宝钢高炉鼓风机氧气流量控制精度分析与处理

发布时间:2011-03-07  点击数:3568
    目前,宝钢有4座大型高炉配套5台鼓风机向高炉送风,为了提高高炉铁液的冶炼进度和产量,需要在风量中提高氧含量,因此鼓风机采用富氧送风方式,即取自氧气母管的氧气经氧气流量调节阀(气缸推动式)后进入氧气''空气混合装置,再由鼓风机增压后送到高炉的热风炉。
    其中的5# 鼓风机(5BL)是投运的新机组。投运后,发现机组在氧气小流量控制(<12000m3/h)时能满足自动控制精度需求,但在富氧的设定值达到15000m3/h时,投运自动控制过程中控制不稳定。当氧气压力稍微变化,调节阀开度等幅振荡,流量波动±500m3/h 左右,影响了高炉精益生产。但同时运行中的其他机组流量控制均很稳定。
5BL 机组氧气流量控制曲线如图# 所示。


一、问题原因分析
    当出现氧气流量波动后,立即根据图2检查分析了氧气流量控制流程的各个环节,从现场的测量设备到DCS控制系统,以及最终的执行机构调节阀等设备。
    1. 调整PID参数

    当5BL富氧流量从15000m3/h 提高到18000m3/h,氧气流量调节器FIC307E的输出MV=67%,调节阀开度反馈信号值为63%,氧气压力16KPa,氧气系统压力正常波动值±0.5KPa(最大±3KPa)。当富氧流量达到13000m3/h时,流量能自动调整在,13000m3/h;但当富氧流量在18000m3/h时,流量波动达到±500m3/h。由于氧气流量、压力波动较大,即使调整PID参数(目前FIC-307E的PID参数:P=230,I=40) 也无法使氧气流量稳定。但是同期运行中的其他鼓风机富氧控制较稳定。
    2. 调整变送器参数
    将检测氧气流量的差压变送器阻尼时间从2s 调整到8s,以降低流量变化率,减少控制回路的动作次数。调整后,观察一段时间后效果不明显。
    3. 调整控制系统扫描参数
    提高CS3000控制系统中有关FIC-307 控制模块的模拟量信号扫描时间,从500ms调整到100ms。调整后,观察一段时间后效果也不明显。
二、试验
    将各环节的参数调整后,还是没有改善阀门的控制精度问题,于是将重点放在现场的调节阀本体。经过阀门的正向及反向的开、关动作测试和全行程测试后,发现5BL氧气阀门动作行程时间比2BL氧气阀门动作时间明显长,具体结果见表1、表2。


 
    因此确认调节阀本体存在动作迟滞问题,从而影响氧气流量控制精度。
三、 调节阀检查及处
    从调节阀本体的组成部件图(如图3所示)来分析,气缸、阀门定位器电磁阀等主要部件组成了氧气调节阀的执行机构,因此对这些主要部件逐一进行了排查和更换。
    1. 调整速度控制器开度
    将两个速度控制器(图3中序号6所示)全开,不再限制流入气缸的气体速度。


    2. 检查闭锁电磁阀
    怀疑可能是调节阀的闭锁控制电磁阀控制用氮气通流口径太小导致节流,从而影响调节阀动作时间。因此临时拆除该闭锁控制电磁阀,将阀门定位器的控制输出气体直接进入调节阀的气缸,消除控制电磁阀的瓶颈。
    3. 更换阀门定位器,增强调节气量
    更换了通径较大的阀门定位器,以及改变定位器内部的线性化凸轮,增强调节器输出的4~2mA信号的敏感度,以增加进入气缸的气量,让气缸能快速响应调节器的输出变化。
    4. 安装放大器
    在阀门定位器的输出端增加动作气体信号放大器(Booster Relay),将定位器输出的信号进行放大后,再进入气缸,推动阀门快速响应。
    当信号气压和输出气压偏差大,即要求阀门开度变化大的条件下,通过放大器放大进入气缸的流量,增强推力推动活塞;而当信号气压和输出气压偏差小,即要求阀门开度变化小的条件下,通过放大器实现小流量时气缸活塞运动时间短和安定性强的效果;具体结构及动作曲线如图4所示。

 
    采取上述措施后,再试验调节阀的动作时间,发现进入气缸的气体数量及速度是增加了,但是还不足以影响阀门的动作行程时间。
    5. 更换气缸
    经过上述反复试验和调整,最终锁定是阀门的气缸本身容积太小,导致阀门动作时,充气时间过长,产生控制上的迟滞性和稳定性。
    因此根据试验情况和数据,请原调节阀制造商重新设计了气缸,扩大气缸的容积,从原来的3.1L扩大到8.77L,并将阀门定位器与气缸的容积比从64.5提高到80.6。随后,根据新的气缸,再进行阀门的动作试验,行程时间比原来有明显改善,见表3。
    在实际的氧气流量控制中也能及时满足了高炉精益生产需求。


四、结论
    通过此次对5BL氧气调节阀控制精度问题的处理,将控制系统中各个设备的功能及作用均进行了摸索和试验,特别是气动调节阀本体结构进行了剖析,提高了自身对设备的掌握和熟悉水平,以及相关机械专业技术的拓展,也为以后相类似的控制问题积累了宝贵的经验。