转炉氧枪冷却水系统变频调速控制的改进

刘艳清

1 概述

提钒炼钢二厂有3座150 t转炉,其中1座可用于提钒,另外2座用于炼钢。每座转炉有一套氧枪系统,用于向转炉内吹氧,使钢水脱碳,并加大冶炼强度。因此,转炉氧枪是转炉系统的重要设备。

氧枪冷却水系统的主要作用是为转炉氧枪提供足够的冷却水进行氧枪本体及其附属设备的冷却,对于提钒炼钢二厂的水系统来说,氧枪泵是所有设备中最重要的设备。氧枪冷却水的保量、稳压供水是氧枪正常工作的有力保证,一旦氧枪泵故障造成冷却水流量低将会造成氧枪设备过热烧损甚至发生爆裂、爆炸等恶性安全事故。根据生产工艺的要求,氧枪冷却水流量不小于280 m3/h,冷却水压力为 1.2MPa～1.4MPa。为确保氧枪的可靠、稳定运行,共设计了4台氧枪泵,选用的是4台四极,355 kW,380 V,621A,1450 r/min的电机。它们的运行方式是1号、2号、4号泵分别为三台氧枪提供冷却水,3号泵为备用泵,当前三台泵中有任意一台出现故障时,3号泵自动投入以保证供水。氧枪冷却供水泵需要在氧枪吹炼期时高速运行,在非吹炼期时低速运行,这样不但节约电能和水资源,还能减少设备损耗。

根据氧枪在吹炼的不同时期所需冷却水流量的不同,最初的设计是选用了4台艾默生EV3500-4T 4000P变频器对4台氧枪泵电机进行变频控制,无论是计算机远程启动电机还是在机旁启动电机,都是通过PLC给变频器发出指令实现对电机进行的控制。

2 存在问题

原有的设计方式在连续生产三个月后出现了问题,岗位人员在一次启动2号泵的过程中,1号泵电流逐渐增大,当时并未停泵,而是继续过载运行(变频器设置 69 s后跳机),这时3号备用泵也发生自投,引起1号氧枪泵水压流量波动。经过对4台氧枪供水泵电流及压力趋势画面的查知发现,在3号备用泵发生自启时,所有泵的电流及压力状态都发生了变化。从PLC程序中查知,4台泵的“手动/自动”均由上位机中的同一个接点控制,在“自动”状态下才会发生2号泵及3号备用泵均自动同一时刻启动,同时3号备用泵的三个出口阀门均自动打开,造成三条氧枪供水泵管道并联相通,使氧枪泵的水压流量产生波动。根据生产工艺要求3台氧枪供水泵的运行频率在“自动”状态下受炉前是否“下枪”(即氧枪吹炼期)信号控制,在炉前发出“提枪”(即非氧枪吹炼期)信号时,氧枪泵电机将在25Hz最低频率运行。

经过上述发生的事故,发现原有控制方式及程序编写存在如下缺陷:

1)对于每一台水泵的控制,不论是机旁操作箱还是上位机的“手动/自动”控制信号都完全依赖 PLC及通讯,均由 PLC中的同一个接点通过PROFIBUS总线通讯发出给变频器,在PLC故障或通讯失败时,无论是在机旁操作箱还是在上位机画面上都无法应急启动氧枪泵,势必影响转炉的生产。

2)由于程序编写存在缺陷,4台水泵的“手动/自动”信号都由同一个接点控制,在“自动”状态下,就会发生3号备用泵同其他水泵同一时刻启动的现象,此时备用泵的三个出口阀门就会自动打开,造成三条氧枪供水泵管道并联相通,使氧枪泵冷却水的压力和流量产生波动影响生产。

3 改造内容

基于原有控制方式存在的缺陷,我们对氧枪泵的PLC控制程序进行了修改,取消了网络控制。

1)对于单台泵电机的控制,如果出现故障,在上位机上不能启动水泵时,可到机旁箱选择“手动”,在机旁箱上直接启动水泵,控制不通过PLC,利用硬线连接直接启动变频器,将电机固定在42Hz运行,作为应急措施保证生产。

2)在“自动”控制方式下,由PLC发出控制信号,对投入运行的水泵电机进行控制。其中1号、2号、4号泵为工作泵,3号为1号、2号、4号泵的备用泵。如果三台工作泵中出现故障停泵,程序设计由其各自的输出接点分别控制3号备用泵,并且只为第一台出现故障的泵备用,也只打开这第一台故障泵的备用阀门,避免了出现三个出口阀门都打开的现象,造成水压流量产生波动而影响生产。选择“手动”控制时,可在25Hz～50Hz的频率范围内进行调节,以更好地满足生产要求。

3)根据提钒炼钢二厂提出要求:在氧枪“提枪”时应减小管道中水的压力:

a.减少管道损伤;

b.节约能源。而在氧枪“下枪”时,氧枪泵应满足管道中水的压力。

针对上述工艺要求,在对泵的控制选择“自动”时,在氧枪非吹炼期,炼钢系统发出“提枪”给水系统PLC信号,程序设置电机自动定在25Hz运行,管道压力为0.55MPa～0.57MPa;在氧枪吹炼期,炼钢系统发出“下枪”信号给水系统PLC,程序设置电机自动定在42Hz运行,氧枪泵开始提速供水,冷却水的压力保证在1.2MPa～1.4MPa之间,冷却水流量为320 m3/h,电机电流为360 A。在“下枪”信号到来时,PLC给发出控制变频器信号自动控制电机输出由25Hz上升到42Hz运行,变频器的加速率设为(Pr0.03=30)。

通过实际运行,12 s就可达到氧枪所需冷却水的工作压力和流量,而炼钢炉前氧枪从“下枪”信号开始需要 14 s才到位,因此变频器设置的加速率完全能满足生产需要。

4)在原有程序上进行了完善,设置了“超压”声音报警,在管道压力过高时报警,提醒值班人员在保证生产需要的情况下及时降低频率,降低水管供水压力,减少对管道的损伤,也避免出现生产事故。

4 结语

将上述程序进行修改后,运行稳定,既满足了生产工艺要求,提高了生产效率,又延长了设备的使用寿命,还达到了节能效果。

[1] 赵洪华.12 MW凝结水泵变频改造浅析[J].山西建筑,2009,35(3):202-203.