联合工房空调的风压平衡控制技术研究

2022-05-13马凯瑞齐建峰刘海文

石油化工建设 2022年3期

张兢马凯瑞齐建峰刘海文

1.陕西中烟工业有限责任公司陕西西安 710000；2.陕西中烟工业有限责任公司延安卷烟厂陕西延安 716000

1 卷烟厂空调区域间风压现状

卷烟生产的联合工房是按照生产工序和流程设计建造的，我厂采用“U 型”厂房设计，内部划分多个功能区，如制丝车间、卷包车间、贮丝房等。联合工房中央空调系统负责保障各区域温湿度，按照卷烟生产工艺要求不同区域有着不同的温湿度需求。设计时以保障温湿度为核心，充分考虑了工艺需求以及区域内的冷、热负荷。但在生产过程中联合工房各区域内的排风、工艺除尘以及烟丝风送系统会影响到区域内的实际空调送风量，导致各功能区之间和功能区与厂房外发生气压不平衡，相邻区域产生空气流现象，即“窜风”。经调研，联合工房内各空调区域间“窜风”普遍存在，即便用可采用风量计和微压传感器进行常规控制，但风量计误差大、微压传感器故障率高，仍难以可靠解决区域间风压不平衡问题。

2 卷烟厂空调区域间压力分析

2.1 卷烟厂空调区域间“窜风”分析

“窜风”理论上是两个相邻区域间压力不相同所引发，按照流体力学理论，这一压力准确应称为全压，全压等于静压加动压，即Pq=Pi+Pb，根据伯努利方程风-压关系，风的动压为：

各空调区域间温湿度不同，因此其空气密度ρ 不同；各区域间空调排风量、送风量、除尘风量不同，理论上静压也不相同。按照这一理论，只要温湿度、静压不同，厂房内相邻两个区域全压就不同。只能通过研究改造空调系统，使其在一定范围内，减少“窜风”危害。

2.2 卷烟厂空调系统新风阀对各区域压力的影响

除了空调区域内空气密度对空调区域间风压影响外，假设空调机组和所有生产停止，空调区域间将无风压差，影响空调区域间的风压主要是排风（除尘、排风等）与新风（补风）间的不平衡造成，排风（除尘、排风等）是生产进行的基本保障，因此可以认为新风量是影响区域风压的主要因素，卷烟工厂联合工房内所有区域补风量几乎全部来自空调系统，尽管实际生产中有一定的压缩空气进入，通过测算其相对于空调机组，对区域风压影响可以忽略不计。通过分析卷烟工厂联合工房的所有空调区域都需补充一定量的新风才能保障风量平衡，才能实现区域间的风压平衡。

2.3 风压控制目标确定

《洁净厂房设计规范》（GB 50073—2013）中明确了各区域间压差值的要求（微正压5～10Pa）。空调控制需要有建筑设计基础，洁净厂房在建筑设计中就已经考虑，区域间的密封达到洁净厂房规范的要求。烟草厂房无建筑设计基础，各区域的通道、门窗、伸缩缝、输送烟料窗口、各类管道穿越不同区域都没有进行相应的密封措施。通过查阅相关资料，采用现场测量的方法，在贮丝房与暂存间现场进行了“窜风”测量，在“窜风”大于2.5m/ s 时，相邻通道门关闭困难，输送皮带有“窜风”吹起输送通道烟丝，低于2.5m/ s 时则影响较小，在此风速下测得两个区域间的风压差为30Pa。本课题研究目标确定为区域间风压可控，且风压控制目标为≤30Pa。

2.4 制定措施

空调区域温湿度及排风量与生产相关，无法改变，且量化分析困难，通过其变化规律分析，可通过改变中央空调新风输送量，控制调节区域间风压。延安卷烟厂原有中央空调控制系统虽然在一个上位机集控系统中进行操作监视，但各台空调机组（即各区域空调）间没有控制关系。需要在现有控制系统中加入区域间的风压平衡控制逻辑，在不影响温湿度调节的条件下实现区域压差可控。

2.5 研究确定逻辑，绘制逻辑图

空调区域风压控制逻辑图见图1。

图1 空调区域风压控制逻辑图

3 风压实时监测的实现

3.1 采用压差传感器替代微压传感器

在经由确定需要使用压差传感器替代原有微压传感器之后，课题组成员首选需要对压差传感器的部署位置进行规划，以便对各空调区域之间的空气压差进行直接测量，进而更好地反应出各区域之间的压差。在部署过程中，课题组成员首先制定了两种方案，具体如下：

方案一：将压差传感器的一端连接至空调控制区域，另一端连接至室外。如此一来测出的压差即为各区域和室外大气之间的压差。

方案二：以K4 和K7 空调控制区域为例，先将压差传感器的一端连接至K4 空调控制区域，另一端连接至K7 空调控制区域。如此一来测出的压差即为K4 空调控制区域和K7 空调控制区域之间的压差。

在确定出方案后，课题组成员采取小组讨论的方式对两种方案的优缺点进行归纳总结，并对比分析各自的优缺点之后，发现，若采用方案2，虽然无须安装通向室外的管道，但由于其检测范围有限，只能检测到相邻区域之间的压差，无法计数出区域和大气之间的压差，致使检测数据存在一定的局限性；而若采用方案1，则可以检测到每个空调控制区域和大气之间的压差，并能通过压差数据分析得出区域间的压差，但其弊端在于需要安装通向室外的管道。如此一来，方案1 将会额外增加一定的成本投入。但总体分析来看，较之于方案2，方案1 所检测出的数据更加具有全面性，对于系统整体风压平衡控制也更具有指导意义。因此最终确定将压差传感器的一端连接至空调控制区域，另一端连接至室外。

3.2 空调控制区域风压测量点确定

采用以大气压为基准的导压管，采用压差传感器进行风压测量，通过实地勘察对室外取压管以及每个压差传感器的安装位置进行了论证。

3.3 程序编写

按照逻辑图及风压测量点，安装传感器，编写PLC 程序及上位机组态。

3.4 程序安装调试

对联合工房各区域间气流流向识别及量化分析和联合工房区域风压平衡控制风压值确定。在空调自控系统中植入风压平衡控制程序。对现场各工艺设备的控制回路、主回路接线的正确性进行检查并确认，在手动方式下进行单体试车;对进入PLC 系统的全部输入点(包括转换开关、按钮、继电器与接触器触点，限位开关、仪表的位式调试开关等) 及其与PLC 输入模块的连线进行检查并反复操作，确认其正确性;对接收PLC 输出的全部继电器、接触器线圈及其他执行元件及他们与输出模块的连线进行检查，确认其正确性;测量并记录其回路电阻，对地绝缘电阻，按输出节点的电源电压等级，向输出回路供电，以确保输出回路未短路，要对向PLC 输送模拟输入信号的一次检测或变送元件，以及接收PLC 模拟输出的调节或执行装置进行检查，确认其正确性。向检测与变送装置送入模拟输入量，检验安装的正确性及输出的模拟量是否正确并是否符合PLC 所要求的标准;向接收PLC 模拟输出信号调节或执行元件，送入与PLC 模拟量相同的模拟信号，检查调节可执行装置能否正常工作。按设计方案预定模型进行运算与调节，实行生产工艺流程过程控制。