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冷卻塔風機的節能及安全控製研究

2019-11-08 19:08   评论:52 点击:096

冷卻塔風機是循環水係統的核心設備[1]。北京燕山石化公司煉油廠目前具有7套循環水裝配,循環冷卻水總設計處理量為4.665×104t/h;涼水塔風機105台(其中4.7m 98台,8.5m 7台),總裝機功率為4060kW,同時開機情況下最大日耗電量達9.74×104kW·h。

就循環水設備治理情況看,無論是從設備的數目 、維修工作量、耗電量等哪個方麵來講,冷卻塔風機都占有很大比重。風機台數占車間設備總量的57%,維修工時占總量的60%,電耗占總量的22%。如何在節能降耗、減少勞動力的情況下來保證設備的長周期運行 ,必然要利用先進的科學技術及治理方法[2] 。自1993年開始,筆者單位與中科院工程熱物理所合作,共同研製開發了風機節能自控和安全自控2套監測係統,即“KR-933型風機節能控製器”、“KR-939型風機安全運行監控器”。目前該係統已在循環水車間得到了全麵利用,並取得了理想的效果。

1 風機節能控製器的研究

提出風機節能控製治理的目的,是實現風機運行閉環主動控製。根據生產的需要預先設定供水溫度,由天氣氣象環境對水溫的影響、係統換熱條件的改變對水溫的影響,用溫感探頭的實測值及時反應出來,終究通過調控降溫設備的能耗來穩定供水溫度,實現自控節能 。

通常以為,“變頻調速技術”是完成上述過程的理想方法。但變頻調速技術在循環水冷卻塔風機控製上的應用存在如下局限性和缺陷:

①“變頻調速技術”可以做到很高的控溫精度,但這在循環冷卻水係統卻不很首要。②變頻器本身的能量損耗(均勻運行效率不足90%)影響節能效果。③變速運行造成風扇葉片攻角改變(迎風角),風機脫離工作點運行使效率降低。④電機脫離額定轉速的低速運行,和轉速 、扭矩、功耗之間的非線性關係,也使電機的運行效率大為降低。⑤變頻調速係統價格較為昂貴(每千瓦1000元擺布) ,新建工程和老設備改造都需較大投進。⑥設計上還必須考慮變頻調速器運行在某些特定轉速時的破壞性共振題目,和變頻調速器產生強電磁汙染對其它儀表的幹擾等題目。

我們根據冷卻塔風機往往是以多台並聯的機群形式工作,為此提出了根據丈量供水溫度的變化,主動調節風機的開、停機數目達到控溫節能的目的 。

這是一種簡單易行、用度低廉的控製方法,但它又有別於常規的PID模擬調節方式。它是一種單變量離散控製閉環調節係統,既要保證有一定的控溫精度,又不許可風機頻繁啟停;既要保證風性能單台工作,又要求多台風機在時間和啟停次數上平衡運行。

針對冷卻塔風機控製治理中實際碰到的題目,我們提出了“溫度丈量範圍”、“丈量精度”、“顯示分辯率” 、“丈量上下限”、‘丈量校準值”、“履行周期”、“溫度允差”、“溫度速率允差”等共18項基本設計要求進行研發建造,並於1993年3月首次在第三循環水場風機現場試用,該係統命名為“KR-933風機智能控製器”。

2 風機安全監控器研究

提出風機安全監控治理的目的,是為了主動檢測出振動、油溫、油位的變化數值,並進行顯示和記錄,同時對檢測值超限的風機進行報警和停機,以求達到風機安全平穩運行的目的,減少甚至杜盡風機損壞事故的發生。根據現場治理的實際情況,確定了“風機振動” 、“滑油油溫”、“減速箱油位”3個參數是保證風機安全最首要的運行參數[3]。又確定了“丈量範圍”、“丈量精度” 、“巡檢時間”等共15項設計參數進行研發建造。該係統於1993年9月在循環水場得到首次試用,命名為“KR-939風機安全監控器”。

該係統應用了多參數組合探頭技術 、數字指令編碼技術和計算機網絡治理技術。三參數組合探頭安裝於風機減速箱泊尺固定座上,其探杆直接插進滑油中,將減速箱內的油溫、泊位及設備振動值直接轉換為電信號,並遠傳至控製室內的風機安全監控器。每台安全監控器可以用一條四芯電纜掛接8隻組合探頭,對8台風機的運行參數進行實時監控,同時完成數字顯示。超限報警、超限停機等多相功能。經過了多次的試驗和改型設計,目前已成功應用於設備生產現場,各項參數達到了預定的設計要求。

3 實現計算機聯網控製

上麵先容的兩種測控係統,可以通過一條四芯通訊電纜(RS-422標準串行接口)與1台治理計算機連接,計算機可所以通用型PC機或工控機。當配備相應的組態化監控治理軟件(DCS-900軟件),即可與多台KR-933、KR-939監控器實現聯網控製。與計算機聯網後的風機監控器增加了如下功能:

①同時監控網內所有控製器的丈量參數,實現綜合治理。②修改網內各控製器的設定參數。③根據各控製器運行參數變化實現係統優化治理。④進行曆史數據及圖形的記錄,幫助分析,方便查詢。

4 風機治理研究的效果

自1993年開始北京燕化煉油廠進行風機自控治理試驗 ,取得了良好的效果,首要成績反應在節能和安全運行兩個方麵。

4.1 風機運行節電效果明顯

以安裝了KR-933的第二循環水場為例,使用KR-933節能控製器的節能效果見表1。

如表1所示,最初現場試用KR-933節能控製器的第三循環水場,在1993年風機負荷較重的6 ,7,8,9這4個月內,耗電量與1991,1992年同期相比,節電量178533kW·h,若以0.45元/(kW·h)計算,這4個月共節約用電費7.92萬元;而第三循環水場安裝節能控製器的用度隻有4.36萬元,可見投進的用度隻需設備運行幾個月就能收回。

目前我廠已陸續在4個循環水場利用了KR-933智能控製器13台 ,受控風機92台 ,取得了可觀的經濟效益。

表1 KR-933節能效果

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4.2 保證風機安全運行

經過幾年的精益求精,到1998,1999年度,安全監控器的精確率得到了大幅度的進步,其中1999年1月至1999年7月的統計數據表明,係統共報警17次,其中查出設備存在題目的有13台,報警精確率大於76.5%;並且在設備檢查過程中,發現了2台具有嚴重設備隱患的題目,避免了設備的嚴重毀壞,收到了良好的經濟效果。

根據現場經驗,處於完好狀況下的風機,其油溫、油位 、振動曲線的特征如下:

①油溫曲線:從開、停機時刻起逐步升、降,約1h擺布變成一條近似直線的平滑曲線。②泊位曲線:無論是否開機,都應近似一條水平的直線 。③振動曲線:開機狀況下,圍繞一條虛擬的直線作上下窄幅振蕩的不規則曲線。

1994年以來,我廠先後在6個循環水場安裝了13台KR-939型風機安全監控器,對86台不同類型的風機進行了長期在線監測。使我廠風機的檢驗維護由本來的首要根據風機累計運行時間安排大修,變為根據監控器的丈量數據來安排檢驗,使風機的檢驗維護工作變得更加科學公道。安裝安全監控器後的風機,檢驗工作量比本來降低了大約30%;同時,多次避免了風機嚴重毀壞性事故的發 生,幾年來,沒有發生過任何不測損壞事故,取得了可觀的效益 。

5 不足的地方

5.1 大型風機不適合利用KR-933節能控製器

對於大功率少機組風機的循環水場,由於每開停1台風機,都會對水溫產生很大的影響。因此,利用KR-933風機節能控製器無法正常穩定控製水溫。如第六循環水場共有3台直徑8.53m、功率160kW的風機,假設安裝風機節能控製器,在設定溫度速率允差 。溫度允差、履行周期等參數時,必然產生極大的矛盾 ,很難選擇出適當的參數值,終究也達不到節能降耗的目的。這類情況下的風機治理,比較適合采用主動變頻調速係統進行控製治理。目前也正在進行這方麵的籌辦工作 。

5.2 KR-939安全控製係統的油位丈量技術還有待改進

目前KR-939安全監控器仍存在不足 ,其首要題目是油位監測,由於受惡劣條件的影響,較輕易出現熱絲結垢、滑油含水造成斷絲故障。若探頭檢驗不及時,還需要進行人工上塔巡檢實測 。

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