摘 要 通過對氮氫站的供水方式分析后，采用柴油備用泵應(yīng)急啟動控制供水管道壓力，變頻器調(diào)節(jié)使壓力維持在 所需的恒定壓力值，使整個管道壓力維持恒定，實現(xiàn)氮氫站不間斷供水循環(huán)系統(tǒng)運行，同時達到了節(jié)能降耗的目的。 

 

0引言

浮法玻璃生產(chǎn)線運行中，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(shè)備，而氮氫站的離心機與空壓機對循環(huán)冷卻水泵的依賴很大，只有在冷卻水壓力大于0.25MPa時才會正常運轉(zhuǎn)；冷卻水水壓不足0.25MPa的情況下，離心機與空壓機就會因低水壓報警停車；而離心機與空壓機的停車，使得氮氣、氫氣與壓縮空氣的制取工作運行出現(xiàn)停頓，供給浮法玻璃生產(chǎn)線上的保護氣體與壓縮空氣停止供應(yīng)，影響錫槽氣氛，電氣設(shè)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(qū)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)問題。為解決不間斷對氮氫站供水，采用柴油備用泵應(yīng)急啟動實現(xiàn)設(shè)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(tǒng)，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(tǒng)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(shù)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，會導(dǎo)致水泵無法正常工作，引發(fā)水管內(nèi)部的水壓在30s內(nèi)下降。這種情況下，只能通過在供電恢復(fù)后重新起動水泵，使水壓恢復(fù)正常后，才能起動氮氫站設(shè)備，恢復(fù)水、氣供應(yīng)，繼而具備正常生產(chǎn)的條件。因此，當(dāng)受干擾時，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。

（2）采用安保水塔的方式。一般為穩(wěn)定供水壓力，安保水塔的水位需在40~45m之間，剛好近似滿足4.0～4.5Pa的壓力。當(dāng)發(fā)生停電事故時，安保水塔的水位隨著用水量的增加會不斷降低，這時供水壓力也隨之降低，只有在設(shè)備恢復(fù)正常運行后供水壓力才能穩(wěn)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，氮氫站的供水量以及供水壓力的穩(wěn)定性無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現(xiàn)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,進行應(yīng)急處理，實現(xiàn)氮氫站不間斷供水的基本工作系統(tǒng)。選擇使用單法蘭液位變送器設(shè)備，啟動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(yīng)急不間斷自動供水管路，由可編程控制器作為邏輯運算器，響應(yīng)時間快，動作可靠，可查詢事故記錄，操作維護簡單。

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柱塞式油泵。其工作原理是，通過對柱塞的軸向角度旋轉(zhuǎn)來調(diào)整柱塞有效壓距，達到油泵控制壓油量，由發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)動通過齒輪帶動凸輪軸上凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪對油泵頂桿上滑輪作一頂一放周期運動，使柱塞在柱塞套內(nèi)做往復(fù)運動，在泵的進出兩油閥配合下來完成吸油和壓油，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，通過氣缸、活塞連桿、曲軸等機構(gòu)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動力。在高壓（6MPa）下，把柴油霧狀噴入燃燒爆發(fā)，產(chǎn)生動力。油泵動力來源是發(fā)動機帶動曲軸，曲軸傳動到柱塞泵，瞬間產(chǎn)生高壓。通過柴油箱把油輸入油泵，經(jīng)過高壓轉(zhuǎn)速壓縮柴油后高壓油管連接油嘴噴進發(fā)動機活塞上爆發(fā)一股推動力啟動單法蘭液位變送器工作。

每個工作循環(huán)都經(jīng)歷進氣、壓縮、作功、排氣四個行程。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火方式都與汽油機不同。柴油機在進氣行程中吸入的是純空氣。在壓縮行程接近終了時，柴油經(jīng)噴油泵將油壓提高到10MPa以上，通過噴油器噴入氣缸，在很短時間內(nèi)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），所以壓縮終了時氣缸內(nèi)空氣壓力可達3.5～4.5MPa，同時溫度高達750～1000℃（而汽油機在此時的混合氣壓力為0.6～1.2MPa，溫度達600～700℃），大大超過柴油的自燃溫度。因此柴油在噴入氣缸后，在很短時間內(nèi)與空氣混合后便 立即自行發(fā)火燃燒，氣缸內(nèi)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(diào)速原理

單法蘭液位變送器調(diào)速器一般都是機械離心式調(diào)速器，利用調(diào)速彈 簧的預(yù)緊力和飛錘的離心力相平衡的原理，來調(diào)控轉(zhuǎn)速和供 油量相平衡，在發(fā)動機運行中調(diào)速手柄控制調(diào)速彈簧的預(yù)緊力，預(yù)緊力加大時，推動供油齒條加大供油量，油量的增加使轉(zhuǎn)速升高，飛錘的離心力也相應(yīng)地增大，飛錘的離心力則推動供油齒條減小供油量，這樣就使供油量和轉(zhuǎn)速平衡在某一 點上。而變頻器具有無極調(diào)速的能力，其頻率變化與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，具有較好的輸出特性，選擇有轉(zhuǎn)矩補償?shù)膰鴥?nèi)外一線品牌的變頻器完全可以滿足設(shè)計要求。 根據(jù)異步電機的轉(zhuǎn)速公式：

 

 

2.3單法蘭液位變送器聯(lián)動空壓機變頻節(jié)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，因此選用空壓機進行變頻技術(shù)達到節(jié)能效果。

通過空壓機一臺在自動狀態(tài)下根據(jù)總管壓力自動調(diào)節(jié)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(dāng)變頻運行的這臺機發(fā)生故障時，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(tǒng)采用硬接線電氣互鎖，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

整套系統(tǒng)是由變頻器、空壓機切換柜、壓力變送器、電機、空壓機轉(zhuǎn)子組成的壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。變頻系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器提供的壓力信號，將管網(wǎng)實際壓力與設(shè)定的基準(zhǔn)壓力比較，通過PID控制器調(diào)節(jié)變頻器頻率從而控制電機轉(zhuǎn)速，使壓力維持在所需的恒定壓力值。當(dāng)用氣量增大時，實際壓力低于設(shè)定的基準(zhǔn)壓力時，變頻器輸出頻率升高，電機的轉(zhuǎn)速提高，使單位時間內(nèi)空壓機的出力提高；當(dāng)用氣量減小時，實際壓力高于設(shè)定的基準(zhǔn)壓力，變頻器輸出頻率下降，電機的轉(zhuǎn)速也降低，使單位時間內(nèi)空壓機的出力減小。這樣就能使整個管道壓力維持恒定，達到了節(jié)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(tǒng)供氣的穩(wěn)定可靠，#大限度地利用了變頻器，而且降低了設(shè)備損耗，減小了維修成本。控制主系統(tǒng)框圖見圖1。

 

 

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

系統(tǒng)運行在自動狀態(tài)時，操作人員只需在人機界面輸入所需的目標(biāo)壓力即可，PLC根據(jù)設(shè)定壓力與壓力傳感器反饋的壓力數(shù)值作比較自動調(diào)節(jié)變頻器的頻率，同時將運行過程中的變頻器電流、電壓與頻率反饋給PLC，PLC實時在人機界面顯示相關(guān)數(shù)值與運行狀態(tài)。本系統(tǒng)具備較高的冗余性能，保證了變頻系統(tǒng)的持續(xù)運行，提高了節(jié)能效率，同時也保證了電氣設(shè)備運行的安全性。人機界面的采用不僅操作友好，而且維修簡單。

3氮氫站的循環(huán)不間斷供水系統(tǒng)技術(shù)方案

3.1不間斷供水系統(tǒng)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)問題，提供了一種解決事故時供水停頓或供水壓力不穩(wěn)、供水持續(xù)性不佳的辦法。技術(shù)創(chuàng)新點在于采用技術(shù)成熟的可編程控制來實時檢測供水壓力、水泵運行狀態(tài)，在斷電異常情況下，自備電源控制系統(tǒng)能實現(xiàn)快速地起動應(yīng)急單法蘭液位變送器啟動，恢復(fù)供水的能力。氮氫站的循環(huán)不間斷供水系統(tǒng)，可以實現(xiàn)手動/自動切換、自動化程度較高、響應(yīng)時間短、動作可靠性高，減少了人為干預(yù)。其硬件組成和動作原理如下：

圖2所示的是氮氫站供水系統(tǒng)控制流程圖。該系統(tǒng)保證了在發(fā)生停電事故或設(shè)備故障時的供水不間斷以及供水壓力穩(wěn)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其供水量和供水壓力可以滿足生產(chǎn)工藝需要，另一臺水泵處于備用狀態(tài)。發(fā)生設(shè)備故障或停電時，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，可編程控制器進行邏輯運算，判斷是停電引起供水壓力下降還是設(shè)備故障引起的供水壓力下降。

 

 

3.2故障引起停機時啟動應(yīng)急系統(tǒng)

當(dāng)電網(wǎng)停電引起的設(shè)備停機時，系統(tǒng)5s內(nèi)沒有檢測到來電信號立即起動處于熱備用狀態(tài)的單法蘭液位變送器，單法蘭液位變送器自動加載，當(dāng)單法蘭液位變送器出口壓力達到0.16MPa時，出口單向閥打開，主供水管供水壓力恢復(fù)正常。電網(wǎng)恢復(fù)供電時，水泵人工開啟后，系統(tǒng)5s后自動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(fù)正常。 設(shè)備電氣發(fā)生故障引起停機時，主供水管水壓低于0.4MPa時，系統(tǒng)起動處于熱備用狀態(tài)的單法蘭液位變送器，單法蘭液位變送器自動加載，當(dāng)單法蘭液位變送器出口壓力達到0.16MPa時，出口單向閥打開，主供水管供水壓力恢復(fù)正常。操作人員確認故障解除，水泵恢復(fù)正常運行，必須手動停止單法蘭液位變送器。設(shè)備故障的情況下設(shè)置人工停止的目的在于確保系統(tǒng)在故障沒有解除時的誤動作，保證供水的持續(xù)不斷。

而采用機電設(shè)備控制單法蘭液位變送器應(yīng)急不間斷供水系統(tǒng)，是由可編程控制器作為邏輯運算器，響應(yīng)時間快，動作可靠，可查詢事故記錄，操作維護簡單。基于單法蘭液位變送器的應(yīng)急不間斷自動供水技術(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，能實現(xiàn)實時壓力監(jiān)控，與此同時，水泵的運行狀態(tài)也由可編程控制器實時監(jiān)控，一旦發(fā)生水泵停機即可認為設(shè)備故障從而起動應(yīng)急單法蘭液位變送器。見圖2、見圖3。

4實施效果

(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(xù)供水，杜絕因供水中斷引起的生產(chǎn)異常。

(2)項目技術(shù)應(yīng)急響應(yīng)時間短，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(tǒng)對主水管的供水壓力非常敏感，并且對事故的響應(yīng)時間可達到毫秒級，在停電和設(shè)備故障的兩種極端情況下，主供水管在25s內(nèi)即可恢復(fù)供水壓力，完全滿足現(xiàn)代玻璃企業(yè)對供水的要求。

(3)項目技術(shù)涉及整套系統(tǒng)是由變頻器、空壓機切換柜、壓力變送器、電機、空壓機轉(zhuǎn)子組成的壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。變頻系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器提供的壓力信號，將管網(wǎng)實際壓力與設(shè)定的基準(zhǔn)壓力比較，通過PID控制器調(diào)節(jié)變頻器頻率從而控制電機轉(zhuǎn)速，使壓力維持在所需的恒定壓力值，根據(jù)用氣量大小，變頻器調(diào)節(jié)，使整個管道壓力維持恒定，達到了節(jié)能降耗的目的。

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

(5)應(yīng)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(yīng)用價值，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(yīng)用前景。

(6)項目實施，提高勞動生產(chǎn)率，減少操作人員配置。與水泵恒壓供水相結(jié)合，實現(xiàn)水泵房無人值守，確保供水的安全可靠的同時，也可以減少人員配置，提高勞動生產(chǎn)率。