20xx_毕业设计_高炉防灌渣拨风控制系统(编辑修改稿)

20xx_毕业设计_高炉防灌渣拨风控制系统(编辑修改稿)内容摘要：

结合钢厂的实际，我决定在三座高炉供风管道之间设计拨风装置，对所增设的拨风装置既要保证动作的灵敏性，又要确保供风的可靠性，最终达到既保护高炉、又能使鼓风机安全运行的目的。 本章针对 钢厂高炉供风系统的实际情况，对拨风装置的原理及拨风系统进行设计，并对拨风管道与阀门的设计与选择进行了讨论最后对如何控制拨风量进行了详细的论述。 根据我们对高炉正常运行时工况的统计，目前各高炉的正常运行时所需冷风情况如下表： 表 21 各高炉所需冷风情况 高炉 风量 (m3/min) 风 压 (Mpa) (表压力 ) 高炉侧 风机吸入风量 1 4250 4700 2 4250 4700 3 4200 4800 4 4200 4800 通过上表 我们可以看出，在正常情况下 ,4个风机的出力都能满足彼此的需求，所以 ,在其中任意一台风机出现故障的情况下 ,另一台都能为其拨风 . 第二章 拨风系统原理及设计 7 拨风系统的 工作原理设计 本拨风系统采用 S7300 为三座高炉的四台鼓风机（一台备用）进行拨风的控制。 在各鼓风机之间设拨风系统，实现各鼓风系统风量及风压的调配，三台在线运行的鼓风机分别独立为三座高炉送风母管供风，为避免鼓风机故障停机而造成高炉断风事故，在三座高炉供风母管上特设双向快速拨风阀组。 当其中一台正常运行机组出现故障而造成突然断风时，通过管内风压、流量的测定， PLC 经过检 测后，控制快速拨风阀组将另一个正常工作的供风母管的部分风量送入故障机组提供给供风母管，从而使得两座高炉风压维持在可导致冶高炉灌渣的风压之上，最大程度减少经济损失。 我所设计的拨风装置结构是在送风管道之间，两两安装一条联络管道，并在其上安装三个阀门，左右两侧为电动蝶阀 (该阀不参与拨风控制 )，正常处于开启状态。 在进行拨风阀检修或试验时，两侧的电动蝶阀关闭。 中间为快速开启拨风阀，正常处于关闭状态。 当风机故障停机时拨风阀迅速开启。 图 拨风装置结构 拨风系统需求分析 高炉与鼓风机在正常工作运转过程中对各 项性能指标的要求比较严格，因此，拨风系统的设计既要满足当高炉鼓风系统出现故障时能及时通过 PLC 调配风量，也要考虑到各个参数的正常，一个鼓风机出现故障紧急停机后，为故障风机提供风量的鼓风机自身不能因为向另外供风母管供风而超负荷运转，杜绝因为超负荷运转而停机，造成事故的扩大化。 河北联合大学轻工学院 8 高炉不灌渣要求风压不低于 ，风量不低于 2500N Minm3。 当风机故障停机后，高炉进风 口压力自正常生产压力降至判断供风系统故障风压 P1的时间为 T1 ，再进一步降至维持极限生产的供风风压 P2 的时间为 T2 ，这就要求拨风系统的启动设计限定时间 TTT 12 内完成拨风。 对于高炉炉容为 2200立方米及以下的高炉，要避免高炉灌渣，根据炼铁高炉冶炼工艺专业技术人员提出的要求，必须满足以下三个条件 : a 高炉在 10秒钟以内复风 b 入炉风量不得小于 1200 m3/min c 入炉风压大于等于 这三个条件为“与”条件，即必须同时满足才能保证正常运行的高炉避免灌渣。 风机具备鼓风的最低条件必须具备才允许对故障风机进行鼓风即：提供鼓风的母管风压大于 ，风量大于 4000N Minm3 ，压力变送器工 作正常，流量变送器工作正常。 除此之外，风机正常运行时可能处于定风量或定风压模式，当拨风后为避免风机快速追赶设定的风量或风压而引起喘振或逆流，在开始拨风前必须先将风机模式由自动模式切换到手动模式。 在实际运行中，其中一台高炉鼓风机发生故障时，由于供风管道容积较大，入炉风压下降至。 因此只要我们所选择的拨风阀 (快切阀 )能够在一定的时间内打开给系统充压，就可以保证入炉风压大于等于。 风机在正常运行时吸入风量一般为 4500N Minm3 以上，折算到 应的风量为 3060 Minm3 ，即使拨出 1200 Minm3 的风，剩下的冷风依然可以基本满足原高炉的生产需要。 综上所述 ，如果设计合理，使用拨风装置既可以保证事故高炉不灌渣，又可以保证原授风高炉的极限生产，也就是说上述拨风原理可行。 拨风系统的设计 鼓风车间管道布置较为集中，根据实际现场工艺情况，我决定在鼓风车间高炉冷风 供出管道上施工、安装拨风装置，实施所设计的拨风系统。 根据两台高炉鼓风机的配置及其供风能力的介绍，以及两座高炉的炉容量和正常运行时对冷风的需求等情况，在正常生产工况下， 1,2,3 风机分别独立给第二章 拨风系统原理及设计 9 1,2,3三座高炉供风 ,若出现故障 ,两两之间可以互相拨风以维持极限生产。 图 增设了拨风控制系统的鼓风机供风系统 图中 V13表示 1 高炉送风母管与 2 高炉送风母管之间的拨风阀， V23表示 2高炉送风母管与 3 高炉送风母管之间的拨风阀， V33表示 3 高炉送风母管与 1 高炉送风母管之间的拨风阀。 V1 V1 V2 V2 V3 V34表示拨风阀两侧的电动蝶阀。 系统中 V1 V2 V33这个拨风阀为快速开启阀，设开、关、停三个位置，动作时间小于 10秒，正常工作时处于全关位置，可以分别在控制室内实行远程操作和在阀门旁实行就地操作。 V1 V1 V2 V2 V3 V34这 6个关断阀，设开、关、停三个工作状态，系统正常工作时依据所要控制的冷风流量将阀门锁定在指定开度位置。 在拨风阀动作后，该开度将保证所需要的冷风流量通过。 系统正常工作时，为防止误操作，而将开 、关操作电源拉掉。 这样我们就可以根据高炉及风机生产实际情况的需求使拨风阀 V1 V2 V33的动作，以满足在某一风机故障时，将预定的某一正常运行的风机给故障风机所对应的高炉拨一部分风，来满足该高炉的极限生产，保证该座高炉不灌渣。 4备用风机采用 V4 V4河北联合大学轻工学院 10 V43与三个拨风管道相连，当 3风机其中一台休风时，可通过控制 V4V4 V4 V43的开启与关断来启用备用风机维持高效生产。 拨风管道与阀门的设计选择 拨风管道的设计 我们选用 D630 X 8螺旋卷焊钢管作为拨风管道联 通管，管子表面不得有裂缝、结疤、毛刺、压痕和深的划痕存在，氧化铁皮、毛刺等必须清除。 管道采用焊接连接，管子焊缝不得有以下缺陷 : (1)焊缝高度、宽度不均匀 (2)夹渣、气孔、裂纹等 (3)焊缝表面应光滑，不允许有飞边和尖角 (4)焊缝进行 5%射线探伤 为减少拨风管系对原有送风管道的推力，我采用了两个 SPT6600型旁通式直管压力平衡型补偿器，要求补偿器轴向刚度小于 350N/m/m。 在安装时，必须防止其损坏，如压痕、划伤、引弧和焊接飞溅物，焊接管道时，应用无氯湿石棉保护。 图 拨风管道结构示意 拨风阀门的选择 在此项设计中，工作介质为空气，介质温度为 180－ 260℃之间，而且在工艺上严格要求阀门的严密性，以防各高炉之间的窜风，从而保证各座高炉的安全生产。 因此拨风阀的选择极为关键。 通常所涉及的系统较多，因而所使用的阀门也较多，尤其是在风系统上使用的阀门，常常由于质量不过关而发生卡涩现象，如果这个阀门为两座高炉冷风管道之间的连通阀门（例如拨风阀 )，这样在检修故障阀门时常常最少要涉及两座高炉和两台风机，就会严重影响高炉的生产，因此供风系统阀门的选择非常重要。 以往在送往各高炉的配风门上，我们使用最多的 是闸阀，其优点是关闭严密，但第二章 拨风系统原理及设计 11 其缺点是开关时间太长、而且需要旁路门，这样就会使系统更加复杂，维护起来更加麻烦。 随着阀门制造工艺水平的提高，蝶阀以其开度线性好、密封严、维护简便逐渐成为我们的首选。 通过技术及经济性比较，我选用德国阿达姆斯生产的 MAK双向零泄漏三偏心硬密封电动快启蝶阀，在结构上，其三偏心斜置锥形基座密封系统中，轴与阀体中心线相对偏心。 轴与阀板平面相对偏心，蝶板相对阀体斜置 :轴与圆锥形密封基座中心线相对偏心。 而最重要的一点，该阀门全开可在 6秒之内完成，完全符合炼铁工艺所提出的 10秒内给系统充压的 需求。 由于需要该阀具有快速开启的功能，因此，对于阀门的执行机构也有特殊的要求。 另一方面，在本拨风系统中，要实现阀门的计算机自动控制，执行机构是控制系统不可缺少的组成部分，它的作用是接收计算机发出的控制信号，并把它转换成调整机构的动作。 因此各拨风阀门执行机构的功能与技术指标直接关系到自动控制的成功与否。 执行机构分为气动、电动、液压三种类型。 气动执行机构的特点是结构简单、价格低、防火防爆。 但其缺点是需要较高压力的气体作为原动力，因此需设外部系统，系统结构复杂，维护量大。 液压执行机构的特点是推力大，精度高，以 其开关快捷、准确、时间短而在很多重要部位使用，例如某厂高炉鼓风机组的防喘振阀门基本选用此种阀门，其全开时间在 3秒之内。 但是由于其为液压控制阀，需要液压介质和油泵，这样造价比较高，而且又附加了许多设备，维护工作量大。 电动执行机构的特点是体积小、种类多、使用方便，而且附属设备少，维护起来比较简单。 因此在满足拨风系统 68秒全开的工艺要求下，我们选择了 Rotork 1Q型执行机构。 该执行机构有很多优点，可以满足拨风系统计算机自动控制所需要的功能 : (1) 该执行器具有现场 /停止 /远程操作选择器。 (2) 该执 行器可在接线完成后，不必打开电气端盖即可进行调整。 用红外线设定器可实现力矩、限位以及其他功能的设定。 (3)IQ执行器带有一个可接受 4个辅助输入 (AUXI A11X4) 的装置。 用于对带有Modbus模块、并需增加远程控制或数字辅助输入的控制和反馈功能的执行器，也可同时提供远程控制和无源输入信号。 在 PF功能下显示的卜六进制数字可以被认为是一个“软件掩码”。 这个掩码可以告诉 Modbus模块所期望的输入形式，控制或输入信号，以及输入触点的形式 (即常开或常闭 )。 所以通过技术性能和经济性比较，我们选择德国阿达姆 斯生产的 MAK双向零河北联合大学轻工学院 12 泄漏三偏心硬密封电动快启蝶阀作为拨风阀。 在拨风系统使用过程中，拨风阀处于全开或全关状态，而两边不参与控制的电动蝶阀的作用主要为限制拨风量为所需值，及在进行拨风阀检修或试验时，用来切断拨风管与原系统的联系。 拨风系统拨风量的控制机算 拨风系统正常运行要求其既要保证事故机组供风的高炉不断风，维持其极限生产，又要在拨风后对拨风机组所供高炉影响最小。 这就要求我们对拨风量进行控制，即通过控制两边电动蝶阀的开度来控制拨风量。 根据高炉的需求，入炉风量为 1200 3m/min，风压不低于 ,高炉就能维持极限生产。 所以必须通过计算才能确定两边电动蝶阀的阀门开度与风量的对应关系，从而通过控制拨风阀两边蝶阀的开度来控制拨风量。 实际流体在管内流动时，由于存在阻力，要损失一部分机械能，称为能量损失。 管流的能量损失由两部分组成 :一部分是由于流体的粘性力所引起的，发生在整个流程上的“沿程损失”，这种损失的大小与流体的流动状态有着密切的关系。 另一部分是发生在局部管段上的，由流动状态急剧变化所产生的旋涡和速度分布变化所引起的“局部损失”。 通常管道流动中单位重量流体的沿程损失用下式表示 : gvdlhf 2λ2= （ 3－ 1） 式中 λ 为沿程阻力系数，它与流体的粘度、流速，管道内径以及管壁粗糙度等有关，是一个无因次系数，由实验确定。 l 为管道长度。 d为管道内径。 gv22 为单位重量流体的动压头 (速度水头 )。 由式 (31)可以看出，在同样条件下，管道越长，损失的能量越大，这是沿程阻力的特征。 管流中单位重量流体的局部能量损失用下式表示 : gvhf 22ζ= (32) 式中 ζ 为局部阻力系数，是一个无因次的系数，根据不同的管件由实验确定。 工程上的多数 管道系统既有许多等直管段，又有许多管件 (例如变管、接头阀门等 )连接着。 这时整个管道的能量损失显然应该分段计算，而后把它们叠加起来， 即： 第二章 拨风系统原理及设计 13 jfw hhh ∑+∑= （ 3－ 3） 空气在不同的压力和温度下其密度是不同的，根据不同工作状况，空气的密度可根据下式计算 : 1 0 1 7 32 7 30 pt += ρρ （ 3－ 4） 式中， ρ－某温度 t与压力 p状态下干空气的密度， kg/m3 0ρ － 0oC、压力为 ，30 / mkg=ρ P 绝对压力 MPa t 摄氏温度 ℃ 在工程上一般气体被看作可压缩流体，如果忽略气体流动时的位能变化，则可压缩气体绝热流动伯努利方程为： whVpk kVpk k ++=+ 212122222111 ρρ －－ （ 3－ 5）式中， k－绝热系数。