聶劍豪，周永輝，胡賢進(jìn)，關(guān)宗耀

（江銅鉛鋅金屬有限公司，江西 九江 332500）

優(yōu)化SO2風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉控制

聶劍豪，周永輝，胡賢進(jìn)，關(guān)宗耀

（江銅鉛鋅金屬有限公司，江西 九江 332500）

鉛鋅公司投產(chǎn)初期，硫酸SO2風(fēng)機(jī)入口壓力低低報聯(lián)鎖停車數(shù)次，影響了工廠的順利生產(chǎn)。SO2風(fēng)機(jī)每次停車之后再啟動至少需要2h以上的準(zhǔn)備時間，若停車時間過長甚至需消耗天然氣開啟硫酸升溫預(yù)熱器，用以維持轉(zhuǎn)化器內(nèi)溫度。故通過設(shè)計優(yōu)化SO2風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉控制系統(tǒng)程序，優(yōu)化導(dǎo)葉和入口壓力間聯(lián)鎖程序，保證SO2風(fēng)機(jī)正常運行，從而確保工廠的順利生產(chǎn)。

投產(chǎn)初期；SO2風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉；停車；優(yōu)化；控制系統(tǒng)

1 引言

江銅鉛鋅金屬有限公司是江銅集團(tuán)根據(jù)江西省政府整合全省銅、鉛、鋅資源有關(guān)精神，建設(shè)鉛鋅冶煉項目成立的公司。一期200kt/a鉛鋅（鉛、鋅各100kt/a）工程目前使用的是德國西門子廠家生產(chǎn)的KKK風(fēng)機(jī)，入口導(dǎo)葉采用的是STI氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該風(fēng)機(jī)又被稱為SO2風(fēng)機(jī)，用于接收來自鉛冶煉基夫賽特爐和鋅冶煉沸騰焙燒爐的混合煙氣進(jìn)行煙氣制酸。該制酸系統(tǒng)設(shè)計采用“兩頭一尾”［1］的方式，在國內(nèi)鉛鋅冶煉行業(yè)屬首次成功應(yīng)用［2］。至今為止雙邊投料時，SO2風(fēng)機(jī)入口風(fēng)量達(dá)到110000m3/h，風(fēng)機(jī)運行情況良好。

2 入口導(dǎo)葉控制優(yōu)化前存在的問題及原因分析

2.1 優(yōu)化前主要問題一：操作人員誤操作

誤操作原因分析：操作經(jīng)驗欠缺，導(dǎo)葉動作速度過快。

SO2風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉控制主要取決于一級動力波入口負(fù)壓及風(fēng)機(jī)入口風(fēng)量的變化。投產(chǎn)初期，由于生產(chǎn)工況不穩(wěn)定而導(dǎo)致一級動力波入口壓力和風(fēng)機(jī)入口流量始終處于波動狀態(tài)，為保證風(fēng)量的穩(wěn)定，入口導(dǎo)葉也始終處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，因此無法實現(xiàn)有效地自動控制，需要儀表操作人員手動控制。此時，由于儀表操作人員經(jīng)驗欠缺，故在工況發(fā)生巨大變化時，導(dǎo)葉的頻繁手動操作導(dǎo)致了操作人員出現(xiàn)誤操作現(xiàn)象。

操作人員誤操作主要表現(xiàn)為面板輸入數(shù)值錯誤，例如輸入10%，多輸入一個“0”，變?yōu)?00%，按下確認(rèn)鍵后，100%的信號瞬間由DCS發(fā)出至現(xiàn)場導(dǎo)葉定位器，2s后導(dǎo)葉全開，從而引發(fā)SO2風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖停車［3］。由于現(xiàn)場導(dǎo)葉動作非常靈敏，使得操作人員在發(fā)現(xiàn)操作失誤后卻無法采取有效的補救措施。

2.2 優(yōu)化前主要問題二：自動控制程序難以適應(yīng)工況

自動控制程序難以適應(yīng)工況原因分析：控制程序不完善。

導(dǎo)葉的自動控制程序最初設(shè)計的跟蹤目標(biāo)是一級動力波入口壓力。但由于試生產(chǎn)初期，工況控制相關(guān)參數(shù)達(dá)不到設(shè)計值，一級動力波入口壓力受其影響波動非常大。正常情況下，一級動力波入口壓力增大時，風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開度增加，風(fēng)機(jī)入口壓力隨之減??；一級動力波入口壓力減小時，風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開度減小，風(fēng)機(jī)入口壓力隨之增大。但當(dāng)一級動力波入口壓力發(fā)生大幅度波動時，導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)幅度也將隨之增大，導(dǎo)葉的大幅度開關(guān)動作很容易造成風(fēng)機(jī)入口壓力的波動以至于風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖停車。因此在這樣復(fù)雜的工況條件下，導(dǎo)葉也無法實現(xiàn)自動控制。要進(jìn)一步實現(xiàn)導(dǎo)葉的自動控制，則需要在控制程序上做相關(guān)改進(jìn)和完善。

3 改進(jìn)措施

3.1 針對誤操作，增設(shè)輸出限幅及壓力保護(hù)程序

針對操作人員誤操作現(xiàn)象，我們和工藝人員協(xié)商并添加了一個導(dǎo)葉輸出限幅程序，初步定為20%（可更改），即操作工輸出大于20%的信號，程序依然默認(rèn)輸出20%。

當(dāng)操作人員出現(xiàn)誤操作以后，DCS不會瞬間將誤操作的指令發(fā)出，而是先有一個判定程序生效，該程序我們稱之為壓力保護(hù)程序。該程序投入使用后，將該程序設(shè)定為自動控制，風(fēng)機(jī)入口壓力控制初步設(shè)定為-9kPa（聯(lián)鎖-12kPa），當(dāng)風(fēng)機(jī)入口壓力測量值低于設(shè)定值時，該程序介入，若一級動力波入口壓力依然在增大，風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開度維持當(dāng)前不繼續(xù)增加或者開度減小，使風(fēng)機(jī)入口壓力維持在設(shè)定值。

3.2 進(jìn)一步完善導(dǎo)葉自動控制程序，適應(yīng)現(xiàn)場復(fù)雜工況

對于初期工況的不穩(wěn)定，要實現(xiàn)導(dǎo)葉的自動控制優(yōu)化可以從導(dǎo)葉自身開關(guān)速度或?qū)~相關(guān)控制程序兩個方面著手。但由于導(dǎo)葉開關(guān)反應(yīng)非常靈敏［5］，按硬件條件改變導(dǎo)葉的開關(guān)速度困難較大，因此我們對導(dǎo)葉調(diào)節(jié)輸出相關(guān)程序做了一些參數(shù)設(shè)定，希望通過DCS程序的改變來實現(xiàn)對導(dǎo)葉開關(guān)速度的控制。經(jīng)過仔細(xì)的研究討論，最終設(shè)定了有效的PID參數(shù)，且通過改變風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉控制輸出斜率達(dá)到目的。將輸出值的改變速度限制為每秒改變1%，即輸出開度由0%改變?yōu)?0%，導(dǎo)葉開度將不再瞬間改變至10%，而是以每秒1%的速度經(jīng)過10s后增加至10%，具體程序如下：

圖1 導(dǎo)葉開度輸出斜率設(shè)置圖

如圖1，我們在導(dǎo)葉開度輸出斜率上做了改動，將導(dǎo)葉開度由0%~100%所花費的時間設(shè)置為100s，即導(dǎo)葉每次以每秒1%的速度動作。在設(shè)置了有效的輸出斜率的同時，對于導(dǎo)葉的PID控制參數(shù)我們也做了相應(yīng)的補充和完善。圖2、圖3為我們對導(dǎo)葉的P、I、D三種參數(shù)的設(shè)置，DCS選用的是ABB控制系統(tǒng)［6］。

程序說明：

ABB系統(tǒng)自帶的功能塊里，有基本的PID參數(shù)設(shè)置，但是由于風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉控制輸入端僅有一級動力波入口壓力一個控制條件如圖3，且該壓力投產(chǎn)初期波動非常大，基本的PID參數(shù)［7］設(shè)置已無法滿足實際的控制。因此我們在PID參數(shù)上新添加了幾個判定條件，如圖2。一級動力波入口壓力PICSA0101_PV，取時間間隔前后10s的兩個值做比較判定，暫計為Pt1、Pt2，若Pt2>Pt1，且PICSA0101_PV實時值大于設(shè)定值時，或Pt2

圖2 導(dǎo)葉入口壓力保護(hù)程序PID參數(shù)設(shè)置圖

圖3 導(dǎo)葉控制輸出邏輯程序圖

當(dāng)PICSA0101_PV與設(shè)定值之差的絕對值小于100par時，比例系數(shù)調(diào)整為0.2（可調(diào)整），當(dāng)PICSA0101_PV與設(shè)定值之差的絕對值大于等于100par時，比例系數(shù)調(diào)整為0.3（可調(diào)整），實際測量值與設(shè)定值偏差較大時，則比例系數(shù)介入較大值，使導(dǎo)葉開關(guān)速度加快，更及時的調(diào)整導(dǎo)葉開度以滿足工藝的控制要求。

如圖3，風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉控制PICSA0101在自動控制狀態(tài)下，導(dǎo)葉輸出高限由導(dǎo)葉控制輸出值與手動設(shè)定限幅值（可調(diào)整）二者選其最小值決定；在手動狀態(tài)下時，導(dǎo)葉控制輸出高限由手動設(shè)定限幅值單獨決定。

該控制程序投入使用后，風(fēng)機(jī)正常運行下，設(shè)定值為-11kPa，入口負(fù)壓不超過-11.5kPa。控制情況良好。目前聯(lián)鎖值為-12.5kPa。

4 入口導(dǎo)葉優(yōu)化后SO2風(fēng)機(jī)的運行情況

經(jīng)過長期跟蹤和不斷改進(jìn)，風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉壓力控制得到良好的保護(hù)，保證了公司生產(chǎn)的運行穩(wěn)定。

表1 SO2風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖停車次數(shù)統(tǒng)計

如表1所述，2012年7月至2015年4月SO2風(fēng)機(jī)入口壓力低低報聯(lián)鎖停車次數(shù)零記錄。

5 結(jié)論

在現(xiàn)場復(fù)雜工況的要求前提下，單一的控制條件已無法滿足實際的控制要求，因此我們可以通過添加多個控制條件來實現(xiàn)共同控制的目的，這樣的控制準(zhǔn)確性更高，適用性、推廣性也更強(qiáng)。

［1］段林喬. 單套制酸系統(tǒng)對應(yīng)鉛鋅冶煉生產(chǎn)的成功應(yīng)用[J]. 銅業(yè)工程, 2013(2):18-22.

［2］祝森. 冶煉制酸過程控制系統(tǒng)設(shè)計及SO2風(fēng)機(jī)故障診斷方法的應(yīng)用與研究[D]. 贛州:江西理工大學(xué), 2009:15-18.

［3］姜凱, 段林喬. 江西銅業(yè)300kt/a鉛鋅冶煉煙氣制酸裝置的設(shè)計[J]. 硫酸工業(yè), 2013(1):25-27.

［4］李志雄. RIK 80-4型空壓機(jī)入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)裝置技術(shù)改造[J]. 深冷技術(shù), 2013(6):17-22.

［5］楊瑜亮, 張久龍. 空壓機(jī)運行效率下降、導(dǎo)葉波動原因分析及解決方法[J]. 風(fēng)機(jī)技術(shù), 2011(5):48-51.

［6］余國林. ABB DCS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)與維護(hù)[J]. 科技致富向?qū)? 2010(20):19-25.

［7］李名慧. 智能PID控制器的設(shè)計與應(yīng)用[D]. 天津:天津大學(xué), 2006:26-30.

Optimization of SO2Blower Inlet Guide Vane Control

NIE Jian-hao, ZHOU Yong-hui, HU Xian-jin, GUAN Zong-yao
（Jiangxi Copper Lead and Zinc Corporation Ltd. Jiujiang 332500, Jiangxi, China）

In the initial stage of Lead and Zinc Company production, SO2blower inlet pressure low sulfate interlocking parking several times in Sulfuric acid plant, affect the smooth production of the factory. The restart after SO2blower each stop needs at least two hours for the preparation. If the stopping time is too long, it even needs to start the natural gas to warm pre heater sulfuric acid plant, to maintain the temperature in converter. So, through optimizing the design of SO2fan vane control system program to realize optimization of guide vane and guide vane control system interlocking program between the inlet pressures, keep the normal operation of the SO2fan and ensure the smooth production of the factory.

initial stage of production；SO2fan vane；parking；optimize；control system

TH4

B

1009-3842（2015）05-0086-04

2015-04-07

聶劍豪（1987-），男，江西南昌人，本科，主要從事儀表點檢維修方面工作。E-mail: 454324921@qq.com