聯合工房空調的風壓平衡控制技術研究

張 兢 馬凱瑞 齊建峰 劉海文

1.陜西中煙工業有限責任公司 陜西西安 710000；2.陜西中煙工業有限責任公司延安卷煙廠 陜西延安 716000

1 卷煙廠空調區域間風壓現狀

卷煙生產的聯合工房是按照生產工序和流程設計建造的，我廠采用“U 型”廠房設計，內部劃分多個功能區，如制絲車間、卷包車間、貯絲房等。聯合工房中央空調系統負責保障各區域溫濕度，按照卷煙生產工藝要求不同區域有著不同的溫濕度需求。設計時以保障溫濕度為核心，充分考慮了工藝需求以及區域內的冷、熱負荷。但在生產過程中聯合工房各區域內的排風、工藝除塵以及煙絲風送系統會影響到區域內的實際空調送風量，導致各功能區之間和功能區與廠房外發生氣壓不平衡，相鄰區域產生空氣流現象，即“竄風”。經調研，聯合工房內各空調區域間“竄風”普遍存在，即便用可采用風量計和微壓傳感器進行常規控制，但風量計誤差大、微壓傳感器故障率高，仍難以可靠解決區域間風壓不平衡問題。

2 卷煙廠空調區域間壓力分析

2.1 卷煙廠空調區域間“竄風”分析

“竄風”理論上是兩個相鄰區域間壓力不相同所引發，按照流體力學理論，這一壓力準確應稱為全壓，全壓等于靜壓加動壓，即Pq=Pi+Pb，根據伯努利方程風-壓關系，風的動壓為：

各空調區域間溫濕度不同，因此其空氣密度ρ 不同；各區域間空調排風量、送風量、除塵風量不同，理論上靜壓也不相同。按照這一理論，只要溫濕度、靜壓不同，廠房內相鄰兩個區域全壓就不同。只能通過研究改造空調系統，使其在一定范圍內，減少“竄風”危害。

2.2 卷煙廠空調系統新風閥對各區域壓力的影響

除了空調區域內空氣密度對空調區域間風壓影響外，假設空調機組和所有生產停止，空調區域間將無風壓差，影響空調區域間的風壓主要是排風（除塵、排風等）與新風（補風）間的不平衡造成，排風（除塵、排風等）是生產進行的基本保障，因此可以認為新風量是影響區域風壓的主要因素，卷煙工廠聯合工房內所有區域補風量幾乎全部來自空調系統，盡管實際生產中有一定的壓縮空氣進入，通過測算其相對于空調機組，對區域風壓影響可以忽略不計。通過分析卷煙工廠聯合工房的所有空調區域都需補充一定量的新風才能保障風量平衡，才能實現區域間的風壓平衡。

2.3 風壓控制目標確定

《潔凈廠房設計規范》（GB 50073—2013）中明確了各區域間壓差值的要求（微正壓5～10Pa）。空調控制需要有建筑設計基礎，潔凈廠房在建筑設計中就已經考慮，區域間的密封達到潔凈廠房規范的要求。煙草廠房無建筑設計基礎，各區域的通道、門窗、伸縮縫、輸送煙料窗口、各類管道穿越不同區域都沒有進行相應的密封措施。通過查閱相關資料，采用現場測量的方法，在貯絲房與暫存間現場進行了“竄風”測量，在“竄風”大于2.5m/ s 時，相鄰通道門關閉困難，輸送皮帶有“竄風”吹起輸送通道煙絲，低于2.5m/ s 時則影響較小，在此風速下測得兩個區域間的風壓差為30Pa。本課題研究目標確定為區域間風壓可控，且風壓控制目標為≤30Pa。

2.4 制定措施

空調區域溫濕度及排風量與生產相關，無法改變，且量化分析困難，通過其變化規律分析，可通過改變中央空調新風輸送量，控制調節區域間風壓。延安卷煙廠原有中央空調控制系統雖然在一個上位機集控系統中進行操作監視，但各臺空調機組（即各區域空調）間沒有控制關系。需要在現有控制系統中加入區域間的風壓平衡控制邏輯，在不影響溫濕度調節的條件下實現區域壓差可控。

2.5 研究確定邏輯，繪制邏輯圖

空調區域風壓控制邏輯圖見圖1。

圖1 空調區域風壓控制邏輯圖

3 風壓實時監測的實現

3.1 采用壓差傳感器替代微壓傳感器

在經由確定需要使用壓差傳感器替代原有微壓傳感器之后，課題組成員首選需要對壓差傳感器的部署位置進行規劃，以便對各空調區域之間的空氣壓差進行直接測量，進而更好地反應出各區域之間的壓差。在部署過程中，課題組成員首先制定了兩種方案，具體如下：

方案一：將壓差傳感器的一端連接至空調控制區域，另一端連接至室外。如此一來測出的壓差即為各區域和室外大氣之間的壓差。

方案二：以K4 和K7 空調控制區域為例，先將壓差傳感器的一端連接至K4 空調控制區域，另一端連接至K7 空調控制區域。如此一來測出的壓差即為K4 空調控制區域和K7 空調控制區域之間的壓差。

在確定出方案后，課題組成員采取小組討論的方式對兩種方案的優缺點進行歸納總結，并對比分析各自的優缺點之后，發現，若采用方案2，雖然無須安裝通向室外的管道，但由于其檢測范圍有限，只能檢測到相鄰區域之間的壓差，無法計數出區域和大氣之間的壓差，致使檢測數據存在一定的局限性；而若采用方案1，則可以檢測到每個空調控制區域和大氣之間的壓差，并能通過壓差數據分析得出區域間的壓差，但其弊端在于需要安裝通向室外的管道。如此一來，方案1 將會額外增加一定的成本投入。但總體分析來看，較之于方案2，方案1 所檢測出的數據更加具有全面性，對于系統整體風壓平衡控制也更具有指導意義。因此最終確定將壓差傳感器的一端連接至空調控制區域，另一端連接至室外。

3.2 空調控制區域風壓測量點確定

采用以大氣壓為基準的導壓管，采用壓差傳感器進行風壓測量，通過實地勘察對室外取壓管以及每個壓差傳感器的安裝位置進行了論證。

3.3 程序編寫

按照邏輯圖及風壓測量點，安裝傳感器，編寫PLC 程序及上位機組態。

3.4 程序安裝調試

對聯合工房各區域間氣流流向識別及量化分析和聯合工房區域風壓平衡控制風壓值確定。在空調自控系統中植入風壓平衡控制程序。對現場各工藝設備的控制回路、主回路接線的正確性進行檢查并確認，在手動方式下進行單體試車;對進入PLC 系統的全部輸入點(包括轉換開關、按鈕、繼電器與接觸器觸點，限位開關、儀表的位式調試開關等) 及其與PLC 輸入模塊的連線進行檢查并反復操作，確認其正確性;對接收PLC 輸出的全部繼電器、接觸器線圈及其他執行元件及他們與輸出模塊的連線進行檢查，確認其正確性;測量并記錄其回路電阻，對地絕緣電阻，按輸出節點的電源電壓等級，向輸出回路供電，以確保輸出回路未短路，要對向PLC 輸送模擬輸入信號的一次檢測或變送元件，以及接收PLC 模擬輸出的調節或執行裝置進行檢查，確認其正確性。向檢測與變送裝置送入模擬輸入量，檢驗安裝的正確性及輸出的模擬量是否正確并是否符合PLC 所要求的標準;向接收PLC 模擬輸出信號調節或執行元件，送入與PLC 模擬量相同的模擬信號，檢查調節可執行裝置能否正常工作。按設計方案預定模型進行運算與調節，實行生產工藝流程過程控制。

4 控制效果

4.1 區域內溫濕度控制均勻度提高

通過風壓平衡控制裝置的應用區域內溫濕度控制均勻度提高，空調區域內溫濕度受外界干擾度降低，主要表現在原來發生竄風的部位。經測量濕度原最大相差4%RH，現在只有1.5%RH，溫度原為1.5℃，現在只有0.5℃，以K7 為例見表1。

表1 K7 區域溫濕度記錄表

4.2 空調間區域壓差達到標準

完成課題預定區域間壓差≤30Pa 目標，目前實施運行在≤15Pa,并在5～15Pa 之間，可依據設定值調節。

5 結語

風壓平衡控制系統的研制，成功實現了對聯合工區廠房內空調壓力的實時監測，同時還能準確判斷出不同區域之間的壓差值，有效控制了風力平衡，避免了竄風情況發生后對區域內生產環節的影響。所有卷煙工廠聯合工房空調系統中，只有不同區域不同的溫濕度控制，因此無區域間的壓力平衡控制的中央空調系統均可推廣使用。