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专论 S O 2 风机自动控制系统与联锁保护 刘立峰 中国恩菲工程技术有限公司北京1 0 0 0 3 8 【 摘要】s o ， 鼓风机是有色 台 炼烟气制酸系统的关键设备， 文章简 要 介绍 T s o 。 鼓风机 系统的设备构成， 详细描 述了鼓风机本体 及辅助设备的控 制要求 ， 重点阐述了风机控制保护功能的设计，包括控制系统的硬件 架构， 控制流程， 风机联 锁保护等。 【 关键词l制酸； s o ， 鼓风机； 硬件配置； 联锁保护 The De s i g n o f SO2 Ce nt r i f uga 1 Bl o we r Con t r o l Sys t e m Li u Li f e ng Chi na ENFI Engi ne e r i ng COr PO r a t i O n， Be i j i ng 1 0 0 0 3 8 ， C h i n a Ab s t r a c t SO2 c e nt r i f ug al b l o we r i s a ke y e q ui p me n t i n s ul f ur i c ac i d -pr o du ci ng s ys t e m de a l i n g wi t h me t a l l ur gi c a l 0 f f _ g a s．Thi s pa p e r br i f e l y i n t r o du c e s t he S O2 bl o we r ， a s we l l a s i t s a uxi l i ar y f a c i l i t i e s ， a nd de s c r i be s t he c o nt r o l r e q ur i me nt s o f t he bl o we r s ys t e m ， e mp has i s e s o n e xp l a i ni ng t he de s i gn o f c o nt r ol pr ot e c t f unc t i o n o f t he c on t r o 1 s ys t e m ． i nc l udi ng t he c o nt r o l s ys t e m ha r dwa r e c 0 nf i g ur a t i On，c o n t r o l pr o c e s s a nd t he r e qur i me n t s o f i n t e r l o c k c o n t r o 1 ． Ke y wor ds a ci dpr 0du c i ng s ys t e m , SO2 bl o we r , ha r d war e c 0 nf i g ur a t i O n} i n t e r l o c k c o n t r o l 前言 S O 鼓风机是有色冶炼厂烟气制酸系统中最大的电动机和最关键 的工艺设备， 是烟气制酸流程的动力来源， 具有功率大、 辅助配套设备 多、 保护要求高、 控制复杂、 运行环境差等特点。 通常， 在烟气制酸工艺 流程中， S O 风机能否正常运行， 直接影响着整个生产工艺流程， 风机控 制系统正是风机正常运行的保障。 本文以国外某大型铜冶炼厂硫酸S O 风机控制系统为设计研究对象， 简单介绍了风机系统的构成， 重点阐述 了风机控制系统的功能和联锁保护要求。 1 ， 系统概述 S O， 凤机系统机电设备主要由以下几部分组成 主电机、 K K K风 机、 入口导叶装置、 油箱、 水冷装置、 齿轮变速箱、 连轴器、 高压电机液 态电阻软启动装置等。 S O 风机系统设备构成框图如图l 所示 入L I 导叶装 置 图1 一 齿轮变速箱 ’⋯。。’～ 一 油箱 i l ．．．一 一⋯ s O 系统设备构成框图 阻软启动 装置 该冶炼厂S O 风机为德国K K K风机， 电机为国产配套， 额定功率 3 7 5 0 k W， 额定电压1 0 k V ， 采用液态电阻降压起动方式。 风机本体及辅助配套设备上检测仪表为设备厂家配套， 包括主电 动机前后轴承温度、 电动机定子绕组温度、 润滑油压、 风机轴承温度、 齿轮变速箱高速／ 低速轴承温度、 风机入口 温度、 风机轴 水平、 垂直方 向 振动值检测等。 本风机控制系统选用美国A B 公司的C o n t r o l L o g i x 5 0 0 0 系统。 操作 员通过人机界面可实现风机、 辅助油泵、 事故油泵、 油站加热器和入口 导叶装置的控制， 并对轴承温度、 电机绕组温度、 油温、 油压、 油位、 入 口导叶装置以及油过滤器油压等参数进行实时监控。 2 ． 控制系统构成和风机起动方式 2 ． 1 系统构成 S O， 风机 控 制 系统主 控 制器选 用 美国AB公司 的1 7 5 6 6 l C o n t r o l L o g i x 5 5 6 1 控制器， [ ／ o 卡件、 触摸屏均为A B 产品。 P L C 控制系 统通过C N B 通讯卡与硫酸厂DC S 系统通讯。 风机P L C 控制系统硬件配 置图如图2 所 示。 硫酸 DC S 类型P S CP U C N B R DI DI DI DI DT 一～ 1 7 5 6 J 1 1 7 I M - i ． 7 5 ． I7 5 6 -IMI 6 1 6 I M I 6 i l 名称P A 7 2⋯⋯ R “ ’ ⋯ I l I l l I 类 型P S L rB R i DO AI AI AI A I A 1 AI A I A I A I 墨 蝻；1c7N B56 11州756-[ 7 56- 1m75 6。- 1756- 1756- 1756- 1756- l756- I756- 175B IF6C l IF6C I O F6 IR6l IR6I IR61 IF8 S S C I 图2 s O 2 风机P L C 控制系统硬件配置图 2 ． 2 风机起动方式 为降低起动容量， 风机主电机采用液态电阻软启动方式。 液态软 启动装置是在三相异步电动机定子侧串入液态电阻， 以降低电动机定子 电压， 属于串电阻降压起动方式 。 液态电阻由特制的碱性水溶液配制的电解液构成， 因而， 液态软启 动装置又俗称水电阻启动器。 其阻值在电场强度的一定限度内符合欧姆 定律， 在电解液大干某浓度的一定范围内， 值对温度的变化曲线是平坦 的， 这两点为液阻软启动装置的可行性提供了理论依据 。 R p L ／ S 1 式中 R为电解液的电阻值 ； p 为电解液的导电率； L 为极板间的等 效距离； s 为极板在电解液中的平均导电面积删 。 风机起动过程中通过液态电阻柜中电极板移动来改变液阻阻值， 逐渐提高电动机端电压， 电动机的转速随着电阻值的减少平滑地升高。 当电机转速升到一定值后， 星点柜 自 动合闸， 切除液态电阻， 转入全压 运行阶段， 起动过程结束。 2 ． 3 1K机联锁保护 S O 风机配带了相关配套辅助设备和检测仪表， 包括辅助油泵、 直 流事故油泵、 油站加热器等设备和主电机轴承温度、 定子绕组温度、 变 速箱高／ 低速轴承温度、 风机轴承温度、 风机轴振动、 油箱液位及温度、 油管道温度和压力检测仪表。 S O 风机联锁控制主要是指风机与风机关键部位的油温油压、 辅助 油泵、 直流事故油泵、 油站加热器、 过滤器油压等的联锁控制， 以保护 风机轴瓦和主电机。 主要情况如下 当出现下列情况之一时， 系统将发出报警 1 油冷却器温度大于5 5 V； 2 油过滤器差压大于1 ． 2 b a r ； 3 油箱油位小于最小设定值； 4 风机轴承温度大于1 0 0 V； 5 变速箱高 速或低速轴承温度大干I O O E； 6 主电机轴承温度大于8 0 1 2 ； 7 主电 机绕组温度大干1 4 O ℃； 8 风机轴振动大于9 7 u rnl 9 风机入口 温度 大干6 5 C； 1 1 主电机过流保护； 1 2 油箱油温大于8 0 “ 3 ； 1 3 交流 电源 断电。 当出现下列情况之一时， 控制系统发出报警并将联锁l O k V 开关柜 跳闸 1 润滑油压小于0 ． 8 b a r i 2 风机轴承温度大于l 1 0 1 2 , 3 变速 箱高速或低速轴承温度大于l l 0 “C ； 4 主电机轴承温度大于8 5 ℃； 5 主电机绕组温度大干1 4 5 1 2 } 6 风机轴振动大干1 4 2 u rn， 7 风机入F I 温度大于7 5 C 。 当出现下列情况之_时， 主电机将闭锁 下转第2 9 6 页 三 画 一 拆掉自攻螺钉观察发现工件的螺纹被拉掉， 没有发现 自 攻螺钉的螺纹 损坏的现象， 判断自 攻螺钉的破坏扭矩大于被测零件的破坏扭矩。 3 。 结论 根据以上试验数据、 状态分析， 得出结论 a S T 4 ． 2 螺钉破坏扭矩值要高于样品装配破坏扭矩； b 螺距值P 下调可以提高螺钉连接破坏扭矩 ， 改善螺钉连接性 能。 本文所提出的螺距值P 下调改善螺钉连接性能是根据工程计算为 依据并结合生产实际生产经验、 试验结果总结而得出。 在生产中还需根 据产品材料、 螺钉使用和不问工况条件下具体研究分析改善螺钉连接性 能， 提高产品质量。 参考文献 【 1 】 庄京忠， 朱鹏． 自攻螺钉连接 可靠性研 究【 J 】 ． 价值工程 ， 2 0 1 0 1 8 -0 2 3 9 -0 2 【 2 】 杨琪． 螺纹紧固件的拧 紧试验[ J 】 ． 轻型汽车技术， 2 0 0 5 9 总1 6 9 由数据分析， 因强制式胀管换热器换热面积增大， 整机换热能力有 所提高， 额定制热、 额定制冷、 能效比等参数， 优于普通胀管换热器。 4 ． 其它验证 脉冲试验2 0 万次、 定频扫频、 耐压等试验验证合格。 三． 结论 通过对强制式胀管换热器的焓差、 机械性能、 螺纹金相等各项试 验验证， 强制式胀管满足使用要求。 胀头尺寸变大， 整机换热性能也会 变化， 变化曲线为倒V字型。 参考文献 【 1 】 杨世铭， 陶文铨等． 传热学【 M 】 ． 北京 高等教育 出版社 ， 2 0 0 6 第 1 0 童 ． 【 2 】 曹玉章 ， 邱 绪光 等 ． 试验 传热 学【 M】 ． 北京 国防工 业 出版 社 ． 1 9 9 8 1 1 6 -1 1 9 ． 【 5 】 王启川 ． 热交换器设计[ M J ． 台北 五南图书出版公司， 2 0 0 f 5 2 0 - 5 4 5． 【 4 】 张鹏， 李大勇， 唐鼎， 彭樱红等． 管翅式换热器胀接工艺的仿真研 究[ D B ／ O L ] ．h t t p ／ ／1 0 ． 2 ． 8 ． I I l ／ k c m s ／ d e t l ／ d e t a i l ． a s p x ’ 2 0 0 7 - 1 O - O 1 【 5 】 吴志刚， 丁国良， 刘建． 高屹峰等． 铜翅片换热器开发应用的分析 【 D B ／ O L ] ．h t l ；p ／ ／ 1 o ． 2 ． 8 ． 1 1 1 ／ k c m s ／ d e t a il ／ d e t a i l ． as p x 。 2 0 0 7 -- 1 O - 0 1 上接第2 9 4 页 1 入口 导叶控制装置处于开启状态； 2 润滑油压小于1 ． 5 b a r ； 3 油冷却器温度小于1 0 C ； 4 油箱油位小于设定最小值； 5 电机 启动次数大于限定次数； 6 油箱温度小于1 0 “C 。 当出现下列情况之时， 辅助油泵将联锁启动 1 润滑油压小于1 ． 2 b a r } 2 油冷却器温度小于1 0 X E ； 3 油箱 油温小于1 0 “C ； 4 交流断电。 当出现下列情况， 油站加热器联锁启动 油箱油温小于l 0 ℃。 当出现下列情况之一时， 油站加热器联锁关闭 1 油箱油位小于设定最小值； 2 油箱油温大干2 0 “ C ； 3 油箱 油温大 于8 0 ℃。 当出现下列情况之一时， 直流事故油泵联锁启动 1 L C P 柜断电； 2 交流电源断电； 3 辅助油泵异常。 风机联锁启动顺序 风机在预备启动过程中， 控制系统 自 动启动辅助油泵， 同时根据需 要启动油站加热器， 当润滑油压大于1 ． 5 b a r 、 油温大于2 0 “C 时及其它起 动条件均满足后， P L C 控制系统向风机1 0 k V 启动柜发启动命令启动风 机， 风机起动后延时停辅助油泵 延时值根据厂家设备资料设定 。 具 体顺序如下 1 启动辅助油泵； 2 关闭入口 导叶； 3 冷却水系统打 开； 4 启动主电机， 5 打开入口导叶； 6 风机正常启动T 秒后停止 辅助油泵， 7 调节冷却水流量使油冷器出口油温保持在4 0 C 4 5 C。 风机联锁停车顺序如下 当需要停l O 2 风机时， 操作员手动点击触摸屏S O 风机停车按钮， 此时， 控制器向S O 风机1 0 k V 开关柜跳闸回路发出停车信号， 系统自动 启动辅助油泵， 风机停止后辅助油泵继续运行一段时间后停止。 具体 停车顺序如下 1 停主电机t 2 打开辅助油泵， 3 关闭入口导叶； 4 主电机停车后辅助油泵继续运行2 0 mi n 后停止， 5 关停冷却水。 2 ． 4 控制及显示功能 操作员通过HMI 实现对风机、 辅助油泵、 直流事故油泵、 油站加热 器的控制、 入口导叶开度调节； 并能实时显示风机的运行唾面、 温度、 压力趋势曲线； 当风机发生故障时， 自 动弹出故障报警界面， 以声光和 文字报警方式， 帮助操作人员及时发现故障和处理问题。 同时系统还提 供各监测量的历史趋势曲线的查询和报表打印。 3 ． 结柬语 本控制系统的设计旨在提高风机运行的整体安全性， 实时监N I S O ， 风机的运行状况， 确保S O 风机平稳可靠运行。 通过该系统与硫酸DC S 主控系统实现无缝连接， 有利于操作员全面掌握整个硫酸系统的运行 状况， 提高制酸系统生产的稳定性。 本系统I 1 2 0 0 9 年2 月份投产以来， 运 行稳定可靠， 为该冶炼厂投产当年就达产达标提供了保障。 参考文献 【 1 】 彭晋 中． 大功率高压s o 。 风机控 制系统改 造【 J 】 ． 湖南有色金 属， 2 0 0 4 ， 2 o i 4 5 --4 5 ． 【 2】 杨 国才． S 0。 风 机 自动 控 制 方 案 的 改 造 【 J 】 ． 有 色 冶 炼， 2 0 0 1 ， z O 3 9 -- 4 0 ， 4 8 ． 【 5 】 宁国云， 袁佑新， 黄声华， 等． 大型电动机软启动装置性能分析与比较 [ J ] ． 电 气传动， 2 0 1 1 ， 4 1 8 5 2 --5 7 ． [ 4 】 陈建国， 孙玉鸿， 曲安义， 等． 高压交流电动机液态软启动技术开发及 其应用[ J 】 ． 电气 传动， 2 0 0 0 ， 3 o 5 5 6 --5 8 ． [ 5 ] 黄永红． 大功率电机液态软启动的设计和技术实现【 J 】 ． 冶金 自 动 化， 2 0 0 4 增 ] 4 5 5 -- 4 5 7 ． 作者简介 刘立峰 1 9 8 0 - ， 男， 湖南 衡山人， 硕士研究生， 工程师， 2 0 0 6 年毕业 于中南大学信息科学与工程学院。 从事有色 台 炼工程电气与自 动化设计研究 工作 。