煤氣加壓站壓力自動調節方案研究

胡曉穎

（馬鋼集團設計研究院有限責任公司，安徽 馬鞍山 243000）

煤氣加壓站的壓力控制對加壓站系統穩定運行有直接影響，在加壓站的壓力自動調節方面，目前有多種實現方式，各有優缺點。對于企業而言，需要同時關注于系統自動調節的穩定性以及生產成本，根據實際工況選擇最合適的壓力自動調節方案。

1 煤氣加壓站基本工藝流程

煤氣加壓站的公輔系統完善工程主要負責將管網焦爐煤氣加壓到其他工藝所需的壓力值，供煉鐵球團分廠等使用。加壓站壓力控制系統需要實現對出口壓力的有效控制，使其穩定在設定值上，從而使焦爐煤氣得到充分利用，幫助企業提升生產經濟效益。從該煤氣加壓站的基本工藝流程來看，目前加壓站內安裝有3臺煤氣羅茨風機，2臺為工頻電機，另1臺為變頻電機，并預留兩臺空間，方便擴建。單個羅茨風機容量為233 m3/min，其入口壓力在3～7kPa，經過加壓后可達到55 kPa左右，傳輸至球團區域的煤氣管網后，連鎖停機點為60kPa。系統中的出口總管與煤氣管網連接部分安裝有回流調節閥，負責對煤氣回流輸送量進行調節，也可以對出口壓力進行調節。

2 煤氣加壓站壓力自動調節方案設計

2.1 硬件系統配置

在煤氣加壓站工藝流程中，加壓控制系統的PLC產品選擇高性價比的S7-400H產品，其主要器件均采用雙重冗余設計方式，包括中央處理器、連接硬件等。冗余CPU模塊下設置有從站ET200，每個從站有2個IM接口，利用PROFIBUS-DP線連接主機通信模塊及各個分站。在該硬件配置方案下，即使出現故障事件，備用器件仍可繼續使用，可以保證系統運行穩定性。系統變頻電機為355kW電機，電壓690V，轉速990r/min。

2.2 回流調節閥控制技術

（1）設計思路。煤氣加壓站可以利用回流調節閥實現壓力調節，但是在一些特殊情況下，僅依靠回流調節閥，難以實現對壓力的有效調節。一般要求單個調節閥開度范圍的最小開度比低于10%，采用兩個調節閥進行并聯設計，共同進行壓力調控，可以增加可調節范圍，保證壓力的穩定性，同時避免調節閥使用壽命和調節穩定性受到影響。

（2）PLC控制方案。在回流調節閥控制技術下，主要采用PLC閉環控制方案，需要通過PLC程序設計，正確理解系統功能模塊各參數含義，并對測量點進行符號表創建，與背景數據塊對應。在外部數據交換過程中，則需要做好D/A轉換，將PID輸出量轉換為整數，傳輸給模擬量輸出模塊。根據煤氣加壓站的壓力自動調節需求，如果壓力反饋值高于設定值，應自動控制調節閥的開度增加，從而減小出口壓力值，直到減小至設定值。在此過程中，誤差信號為設定值與反饋值的差值，是一個負數，若直接輸出給輸出模塊，會使其作出相反動作。因此需要對PID輸出值進行運算處理，再傳輸給調節閥，從而實現工藝要求。

（3）控制效果分析。在上述控制方案下，加壓站實際由兩個并聯回流調節閥負責對出口壓力進行調節，可以根據實際生產需求，采取不同組合調節方式，確保調節范圍符合需求，同時增加系統運行穩定性。調節閥的適合調節開度范圍為自身上下限的30%～70%，如果超出這一范圍，容易產生能源浪費和閥門受損問題。通過采用該控制方案，當煤氣總管的流量較大、用戶用量較小或不穩定波動時，2個調節閥同時投入運行，增加調節范圍。

2.3 變頻調速控制技術

（1）控制原理。變頻調速控制技術主要采用變頻器對系統壓力進行自動調節，采用閉環控制原理。根據系統硬件條件，變頻器采用直接轉矩控制方式（DTC），具有較高的控制精度和運行可靠性。變頻器可調節頻率為 17～33Hz，電流為 12～20mA，轉速為 360～990r/min。PLC控制系統主要負責對壓力信號進行變換及處理，提供給變頻調速裝置參變量，實現頻率自動調節功能，根據負荷變化進行調節。

（2）通信網絡設計方案。在變頻調速控制方案下，首先要解決網路通信問題，確保PLC和變頻器之間通信可靠。選擇的通信網絡要能夠同時連接兩種產品，并保證通信過程的穩定性。該系統選擇的是PROFIBUS網絡，采用現場總線技術連接PCL和變頻器，可實現設備級控制和分散式I/O通信，保證信息交換效率。系統適配器模塊是連接變頻器系統的重要模塊，可實現變頻器和通信網絡的連接。在具備硬件通信條件后，通過硬件組態設計和通信程序設計，完成通信網絡組建。

（3）PLC程序設計。在PLC程序設計方面，變頻調速控制中的壓力恒定調節主要通過PLC程序功能實現。同時PLC程序要通過對PID功能塊參數的正確理解和調用，完成各項控制功能。其中具體包括四大程序模塊，一是團球加壓站組織塊，二是變頻風機主程序，三是輸入輸出數據運算處理模塊，四是PI調節控制模塊。在四大程序模塊的相互調用下，可實現數據存儲、交換等功能，借助通信網絡實現各項自動控制功能。

（4）運行效果分析。從變頻調速控制系統的控制效果來看，由于該煤氣加壓站包含1臺變頻電機和兩臺工頻電機，可根據實際生產需求，采取不同投運方式。如果系統中的煤氣需求量正常，可選擇變頻電機與工頻電機同時投運方式，且將變頻電機切入到自動運行狀態。如果系統中的煤氣需求量較小，則只投入變頻電機運行，其頻率調節范圍為17～33Hz，若煤氣需求量減小至變頻器頻率調節下限之下，則無法滿足壓力自動調節需求，此時需要將變頻器切入到手動運行狀態，同時啟動回流調節閥控制方案維持壓力平穩。總體而言，變頻調速控制系統具有較好的節能效果，與回流調節閥配合使用，可獲得較好的控制穩定性。

3 結語

煤氣加壓站選擇回流調節閥控制方案或變頻調速控制方案，均可實現對出口壓力的穩定控制目標。通過對煤氣加壓站的壓力自動調節方案進行研究，可以為相關煤氣加壓站配套工程提供參考，保證壓力自動調節控制系統的運行穩定性。