况进 行 ， 杜绝 了所有 的事故用机械设备的故障源 ， 系统 的稳定性 、 安全性以及可操作性都是最好的。推 荐采用 E P S 应急电源作为设备的事故驱动方式。 收稿 日期 2 0 0 91 0 2 6