高炉鼓风机逆流保护自动控制系统的设计与应用

徐永强

摘要：本文阐述了高炉鼓风机逆流保护自动控制系统的设计与应用，并详细介绍了逆流的概念、逆流检测保护系统、风机安全运行。为了提高高炉鼓风机运行稳定性，提出了一种逆流保护检测方法及逆流保护自动控制理念。

关键词：高炉鼓风机;逆流;喘振;应用，

前言

高炉鼓风机作为向高炉供风的系统，其稳定运行对保证高炉乃至整个钢铁厂的生产正常有十分重要的意义。为了有效检测逆流隐患，并提高逆流检测准确率，在发现逆流时采取有效措施避免人员或设备出现危险，经过研究开发出高炉鼓风机逆流保护自动控制系统。

1、逆流的概念

逆流是轴流式压缩机最危险的工况，形成逆流的原因有两方面，一是喘振的进一步发展，喘振的本质是叶片凸侧的气流分离现象;整周叶片气流分离结果会造成压缩机的排气量和排气压力急剧下降，如果管网容量很大，管网压力不会随之下降，因而形成管网压力大于压缩机的排气压力，形成压缩机的排气量由正经零变负，即管网的气体向压缩机体内倒流，所以说逆流是喘振的进一步发展。第二方面原因是工艺系统事故使外部管网内的压力骤然升高，形成气流向压缩机的倒流。

2、逆流保护检测方法

逆流保护系统在风机上安装三个差压开关，检测测得是风机的喉部压差。当流量正常时，接点是闭合的;当流量较小，喉部压差低于设定值时，接点断开，信号送入防逆流保护系统，启动防逆流保护系统工作。

喉部差压开关故障会导致风机逆流停机，从而影响向高炉送风，影响高炉生产;因此风机通过现场安装3块差压开关，程序中把3选2（只有两个或三个差压开关损坏，才逆流停机）输出结果作为命令执行条件，防止其中一块差压开关坏掉，而造成风机故障停机

3、逆流检测保护系统

为了加强防喘振保护，设置了防逆流保护系统作为防喘振系统的后备保护。 PDSLL100代表差压开关，测得是风机的喉部压差。当流量正常时，接点是闭合的;当流量较小，喉部压差低于设定值时，接点断开，信号送入防逆流保护系统，启动防逆流保护系统工作。

差压开关动作时，送给防逆流保护系统的信号称为零流量信号，系统接到该信号时发出控制动作，动作情况视零流量信号的持续时间有以下几种类型：

3.1若在T2时间内零流量信号消失，并且在以后T3时间内不再出现，则这时只由防喘振系统按正常的防喘振调节将放空阀打开适当的开度以消除喘振，并由计数器计零流量次数，报警系统发出喘振报警信号。

3.2如果在T2时间后，零流量信号不消失或者在以后的T3时间内又出现零流量信号，则除发生逆流报警外，逻辑系统还将出现以下控制指令：①放空阀快速全开，以便迅速消除喘振和逆流;②静叶迅速退回至最小工作角位置;③风机出口逆止阀强制关闭。

3.3如果在放空阀打开T4时间内仍不能消除喘振，则在发生持续逆流停机报警的同时，实施紧急停机。

4、逆流保护自动控制系统设计

逆流保护自动控制系统通过三个差压开关进行三选二判断，保证信号检测高效，避免因加入模拟量信号检测影响测量效果;根据逆流发生的原理在不同的运行状态采取相应的有效保护措施，保证风机运行的稳定，确保了高炉乃至整个钢铁厂的正常生产。

1A的条件为：风机逆流保护开，差压低低PDSLL100。

1A输出结果：风机逆流报警-FA100-1，时钟T2（延时2秒开）启动，时钟T2时间到后时钟T3（延时20秒开）启动。假如差压不低时执行1B，差压还低时执行2A。

1B的条件为：风机逆流保护开，时钟T3时间到，差压不低低PDSLL100。

1B输出结果：风机逆流报警复位-FA100-1

2A的条件为：风机逆流保护开，时钟T2时间到，时钟T3时间没到，差压低低PDSLL100。

2A输出结果：由于逆流风机放风阀开报警-FAL100-2，时钟T4（延时6秒开）启动，由于逆流风机放风阀打开-信号到第四步。假如差压不低时执行2B，差压还低时执行3A。

2B的条件为：风机逆流保护开，逆流保护复位按钮HS100激活，风机放风阀1打开-ZSH108，4、风机放风阀2打开-ZSH109，差压不低低PDSLL100。

2B输出结果：由于逆流风机放风阀开报警复位-FAL100-2，5、放风阀控制起作用-装载信号到FIC105，1#放风阀电磁阀FY108得电，2#放风阀电磁阀FY109得电。

3A的条件为：风机逆流保护开，时钟T4时间到，差压低低PDSLL100。

3A输出结果：风机由于逆流停机报警-FAL100-3，由于逆流停机-信号到第六步。

3B的条件为：风机逆流保护开或者逆流保护复位按钮HS100激活。

3B输出结果：风机逆流报警复位-FA100-1，由于逆流风机放风阀开报警复位-FAL100-2，由于逆流停机报警复位-FAL100-3。

5、风机安全运行

安全运行的概念：所谓安全运行是静叶可调式轴流压缩机技术中一个特定的压缩机运行工况，它的定义是：静叶退回到最小工作角;放风阀全开，逆止阀关闭。

可见，安全运行即压缩机处于一种不停机的自我保护运行状态。但是，对于工艺装置来讲，由于风机出口逆止阀的强制关闭，实质上相当于停机。

防逆流作为防喘振的后备保护，只有当喘振系统不能实施调节保护时，它才被启动。但是，它动作的后果是严重的：轻则安全运行，对工艺来讲相当于停机;重则紧急停机。因此，一方面要加强防喘振系统的调节保护，尽量不启动防逆流保護;另一方面要求该保护系统要准确可靠，不能误动，又不能该动时不动。

6、结束语

逆流是鼓风机最危险地工况，逆流保护是鼓风机最为重要的保护。由于出口压力高，压缩气体不能畅通输出，则旋转机械能将其转化为热能使叶片膨胀，造成动叶和静叶的相碰而损坏轴流压缩机。防止逆流的根本措施是加强防喘振控制，阻止喘振状态进一步升级，并防止出口气体的倒流。逆流保护是通过逻辑控制和防喘振控制的密切联系，来达到预期的目的。

参考文献：

[1] 李杨  关于高炉鼓风系统故障保护的探讨，风机技术，1997

[2] 陈余平 《自动控制系统》 机械工业出版社， 2003

[3] 胡寿松 自动控制原理 第四版. 科学出版社，2001