煤气加压站压力自动调节方案研究

2019-03-01胡晓颖

冶金与材料 2019年4期

胡晓颖

（马钢集团设计研究院有限责任公司，安徽马鞍山 243000）

煤气加压站的压力控制对加压站系统稳定运行有直接影响，在加压站的压力自动调节方面，目前有多种实现方式，各有优缺点。对于企业而言，需要同时关注于系统自动调节的稳定性以及生产成本，根据实际工况选择最合适的压力自动调节方案。

1 煤气加压站基本工艺流程

煤气加压站的公辅系统完善工程主要负责将管网焦炉煤气加压到其他工艺所需的压力值，供炼铁球团分厂等使用。加压站压力控制系统需要实现对出口压力的有效控制，使其稳定在设定值上，从而使焦炉煤气得到充分利用，帮助企业提升生产经济效益。从该煤气加压站的基本工艺流程来看，目前加压站内安装有3台煤气罗茨风机，2台为工频电机，另1台为变频电机，并预留两台空间，方便扩建。单个罗茨风机容量为233 m3/min，其入口压力在3～7kPa，经过加压后可达到55 kPa左右，传输至球团区域的煤气管网后，连锁停机点为60kPa。系统中的出口总管与煤气管网连接部分安装有回流调节阀，负责对煤气回流输送量进行调节，也可以对出口压力进行调节。

2 煤气加压站压力自动调节方案设计

2.1 硬件系统配置

在煤气加压站工艺流程中，加压控制系统的PLC产品选择高性价比的S7-400H产品，其主要器件均采用双重冗余设计方式，包括中央处理器、连接硬件等。冗余CPU模块下设置有从站ET200，每个从站有2个IM接口，利用PROFIBUS-DP线连接主机通信模块及各个分站。在该硬件配置方案下，即使出现故障事件，备用器件仍可继续使用，可以保证系统运行稳定性。系统变频电机为355kW电机，电压690V，转速990r/min。

2.2 回流调节阀控制技术

（1）设计思路。煤气加压站可以利用回流调节阀实现压力调节，但是在一些特殊情况下，仅依靠回流调节阀，难以实现对压力的有效调节。一般要求单个调节阀开度范围的最小开度比低于10%，采用两个调节阀进行并联设计，共同进行压力调控，可以增加可调节范围，保证压力的稳定性，同时避免调节阀使用寿命和调节稳定性受到影响。

（2）PLC控制方案。在回流调节阀控制技术下，主要采用PLC闭环控制方案，需要通过PLC程序设计，正确理解系统功能模块各参数含义，并对测量点进行符号表创建，与背景数据块对应。在外部数据交换过程中，则需要做好D/A转换，将PID输出量转换为整数，传输给模拟量输出模块。根据煤气加压站的压力自动调节需求，如果压力反馈值高于设定值，应自动控制调节阀的开度增加，从而减小出口压力值，直到减小至设定值。在此过程中，误差信号为设定值与反馈值的差值，是一个负数，若直接输出给输出模块，会使其作出相反动作。因此需要对PID输出值进行运算处理，再传输给调节阀，从而实现工艺要求。

（3）控制效果分析。在上述控制方案下，加压站实际由两个并联回流调节阀负责对出口压力进行调节，可以根据实际生产需求，采取不同组合调节方式，确保调节范围符合需求，同时增加系统运行稳定性。调节阀的适合调节开度范围为自身上下限的30%～70%，如果超出这一范围，容易产生能源浪费和阀门受损问题。通过采用该控制方案，当煤气总管的流量较大、用户用量较小或不稳定波动时，2个调节阀同时投入运行，增加调节范围。

2.3 变频调速控制技术

（1）控制原理。变频调速控制技术主要采用变频器对系统压力进行自动调节，采用闭环控制原理。根据系统硬件条件，变频器采用直接转矩控制方式（DTC），具有较高的控制精度和运行可靠性。变频器可调节频率为 17～33Hz，电流为 12～20mA，转速为 360～990r/min。PLC控制系统主要负责对压力信号进行变换及处理，提供给变频调速装置参变量，实现频率自动调节功能，根据负荷变化进行调节。

（2）通信网络设计方案。在变频调速控制方案下，首先要解决网路通信问题，确保PLC和变频器之间通信可靠。选择的通信网络要能够同时连接两种产品，并保证通信过程的稳定性。该系统选择的是PROFIBUS网络，采用现场总线技术连接PCL和变频器，可实现设备级控制和分散式I/O通信，保证信息交换效率。系统适配器模块是连接变频器系统的重要模块，可实现变频器和通信网络的连接。在具备硬件通信条件后，通过硬件组态设计和通信程序设计，完成通信网络组建。

（3）PLC程序设计。在PLC程序设计方面，变频调速控制中的压力恒定调节主要通过PLC程序功能实现。同时PLC程序要通过对PID功能块参数的正确理解和调用，完成各项控制功能。其中具体包括四大程序模块，一是团球加压站组织块，二是变频风机主程序，三是输入输出数据运算处理模块，四是PI调节控制模块。在四大程序模块的相互调用下，可实现数据存储、交换等功能，借助通信网络实现各项自动控制功能。

（4）运行效果分析。从变频调速控制系统的控制效果来看，由于该煤气加压站包含1台变频电机和两台工频电机，可根据实际生产需求，采取不同投运方式。如果系统中的煤气需求量正常，可选择变频电机与工频电机同时投运方式，且将变频电机切入到自动运行状态。如果系统中的煤气需求量较小，则只投入变频电机运行，其频率调节范围为17～33Hz，若煤气需求量减小至变频器频率调节下限之下，则无法满足压力自动调节需求，此时需要将变频器切入到手动运行状态，同时启动回流调节阀控制方案维持压力平稳。总体而言，变频调速控制系统具有较好的节能效果，与回流调节阀配合使用，可获得较好的控制稳定性。