自贡硬质合金有限责任公司质检计控中心 自贡 643011
摘要:为解决公司蒸汽管网压力及时、精确控制的问题,研制该智能系统,以达到减员增效、提高劳动生产效率、提高产品质量、杜绝安全事故的目的。该系统独创通过控制不锈钢球阀阀位的开度来实现控制蒸汽管网压力,且采用PLC自动控制和AI调节仪表手动控制两种方式供操作人员选择。该系统自运行以来,压力稳定控制在设定范围内,使用效果良好,该工段操作人员减少了7人,再无安全事故发生。同时,该系统不仅能实现市场上自立式减压阀的功能,还能够实现供气压力波动范围大所需减压至稳定压力的功能,具有不可比拟的技术优势。
Abstract:
In order to solve the problem of timely and accurate control of the company's steam pipe network pressure,The intelligent system is developed,So as to reduce staff and increase efficiency、Improve labor productivity、Put an end to safety accidents. The system is unique in controlling the pressure of the steam pipe network by controlling the opening of the valve position of the stainless steel ball valve. And PLC automatic control and AI regulating instrument manual control are adopted for operators to choose. Since the system has been in operation,The pressure stability is controlled within the set range,The use effect is good,The number of operators in this section has been reduced by 7, and no safety accidents have occurred. At the same time,the system not only can realize the function of self-supporting pressure reducing valve on the market, but also can realize that function of reduce the pressure required to stabilize the pressure when the fluctuation range of the gas supply pressure is large., It has incomparable technical advantages.
关键词:蒸汽减压 压力 阀门开度 PLC控制
公司生产所需的蒸汽为外购至蒸汽管网再分配至各生产单位使用,由于供给蒸汽压力波动很大,在0.15-1.0MPa之间,而生产单位使用蒸汽压力要求为0.2-0.35MPa。从公司生产的实际需求来看,该系统要求不管外供蒸汽压力多大,蒸汽管网压力始终稳定在0.2-0.35MPa之间。目前国内在蒸汽减压方面还没有理想的技术或产品出现,市场上较为广泛的采用的是蒸汽自立式调节阀。但这种产品只适用于供气较稳定,且压力衰减较大的情况下。在压力变化较大或使用要求较复杂的时候,根本无法达到要求。且蒸汽温度过高,对密封件、弹簧的损害非常大,使用周期短。实际应用中更多的还是人工去调节供汽阀门的开度。因此,提出采用PLC控制球阀来实现复杂多变的环境下稳定控制蒸汽压力,该技术在国内查新,未找到相同或类似技术。
本文针对生产面临急需解决的问题,提出该系统要完全实现蒸汽压力的自动调节与控制,摆脱人员操作,还配置手自动两种工作方式可供选择。控制硬件上选用Siemens(6DA5015-0EN00-0AA0)线程智能定位器控制0-100%任意开度调节,手动选用厦门宇电AI808调节仪,自动采用西门子可编程控制器S7-300,软件上按控制的各种情况,以及产生的各种条件自主编设程序。该系统于2016年7月完成以后在自贡硬质合金有限责任公司蒸汽管网开始运行,运行一年多以来,使用效果良好,再无安全事故发生(蒸汽压力过大时会发生冒槽事故),达到预期目标。
1 系统方案设计
1.1 根据限制条件初步实现手动调节功能
分析公司使用蒸汽的情况,了解供汽的压力、流量变化以及各单位用量、压力需求变化,设计控制阀大小、管径,利用AI808调节仪手动控制功能进行手动调节,采集现场实施数据,为自动控制和编设程序提供数据支撑。
1.2 根据手动阶段采集的数据,进行PID自动调节
分析第一阶段采集的数据,控制范围及阀门开度情况,利用AI808智能数字仪进行输出限幅处理。合理调整PID,实现自动控制,但有局限性,一旦限幅在特殊情况下阀位不能全开,对流量限流,造成流量不足。数据采集采用无纸记录仪记录的操作人员手动调节数据和操作人员在历史工作中的经验数据。在此数据的基础上编制自动控制程序并修改完善。
1.3 自主编程,实现全量程的自动控制
利用前两个阶段得出的数据,编设程序实现自动控制调节。在自动控制调试的过程中程序按什么样的逻辑来编写是一个很大的难题,因为无范本可以参阅。程序的编写并不复杂,但在运用上、使用上有很大的问题,不是过调就是相应速度跟不上。为此反复的修改与运用,与操作人员反复研讨,最终经过3个多月的反复实验才确定最后的版本。
图2 压力变化趋势图
由上图可看出:在几个区间被控阀门在给定压力的变化下严格按程序的要求运动(静止区间设定为0.25-0.30MPa),反映变化的相应速度也很快。
2.2 现场安装
上述实验说明球阀及手动、自动两种方式的控制都属于按预定要求变化的过程,完全满足设计的要求,但现场测量介质、工况条件的变化存在较多的变数,与实验室的稳定参数有本质的区别,所以最终现场的安装正常运行及满足工艺和设计的要求才是检验气动球阀的依据,也是能不能最终实现压力控制要求的唯一标准。只有在实际运行当中满足了要求才能最 终控制压力、控制流量。
图3 电气接线图
2.3 现场运行实验
2.3.1 手动控制采集数据
加装无纸记录仪采集控制数据,引入监控的单元有进口压力、出口压力、流量、阀位信号,目的是了解和记录进口压力、出口压力、流量、阀位信号这几者之间的关系,即当进口压力范围变化时出口压力变化范围、流量变化情况即调整的阀位开度范围。(要求出口压力控制在0.2-0.3MPa之间,当不在此范围是操作人员通过AI808输出增大或减小阀门开度控制流量使压力又变化到以上范围内).从采集的数据可以看出有4段时间出口压力明显超高,即晚上无人调节时段,出口压力与进口压力几乎持平,这是由于阀位调好后,用量变化(减少)压力升高而阀位处于静止状态。
2.3.2 自动控制程序编写
设定值为0.25,调节稳定范围为0.2~0.32。来气压力为0~1.0MPa;当出口压力变化量绝对值小于0.01时,认为压力基本平稳,设置状态为0。变化量大于0.01~0.02时为设置状态为1,大于0.02时设定状态为2;压力变化趋势:压力变小为0,压力变大为1;调节状态:压力低于设定值下限为1,高于设定值上限为2,设定值稳定范围内为0;采集出口压力的时间间隔为80s。由此编写的控制程序,运行后自动调节后出口压力一直处于0.2-0.32MPa之间。达到了预期的控制要求,流量也趋于稳定,包括夜间用量很少的时段压力也处于控制范围。
2.4 控制球阀结构改进
在调试使用的前期发现由于蒸汽温度的热传导造成控制阀汽缸温度过高,时值夏季汽缸温度检测温度75摄氏度左右。电路部分电子原件受高温影响工作不稳定,信号漂移,造成误动作。如果汽缸长期处于高温工作状态内部弹簧等部件容易受损,影响其工作寿命。与厂家联系后制定了改进方案,加长连接支座,将内部的旋转轴重新加工,安装。控制阀下部管道保温后用隔热石棉遮挡辐射热。改造完成后检测汽缸外部温度为35摄氏度,控制阀工作也完全正常。
3 技术难点与创新性
3.1 同类技术比较
目前国内在蒸汽减压方面较为广泛的采用的是蒸汽自立式调节阀,但这种产品只适用于供气较稳定,且压力衰减较大的情况下。在压力变化较大或使用要求较复杂的时候,根本无法达到要求。而该系统既能减压,又能稳定压力在一定的范围,解决出现上游压力波动或下游负荷变化,以及在没有负荷时,下游压力持续攀升,出现超压现象等问题。是一种可减压又不需要减压几种情况的综合的一种控制方法。市场上自力式、控制式减压阀能做到的这套系统同样能做到,它们做不到的控制这套系统也能做到,自动化程度高,技术优势明显。
3.2 创新性
采用西门子定位器控制不锈钢球阀,通过调节球阀的开度,实现对压力的控制。当进气压力低于0.2MPa的情况下,球阀开度会调节为100%,以确保使用端的蒸汽供应。同时采用西门子300PLC对球阀进行控制,从而实现多种进气压力和多种使用条件的情况下,自动调节球阀的开度,实现无人值守的蒸汽管网压力智能控制。采用PLC对球阀开度进行自动控制以实现蒸汽压力的自动调节为蒸汽减压技术首创,这项技术同样也适用于化工行业和发电行业的蒸汽减压的实现。同时,整套系统仅采用一台不锈钢球阀、一台PLC、一台西门子定位器,能够实现蒸汽压力的无人自动调节,经济效果明显。
4 结语
通过长达一年多的数据检测及操作人员的反映,该系统完全达到了预期目标。实现了蒸汽管网压力的自动控制,完全摆脱人为操作;手动、自动两种控制方式可供选择;减少了人工成本并提高了控制精度;合理利用能源,节能降耗,符合国家提倡的“资源节约型、环境友好型社会”;该系统运行以后再没发生压力过高的冒槽事故;改变了过去采用人力操作阀门去控制压力的尴尬现状,促进了装备自动化水平的提高。
同时该系统为国内蒸汽减压领域内属首创。主要是根据现场独特的用汽方式和变化量身定做的一套自动化系统。也为以后解决类似问题提供了一个典范,具有很高的推广价值。
论文作者:陈刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/16
标签:压力论文; 蒸汽论文; 球阀论文; 管网论文; 系统论文; 数据论文; 自动控制论文; 《防护工程》2018年第36期论文;