淺談浮法玻璃機電控制單法蘭液位變送器應急不間斷供水

摘 要 通過(guò)對氮氫站的供水方式分析后，采用柴油備用泵應急啟動(dòng)控制供水管道壓力，變頻器調節使壓力維持在 所需的恒定壓力值，使整個(gè)管道壓力維持恒定，實(shí)現氮氫站不間斷供水循環(huán)系統運行，同時(shí)達到了節能降耗的目的。 

 

0引言

浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)運行中，氮氫站是不可缺少的重要部分，其中離心機與空壓機是氮氫站的主要設備，而氮氫站的離心機與空壓機對循環(huán)冷卻水泵的依賴(lài)很大，只有在冷卻水壓力大于0.25MPa時(shí)才會(huì )正常運轉；冷卻水水壓不足0.25MPa的情況下，離心機與空壓機就會(huì )因低水壓報警停車(chē)；而離心機與空壓機的停車(chē)，使得氮氣、氫氣與壓縮空氣的制取工作運行出現停頓，供給浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)上的保護氣體與壓縮空氣停止供應，影響錫槽氣氛，電氣設備停止運行，直接造成玻璃生產(chǎn)質(zhì)量的重大事故。由于企業(yè)處于僻壤山區經(jīng)常遭受打雷與陣雨襲擊，使得循環(huán)水泵停電而停止運行。因此，怎樣控制氮氫站循環(huán)水泵正常供水是急需解決的技術(shù)問(wèn)題。為解決不間斷對氮氫站供水，采用柴油備用泵應急啟動(dòng)實(shí)現設備電氣精que控制供水管道壓力，提供一種氮氫站不間斷供水系統，抗擊干擾保障浮法玻璃生產(chǎn)正常運行。

 

1氮氫站不間斷供水系統特性分析

目前，玻璃行業(yè)對于氮氫站的供水方式主要有直接供水方式與安保水塔的方式。大多數玻璃企業(yè)采用直供水的方式；部分玻璃企業(yè)采用水泵給安保水塔供水，再由水塔給車(chē)間供水的方式。

（1）采用直供水的方式。在停電或是水泵故障時(shí)，會(huì )導致水泵無(wú)法正常工作，引發(fā)水管內部的水壓在30s內下降。這種情況下，只能通過(guò)在供電恢復后重新起動(dòng)水泵，使水壓恢復正常后，才能起動(dòng)氮氫站設備，恢復水、氣供應，繼而具備正常生產(chǎn)的條件。因此，當受干擾時(shí)，如采用直接供水方式使得浮法玻璃生產(chǎn)處理故障很被動(dòng)。

（2）采用安保水塔的方式。一般為穩定供水壓力，安保水塔的水位需在40~45m之間，剛好近似滿(mǎn)足4.0～4.5Pa的壓力。當發(fā)生停電事故時(shí)，安保水塔的水位隨著(zhù)用水量的增加會(huì )不斷降低，這時(shí)供水壓力也隨之降低，只有在設備恢復正常運行后供水壓力才能穩定。

（3）采用直接供水方式或安保水塔的方式，在發(fā)生事故時(shí)，氮氫站的供水量以及供水壓力的穩定性無(wú)法從根本上得到保證。

（4）為解決不間斷對氮氫站供水以及實(shí)現精que控制供水管道壓力，提供一種玻璃生產(chǎn)機電控制單法蘭液位變送器,進(jìn)行應急處理，實(shí)現氮氫站不間斷供水的基本工作系統。選擇使用單法蘭液位變送器設備，啟動(dòng)機電一體化的控制軟件程序，按照單法蘭液位變送器工作原理及其單法蘭液位變送器智能控制器，基于單法蘭液位變送器的應急不間斷自動(dòng)供水管路，由可編程控制器作為邏輯運算器，響應時(shí)間快，動(dòng)作可靠，可查詢(xún)事故記錄，操作維護簡(jiǎn)單。

2單法蘭液位變送器工作原理及其智能控制器

2.1單法蘭液位變送器工作原理

柴油機高壓油泵是個(gè)柱塞式油泵。其工作原理是，通過(guò)對柱塞的軸向角度旋轉來(lái)調整柱塞有效壓距，達到油泵控制壓油量，由發(fā)動(dòng)機曲軸轉動(dòng)通過(guò)齒輪帶動(dòng)凸輪軸上凸輪旋轉，凸輪對油泵頂桿上滑輪作一頂一放周期運動(dòng)，使柱塞在柱塞套內做往復運動(dòng)，在泵的進(jìn)出兩油閥配合下來(lái)完成吸油和壓油，使其瞬間產(chǎn)生10MPa以上高壓，并將柴油通過(guò)噴油管路、噴油器等霧狀噴入近6MPa的機體燃燒室產(chǎn)生燃燒爆發(fā)作功，通過(guò)氣缸、活塞連桿、曲軸等機構產(chǎn)生旋轉動(dòng)力。在高壓（6MPa）下，把柴油霧狀噴入燃燒爆發(fā)，產(chǎn)生動(dòng)力。油泵動(dòng)力來(lái)源是發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)曲軸，曲軸傳動(dòng)到柱塞泵，瞬間產(chǎn)生高壓。通過(guò)柴油箱把油輸入油泵，經(jīng)過(guò)高壓轉速壓縮柴油后高壓油管連接油嘴噴進(jìn)發(fā)動(dòng)機活塞上爆發(fā)一股推動(dòng)力啟動(dòng)單法蘭液位變送器工作。

每個(gè)工作循環(huán)都經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)行程。由于柴油機用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，而其自燃溫度卻較汽油低，因此可燃混合氣的形成及點(diǎn)火方式都與汽油機不同。柴油機在進(jìn)氣行程中吸入的是純空氣。在壓縮行程接近終了時(shí)，柴油經(jīng)噴油泵將油壓提高到10MPa以上，通過(guò)噴油器噴入氣缸，在很短時(shí)間內與壓縮后的高溫空氣混合，形成可燃混合氣。由于柴油機壓縮比高（一般為16～22），所以壓縮終了時(shí)氣缸內空氣壓力可達3.5～4.5MPa，同時(shí)溫度高達750～1000℃（而汽油機在此時(shí)的混合氣壓力為0.6～1.2MPa，溫度達600～700℃），大大超過(guò)柴油的自燃溫度。因此柴油在噴入氣缸后，在很短時(shí)間內與空氣混合后便 立即自行發(fā)火燃燒，氣缸內的氣壓急速上升到 6～9MPa，溫 度也升到 2000～2500℃。

 

2.2 單法蘭液位變送器變頻調速原理

單法蘭液位變送器調速器一般都是機械離心式調速器，利用調速彈 簧的預緊力和飛錘的離心力相平衡的原理，來(lái)調控轉速和供 油量相平衡，在發(fā)動(dòng)機運行中調速手柄控制調速彈簧的預緊力，預緊力加大時(shí)，推動(dòng)供油齒條加大供油量，油量的增加使轉速升高，飛錘的離心力也相應地增大，飛錘的離心力則推動(dòng)供油齒條減小供油量，這樣就使供油量和轉速平衡在某一 點(diǎn)上。而變頻器具有無(wú)極調速的能力，其頻率變化與轉速成線(xiàn)性關(guān)系，具有較好的輸出特性，選擇有轉矩補償的國內外一線(xiàn)品牌的變頻器完全可以滿(mǎn)足設計要求。 根據異步電機的轉速公式：

 

 

2.3單法蘭液位變送器聯(lián)動(dòng)空壓機變頻節能技術(shù)

在浮法玻璃行業(yè)，生產(chǎn)用水用氣對壓力和流量的要求很高，且不能停氣停水，因此選用空壓機進(jìn)行變頻技術(shù)達到節能效果。

通過(guò)空壓機一臺在自動(dòng)狀態(tài)下根據總管壓力自動(dòng)調節變頻器的頻率，維持總管壓力在6.3～6.5Pa之間，另外一臺可以在工頻狀態(tài)運行；當變頻運行的這臺機發(fā)生故障時(shí)，工頻運行的這臺機可以自由切換到變頻運行，空壓機與變頻系統采用硬接線(xiàn)電氣互鎖，確保系統的安全穩定。

整套系統是由變頻器、空壓機切換柜、壓力變送器、電機、空壓機轉子組成的壓力閉環(huán)控制系統。變頻系統根據壓力傳感器提供的壓力信號，將管網(wǎng)實(shí)際壓力與設定的基準壓力比較，通過(guò)PID控制器調節變頻器頻率從而控制電機轉速，使壓力維持在所需的恒定壓力值。當用氣量增大時(shí)，實(shí)際壓力低于設定的基準壓力時(shí)，變頻器輸出頻率升高，電機的轉速提高，使單位時(shí)間內空壓機的出力提高；當用氣量減小時(shí)，實(shí)際壓力高于設定的基準壓力，變頻器輸出頻率下降，電機的轉速也降低，使單位時(shí)間內空壓機的出力減小。這樣就能使整個(gè)管道壓力維持恒定，達到了節能降耗的目的。具備變頻/工頻自由切換功能的兩臺空壓機組，不僅保證了系統供氣的穩定可靠，#大限度地利用了變頻器，而且降低了設備損耗，減小了維修成本�？刂浦飨到y框圖見(jiàn)圖1。

 

 

本系統具備手動(dòng)/自動(dòng)切換以及工頻/變頻切換的功能，操作人員只需在控制面板上選擇相應的功能即可。當1#機變頻運行時(shí)，2#機只能選擇工頻運行，反之亦然。

系統運行在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，操作人員只需在人機界面輸入所需的目標壓力即可，PLC根據設定壓力與壓力傳感器反饋的壓力數值作比較自動(dòng)調節變頻器的頻率，同時(shí)將運行過(guò)程中的變頻器電流、電壓與頻率反饋給PLC，PLC實(shí)時(shí)在人機界面顯示相關(guān)數值與運行狀態(tài)。本系統具備較高的冗余性能，保證了變頻系統的持續運行，提高了節能效率，同時(shí)也保證了電氣設備運行的安全性。人機界面的采用不僅操作友好，而且維修簡(jiǎn)單。

3氮氫站的循環(huán)不間斷供水系統技術(shù)方案

3.1不間斷供水系統技術(shù)方案

為了解決氮氫站的循環(huán)不間斷供水的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種解決事故時(shí)供水停頓或供水壓力不穩、供水持續性不佳的辦法。技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)在于采用技術(shù)成熟的可編程控制來(lái)實(shí)時(shí)檢測供水壓力、水泵運行狀態(tài)，在斷電異常情況下，自備電源控制系統能實(shí)現快速地起動(dòng)應急單法蘭液位變送器啟動(dòng)，恢復供水的能力。氮氫站的循環(huán)不間斷供水系統，可以實(shí)現手動(dòng)/自動(dòng)切換、自動(dòng)化程度較高、響應時(shí)間短、動(dòng)作可靠性高，減少了人為干預。其硬件組成和動(dòng)作原理如下：

圖2所示的是氮氫站供水系統控制流程圖。該系統保證了在發(fā)生停電事故或設備故障時(shí)的供水不間斷以及供水壓力穩定。

 

 

 

圖3所示的是三臺水泵與一臺處于熱備用狀態(tài)的單法蘭液位變送器與主供水管連接在一起，在正常情況下兩臺水泵運行時(shí)其供水量和供水壓力可以滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝需要，另一臺水泵處于備用狀態(tài)。發(fā)生設備故障或停電時(shí)，主供水管上的壓力變送器檢測水流壓力并反饋給可編程控制器，可編程控制器進(jìn)行邏輯運算，判斷是停電引起供水壓力下降還是設備故障引起的供水壓力下降。

 

 

3.2故障引起停機時(shí)啟動(dòng)應急系統

當電網(wǎng)停電引起的設備停機時(shí)，系統5s內沒(méi)有檢測到來(lái)電信號立即起動(dòng)處于熱備用狀態(tài)的單法蘭液位變送器，單法蘭液位變送器自動(dòng)加載，當單法蘭液位變送器出口壓力達到0.16MPa時(shí)，出口單向閥打開(kāi)，主供水管供水壓力恢復正常。電網(wǎng)恢復供電時(shí)，水泵人工開(kāi)啟后，系統5s后自動(dòng)停止單法蘭液位變送器，單法蘭液位變送器出口單向閥關(guān)，供水恢復正常。 設備電氣發(fā)生故障引起停機時(shí)，主供水管水壓低于0.4MPa時(shí)，系統起動(dòng)處于熱備用狀態(tài)的單法蘭液位變送器，單法蘭液位變送器自動(dòng)加載，當單法蘭液位變送器出口壓力達到0.16MPa時(shí)，出口單向閥打開(kāi)，主供水管供水壓力恢復正常。操作人員確認故障解除，水泵恢復正常運行，必須手動(dòng)停止單法蘭液位變送器。設備故障的情況下設置人工停止的目的在于確保系統在故障沒(méi)有解除時(shí)的誤動(dòng)作，保證供水的持續不斷。

而采用機電設備控制單法蘭液位變送器應急不間斷供水系統，是由可編程控制器作為邏輯運算器，響應時(shí)間快，動(dòng)作可靠，可查詢(xún)事故記錄，操作維護簡(jiǎn)單�；�于單法蘭液位變送器的應急不間斷自動(dòng)供水技術(shù)采用壓力變送器檢測主供水管壓力，并以4~20mA的信號傳輸至可編程控制器，能實(shí)現實(shí)時(shí)壓力監控，與此同時(shí)，水泵的運行狀態(tài)也由可編程控制器實(shí)時(shí)監控，一旦發(fā)生水泵停機即可認為設備故障從而起動(dòng)應急單法蘭液位變送器。見(jiàn)圖2、見(jiàn)圖3。

4實(shí)施效果

(1)項目技術(shù)投資少，使用效果明顯，回報高。相比采用安保水塔的供水方案，單法蘭液位變送器自起動(dòng)不間斷供水方案投資少、占地面積小，更重要的是只要燃料充足，理論上不存在供水量小和供水壓力下降的風(fēng)險，可以持續供水，杜絕因供水中斷引起的生產(chǎn)異常。

(2)項目技術(shù)應急響應時(shí)間短，控制精度高。由于采用了可編程邏輯控制器和空壓機壓力變送器，系統對主水管的供水壓力非常敏感，并且對事故的響應時(shí)間可達到毫秒級，在停電和設備故障的兩種極端情況下，主供水管在25s內即可恢復供水壓力，完全滿(mǎn)足現代玻璃企業(yè)對供水的要求。

(3)項目技術(shù)涉及整套系統是由變頻器、空壓機切換柜、壓力變送器、電機、空壓機轉子組成的壓力閉環(huán)控制系統。變頻系統根據壓力傳感器提供的壓力信號，將管網(wǎng)實(shí)際壓力與設定的基準壓力比較，通過(guò)PID控制器調節變頻器頻率從而控制電機轉速，使壓力維持在所需的恒定壓力值，根據用氣量大小，變頻器調節，使整個(gè)管道壓力維持恒定，達到了節能降耗的目的。

(4)項目技術(shù)操作界面友好，操作簡(jiǎn)單。采用直觀(guān)明了的人機界面顯示設備的各種狀態(tài)，操作人員只需選擇自動(dòng)/手動(dòng)的功能，#大化地減少人工對設備的干預，確保系統的動(dòng)作可靠，維修簡(jiǎn)單，具有較高的經(jīng)濟效益。

(5)應用前景廣泛。單法蘭液位變送器不間斷供水方案不僅在玻璃行業(yè)具有巨大的應用價(jià)值，在其他對供水要求較高的工礦企業(yè)同樣也具有廣泛的應用前景。

(6)項目實(shí)施，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少操作人員配置。與水泵恒壓供水相結合，實(shí)現水泵房無(wú)人值守，確保供水的安全可靠的同時(shí)，也可以減少人員配置，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。