（机械工程专业论文）马钢新区无人值守铁前空压站现场控制系统设计研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni nm e c h a n i c a le n g i n e e r i n g i i i l l l l l l j l l l r l l l f lf1111frj i l i i j l i l l l f l 1 l i ii i l y 18 4 10 4 5 t h e s p o tc o n t r o ls y s t e md e s i g ns t u d y o fm a s t e e ln e w a r e an om a n g u a r d 1j - l r o n - s m e i t l n ga l rc o m d r e s s o rs t a u o n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y m a y 2 0 0 7 j i l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰 写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名：科i ，圭知 日 期：渺7 移 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 = 匕 恳。 学位论文作者签名：李事( 笔哆枉 日 期：弦矽6 另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： j i j i a 东北大学硕士学位论文摘要 马钢新区无人值守铁前空压站现场控制系统设计研究 摘要 空压机站是冶金、石油化工、制冷等工业部门重要的生产房所，它担负着为各 工艺生产线供送动力仪表用压缩空气艰巨任务，是一条必不可少的能源供应大动 脉。空压机站产品品质的稳定状况直接影响着用户产品质量，因此空压站工艺设置 要符合生产要求，运行控制要求稳定。 空压站一般配备的主要设备为空气过滤器、空气压缩机、空气干燥器、储气罐、 连接管道和阀门等组成压缩空气供气系统，并配套冷却系统、仪表空气系统，仪表 检测系统，以实现空压站为生产一线保证不同压力、不同负荷的用气需求。在此前 提下确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气流量等是空压站自 动控制的基本任务。随着自动化水平的不断提高，关于建设无人值守空压站的讨论， 是一个发展过程中的必然的课题。 马钢股份公司在马钢新区建设一个能源集中监视与控制中心，构建集过程监控、 能源管理、能源调度为一体的，以计算机网络技术为基础的监控一体化系统，称为“能 源中心工程”。能源中心工程以能源管理系统( 简称e m s ) 为平台，e m s 是一个厂 级管控一体化计算机系统。 马钢新区在三个压缩空气供应负荷相对比较集中的区域( 铁前区、钢轧区、冷 热轧区) 各建设一座区域集中空压站，称为铁前空压站、钢轧空压站、冷轧空压站。 三座空压站生产的动力仪表压缩空气通过连通管互相连通，以便在生产运行时进行 互补。为配合e m s 建设，新区空压站采用现场无人值守、能中远程监控的运行方 式。本设计即是符合无人值守空压站要求的铁前空压站的自动化设计。 铁前空压站自动化系统采用s i m a t i cs 7 4 0 0p l c 控制，系统监控的主要设备有离 心式空压机、空气过滤器、微热空气干燥机、变配电设备以及管网阀门等。空压机 c m c 通过m o d b u s 现场总线与p l c 实现数据通讯。p l c 通过工业以太网接入能源中心 控制室e m s 系统，将空压站的信息采集到能源中心进行控制。 本设计包括空压站设备的选型，充分考虑稳定性及可监控性。控制方案的确定， 讨论方案经济性及可实现性。功能需求的编写，空压站实现无人值守、远程监控所 需要实现的监控功能。信号表的确定，实现功能需求需要采集的信号。硬件的配置 及集成。根据功能需求及信号表进行编程，设备安装完成后进行调试。最后总结系 一i 一 东北大学硕士学位论文摘要 统的效果。 本文根据马钢新区铁前空压站实际建设工程按照四部分进行编写，主要阐述了 无人值守离心式空压机站控制思想，控制实现。第一章绪论介绍了马钢新区铁前空 压站现场控制系统的设计背景以及铁前空压站的生产运行方式，包含了适应生产运 行对自动化控制系统的要求。第二章工艺介绍了空压站的主要工艺设备，铁前空压 站工艺设备的实际选型。第三章马钢新区铁前空压站自动化设计为本文的重点，详 细说明了离心式空压机站实现无人值守的控制功能需求，自动化系统的控制方案， 无人值守信号设置分析，系统硬件集成和编程示例。第四章对实际系统进行了运行 效果评价。 关键词：空压机e m s 控制c m c 无人值守 一i i - ， ( - k ， 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t t h e s p o tc o n t r o ls y s t e md e s i g ns t u d y o fm a s t e e ln e wa r e an om a n g u a r d i r o n - - s m e l t i n ga i rc o m p r e s s o rs t a t i o n a b s t r a c t c o m p r e s s o rs t a t i o ni sa ni m p o r t a n tw o r k s h o po fm e t a l l u r g y ，p e t r o l e u mc h e m i c a l e n g i n e e r i n ga n dr e f r i g e r a t i o n i ti sc o m p r e s s o rs t a t i o n st a s kt op r o v i d ec o m p r e s sa i rf o r e a c hc r a f tp r o d u c t i o nl i n e ，a n di sa ne s s e n t i a l p l a c et o h a v es u p p l ye n e r g y t h e p r o d u c t i o nc h a r a c t e r i s t i c s t a b l ec o n d i t i o no fc o m p r e s s o rs t a t i o na f f e c t su s e rp r o d u c t q u a n t i t yd i r e c t l y , s oc o m p r e s s o rs t a t i o nc r a f tc o n f i g u r em u s tm a t c ht op r o d u c er e q u e s t ， r u n n i n g c o n t r o lr e q u e s ts t a b i l i t y t h em a i ne q u i p m e n t so fa i rc o m p r e s s o rs t a t i o na sa i rf i l t e r , a i rc o m p r e s s o r , t h e c o m p r e s sa i r - d r y i n gm a c h i n e ，a i rt a n k ，p i p ea n dv a l v ee t c t h e s ee q u i p m e n t sc o n s t i t u t e t h ec o m p r e s s e da i rt op r o v i d et oa n n o yt h e s y s t e m ，t h e yh a v ec o o l i n gs y s t e m ，t h e i n s t r u m e n ta i rs y s t e m ，i n s t r u m e n te x a m i n a t i o ns y s t e m ，w i t hr e a l i z a t i o na i rc o m p r e s s o r s t a t i o nf o rp r o d u c t i o naa s s u r a n c ep r e s s u r e ，f l o wn e e d t op r o v i d es a t i s f a c t i o nc o m p r e s s a i r , a u t o m a t i c a l l yc o n t r o lf l o wi sa u t o m a t i o nt a s k w i t ht h ea u t o m a t i o nc o n t r o ll e v e l i n c r e a s i n g ，b u i l d i n ga n om a ng u a r da i rc o m p r e s ss t a t i o ni sad e v e l o p si n e v i t a b l et o p i ci n t h ep r o c e s s m as t e e lw i l lb u i l da ne n e r g yw a t c h i n ga n d c o n t r o l l i n gc e n t r ea tm a s t e e l n e w a r e a i tm a d eac o m p u t e rt e c h n o l o g yb a s i n gs y s t e mo ft h ep r o c e s sc o n t r o l l i n g ，t h ee n e r g y m a n a g i n g ，t h ee n e r g yd i s t r i b u t i n g i ti sc a l l e dt h ee n e r g yc e n t e rp r o j e c t t h ee n e r g yc e n t e r p r o j e c ts e e kt h ee n e r g ym a n a g es y s t e m ( e m s ) a si t si n t e r f a c e e m si sac o m p u t e rs y s t e m o ff a c t o r ym a n a g i n ga n dc o n t r o l l i n g m a s t e e lc o n s t r u c t sac o m p r e s s o rs t a t i o na te a c ho ft h et h r e ep l a c et h a tn e e d c o m p r e s sa i ro p p o s i t ec o n c e n t r a t i v ei nt h en e wa r e a i ti si r o n s m e l t i n ga i rc o m p r e s s o r s t a t i o na n ds t e e lr o l l i n gc o m p r e s s o rs t a t i o na n dc o l ds t e e lr o l l i n gc o m p r e s s o rs t a t i o n c o m p r e s sa i rt h a tt h et h r e ec o m p r e s s o rs t a t i o np r o d u c e di sc o n n e c t e de a c ho t h e rb yp i p e s i tc a l ls u p p l yc o m p r e s sa i rf o re a c ho t h e rw h e nw h i c hc o m p r e s s o rs t a t i o ni sf a u l t i no r d e r i l i 一 东北大学硕士学位论文 t om a t c h 诚mt h ec o n s t r u c t i o no fe m s ，t h en e wa r e aa i rc o m p r e s s o rs t a t i o na d o p t st h e s i t en om a i lg u a r da n dw a t c h i n ga n dc o n t r o l l i n gr e m o t et or u n t h i sd e s i g ni st h e i r o n - s m e l t i n ga i rc o m p r e s s o rs t a t i o na u t o m a t i cc o n t r o ld e s i g nt h a ts u i tf o rn om a ng u a r d t h ea u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mo fi r o n - s m e l t i n gs t a t i o na d o p t ss i m a t i cp l c $ 7 - 4 0 0 t oc o n t r 0 1 t h em a i ne q u i p m e n t st h a ts y s t e ms u p e r v i s ea n dc o n t r o li n c l u d ea i rc e n t r i f u g a l c o m p r e s s o ra n d a i rf i l t e ra n dd r ya i rm a c h i n e a n dv o l t a g et r a n s f o r ma n dp o w e rs u p p l y e q u i p m e n t sa n dv a l v e s a i rc o m p r e s s o rc m c c o m m u n i c a t e 、析mp l cb ym o d b u s t h e p l cc o m m u n i c a t ew i t he m sb ye t h e rn e t ，i tc a ns e n ds i g n a lo fa i rc o m p r e s ss t a t i o nt o e n e r g yc o n t r o lc e n t e rf o rc o n t r o l l i n g t h i sd e s i g ni n c l u d e st ot h ee q u i p m e n t so ft h ea i rc o m p r e s s o rs t a t i o ns e l e c t i o n ， c o n s i d e r i n gt h es t a b i l i t ya n dc o n t r o lw e l l t h es c h e m ec o n f i r m e d ，d i s c u s se c o n o m i c a la n d c a r r y i n go u to ft h es c h e m e t h ef u n c t i o nr e q u e s tw r i t i n g ，r e a l i z en om a ng u a r da n d c o n t r o l l i n gr e m o t ew h i c hf u n c t i o nm u s th a v e t h es i g n a lt a b l ec o n f i r m ，r e a l i z et h e f u n c t i o n r e q u e s t w h i c h s i g n a l m u s t g a t h e r h a r d w a r ec o n f i g u r e d a n d i n t e g r a t e d p r o g r a m m i n ga c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o nr e q u e s ta n dt h es i g n a lt a b l ea n dt e s t i n ga f t e rt h e h a r d w a r ei n s t a l l e d w ew i l ls u m m a r i z et h er e s u l to ft h es y s t e ma tl a s t t h i st e x ta c c o r d i n gt om a s t e e ln e wa r e ai r o n - s m e l t i n ga i rc o m p r e s s o rs t a t i o n a c t u a lc o n s t r u c t i o ne n g i n e e r i n gc a r r i e do nt ow r i t ef o rf o u r - p a r t ，m a i n l ye l a b o r a t e dt h a t n om a ng u a r d e dc o m p r e s s o rs t a t i o nc o n t r o li d e aa n dc o n t r o lr e a l i z a t i o n t h ef i r s tc h a p t e r i n t r o d u c et h es t u d yb a c k g r o u n da n dr u n n i n gm o d eo fi r o n - s m e l t i n ga i rc o m p r e s s o rs t a t i o n a n dr e q u e s to fa u t o m a t i o n t h es e c o n d c h a p t e rw r i t et h e m a i nc r a f te q u i p m e n t so f c o m p r e s s o rs t a t i o n , t h ei r o n - s m e l t i n g a i rc o m p r e s s o rs t a t i o nc r a f t e q u i p m e n t st y p e c h o o s i n gp h y s i c a l l y t h et h i r dc h a p t e ri st h i st e x te m p h a s e s i td e l i n e a t et h ec o n t r o l l i n g n e e d ，t h ec o n t r o l l i n gw a y , s i g n a la n a l y s i sa n dp r o g r a m m i n g t h ef o r t hc h a p t e rd e s c r i b e t h es y s t e mr u n n i n ge f f e c t k e yw o r d s ：a i rc o m p r e s s o r ，e m s ，c o n t r o l ，c m c ，n om a ng u a r d l v 东北大学硕士学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t 第1 章绪论l 1 1 设计背景l 1 1 1 马钢新区建设l 1 1 2 马钢新区e m s 系统1 1 1 3 铁前空压站现场控制系统2 1 2 马钢新区铁前空压站运行方式3 1 2 1 铁前空压站运行方式3 1 2 2 铁前空压站自动化设计要求4 第2 章马钢新区铁前空压站工艺流程介绍6 2 1 铁前空压站工艺概况6 2 1 1 主要工艺设备6 2 1 2 管网设置1 0 2 1 - 3 工艺流程图1 0 2 2 铁前空压站设备选型1 1 2 2 1 空压机的选型1 1 2 2 2 空气过滤器的选型1 3 2 2 3 干燥机的选型1 4 2 2 4 管道控制阀门的选型1 4 2 2 5 变配电设备的选型1 5 第3 章马钢新区铁前空压站自动化设计l7 3 1 控制功能需求1 7 3 1 1 空压机控制功能需求1 7 3 1 2 干燥机控制功能需求2 0 3 1 3 空气过滤器控制功能需求2 0 3 1 4 配电系统控制功能需求2 1 一v 一 东北大学硕士学位论文目录 3 1 5 备注2 1 3 2 控制方案2 1 3 2 1 p l c 选型2 1 3 2 2 空压机的控制2 2 3 2 3 空气过滤器的控制2 3 3 2 4 干燥机的控制2 3 3 2 5 配电设备的控制2 4 3 2 6p l c 控制结构2 5 3 3 仪表流程图2 5 3 4 无人值守信号设置分析2 8 3 4 1 离心式空压机信号设置2 8 3 4 2 空气过滤器信号设置3 0 3 4 3 空气干燥机信号设置3 1 3 4 4 变配电设备信号设置3 1 3 4 5 站内压气管网信号设置3 2 3 5 信号表3 4 3 6p l c 硬件配置4 1 3 6 1 p l c 基本结构4 l 3 6 2 铁前空压站p l c 硬件配置4 3 3 7 硬件集成4 3 3 8 编程及调试4 4 3 8 1s 7 4 0 0 的用户程序结构4 4 3 8 2 铁前空压站p l c 控制程序示例4 6 3 8 3 设备的调试5 1 第4 章马钢新区铁前空压站自动化系统运行效果5 3 结论5 5 参考文献5 6 致谢5 8 一v i j 东北大学硕士学位论文 绪论 1 1 设计背景 1 1 1 马钢新区建设 第1 章绪论 马鞍山钢铁股份有限公司经过四十多年的发展，已成为一个集采矿、选矿、烧 结、炼焦、炼铁、炼钢、轧钢、耐火材料和完整公用辅助生产设施为一体的大型的 钢铁联合企业。“十五”结构调整期间，公司励精图治、锐意改革、积极投入、扩大 规模，至2 0 0 5 年底，马钢已形成年产1 0 0 0 万吨钢的综合生产能力。 面对前所未有的市场机遇以及严峻的竞争挑战，马钢持续发展、开拓未来的前 行步伐不但没有停止，相反却越来越快、越来越大。“以市场为导向，抓住机遇，应 对挑战，加速结构调整和技术进步，优化产品结构、工艺结构、技术结构和装备结 构，做大、做强企业，提高综合生产和市场竞争力”的马钢新世纪跨越式发展战略也 应运而生。 采用先进技术，淘汰落后工艺，继续围绕品种、质量、节能、环保和效益，进 行产品结构和技术装备结构的调整，是马钢实现跨越式发展的必然选择。通过”十一 五”技术改造和结构调整，把马钢建设成为有自身特色的优质板材和精品建材基地， 进而真正发展成为具有国际竞争力的现代化大型钢铁集团。为此，“十一五”期间， 拟在进一步淘汰落后工艺生产线的基础上，建设一个全新的钢产量为5 0 0 万t 规模 的新厂区，称为“马钢新区”。新建主体工程包括原料场、2 x 3 6 0 m 2 烧结机、2 x 7 0 孔 焦炉、2 x 3 6 0 0 m 3 高炉、2 x 3 0 0 t 转炉及精炼和板坯连铸设施、2 2 5 0 m m 热轧薄板、 2 1 3 0 m m 冷轧薄板等。 马钢新区压缩空气生产和供应系统系新区各工艺生产线主要公用辅助配套系统 工程之一，担负着为焦化、烧结、炼铁、炼钢及连铸、热轧、冷轧等生产工序供送 动力仪表用压缩空气的艰巨任务，是一条必不可的能源供应大动脉。 1 1 2 马钢新区e m s 系统 为配合马钢新区“十一五”技术改造和结构调整，马钢股份公司在“马钢新区”建 东北大学硕士学位论文 绪论 设一个能源集中监视与控制中心，构建集过程监控、能源管理、能源调度为一体的、 以计算机网络技术为基础的监控一体化系统，称为“能源中心工程”。 马钢新区能源中心工程以能源管理系统( 简称e m s ) 为平台。e m s 是一个集 过程监控、能源管理、能源调度为一体的厂级管控一体化计算机系统。监控管理的 能源介质主要有：电力、焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、混合煤气、压缩空气、 氧气、氮气、氩气、蒸气、氢气、生产水、生活水等。能源中心的建立对马钢新区 能源系统的统一调度、优化煤气平衡、减少煤气放散、提高环保质量、降低吨钢能 耗、提高劳动生产率和能源管理水平将起到十分显著的促进作用。 与e m s 系统密切相关的建设内容包括： ( 1 ) 电力系统：一座钢轧2 2 0 k v 总降变电所、烧结1 1 0 k v 变电所、高炉1 1 0 k v 变电所、炼钢1 1 0 k v 变电所、冷轧1 1 0 k v 变电所、热轧1 1 0 k v 变电所、高炉鼓风 1 1 0 k v 变电所以及生产房所的1 0 k v 配电系统等。 ( 2 ) 氧氮氩系统：2 座4 0 0 0 0 m 3 h 制氧机组、氧氮氩球罐及管网。 ( 3 ) 压气系统：铁前空压站、钢轧空压站和冷轧空压站及管网。 ( 4 ) 煤气系统：b f g 、c o g 煤气柜及放散塔、l d g 煤气柜及合成煤气、加压机、 煤气混合加压站、冷轧c o g 制氢系统、煤气管网等。 ( 5 ) 蒸汽系统：烧结余热锅炉、汽轮发电机组、焦化干息焦汽轮发电机组、热 轧加热炉、转炉余热锅炉及蒸汽管网。 ( 6 ) 鼓风系统：高炉鼓风机站。 ( 7 ) 水系统：制水厂、排涝泵房、浮船泵房、污水处理站。 ( 8 ) 各主体生产厂：包括烧结炼铁系统、炼钢轧钢系统。 能源中心根据生产工艺要求，设置电力、动力、水道专业调度台，能源调度借 助e m s 的操作站进行能源系统潮流监视及主要能源设备状态监视和操作，设置模 拟屏，对能源系统及相关生产单元进行全局监视；另外，在e m s 主体系统出现异 常的情况下，通过其非常监控系统可以对重要的能源设施进行直接的监控，确保其 安全运行。能源生产技术人员借助e m s 管理用机，完成主要潮流监视、技术分析、 统计报表输出等功能，指导制定生产运行方案等。 1 1 3 铁前空压站现场控制系统 e m s 监控的设备在现场的( p l c ) 控制系统，纳入“能源中心”进行监视控制，包 一2 一 东北大学硕士学位论文绪论 括现场部分设备的操作、控制、监视功能、逻辑联锁功能、仪表调节功能。“现场控 制系统”是实现能源中心功能的重要组成部分，是实现e m s 系统功能的重要前提条 件。 马钢新区铁前空压站布置在新区烧结厂界区内，主要为高炉系统、烧结系统、 烧结石灰系统、焦化系统供应压缩空气。铁前空压站所供压缩空气按压力等级分有 两种：即1 1 5 m p a 级和0 8 m p a 级，按品质要求分有两种：即动力用压缩空气和仪 表用压缩空气。 铁前空压站共设置离心式空压机5 台，自洁式空气过滤器5 台，微热再生吸附 式压缩空气干燥机5 台，1 0 k v 及3 8 0 v 配电所一座，1 0 k v 3 8 0 v 干式动力变压器2 台，管网气动阀门若干。铁前空压站现场控制采用西门子$ 7 - - 4 0 0 型p l c 系统，该 系统采集铁前空压站上述设备信号，对上述设备运行状态进行监视与控制，并将站 内设备状况信号远传到e m s 系统，以实现铁前空压站生产上无人值守、远程监控。 1 2 马钢新区铁前空压站运行方式 1 2 1 铁前空压站运行方式 在冶金，化工，电力，制药等许多大型工程中，空压站建设是一项重要的辅助 工程。空压站的主设备为空气压缩机，空气干燥器，配套过滤器，储气罐，连接管 道和阀门等组成一供气系统。大型空压站通常拥有多套设备，以保证不同负荷的需 求。确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，供气流量的自动调节等是空压站 自动化的基本任务。随着自动化水平的不断提高，建设无人值守空压站的要求已是 一个发展趋势。 空压站的现场控制系统通过西门子s 7 4 0 0 可编程控制器，将空压机的实时运行 数据通过通讯采集进p l c 控制系统，并将数据传送到能中调度室显示。空压机设备 自带的c m c 控制器能很好的控制单台空压机，但是不具备对空压系统的整体调控 能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，空压系统的整体自动调控具有更重 要的意义： ( 1 ) 单台空压机无法保证空压系统整体供气压力的稳定，而空压系统的整体自控 可以有效保持系统内空气压力稳定。 ( 2 ) 整体的负载平衡，减少排气放空，可以节约更多的能源，节省人力成本。 ( 3 ) 可以实现无人操作，根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。 一3 一 东北大学硕士学位论文 绪论 ( 4 ) 可以定时间段地记录空压机运行数据和报警，如跳车、喘振、通讯故障、压 力等。 由于空压机自带的c m c 控制器提供了r s 4 2 2 4 8 5 通讯接口，所有的数据采集 和控制功能都通过通讯接口来实现，对比原有的控制系统，不需要增加硬件设备的 投资，只需要改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制。 根据马钢新区规划，铁前空压站为无人值守生产房所。空压站采取现场无人值 守，专人定期巡检、能中远程监控的模式。所有被监控的设备、仪表、阀门等可实 现现场控制和远程控制的切换，现场控制优先。正常状态下，机组启停e m s 进行远 程操作，巡检人员现场监视；紧急状态时，机组启停能中调度人员直接进行远程操 作。空压站系统进入能源中心实时调节系统，有单独画面显示各设备的运行状态， 并对主要运行参数可以监测、调整、设定，确认备机的启动条件，以保证系统运行 的稳定性和经济性。能源中心通过e m s 子站集成空压站内各种被监控对象( 包括空 气过滤器、压缩机、干燥机、高压开关柜、需要监控的各种管道的阀门、仪表等) 的控制信号，并上传至能源中心中央控制室。 1 2 2 铁前空压站自动化设计要求 整个空压站的控制原则是无人值守、远程监控的模式。控制系统设计力求简洁， 可靠，安全，要紧密结合空压站生产工艺，满足无人值守生产房所的要求。现场控 制系统p l c 要实现对空压机、干燥机、过滤器、变配电系统、阀门、管网参数的数 据采集及操作控制功能，要实现现场信号远传至e m s 系统进行远程监视，并接受 和实现e m s 远程操作控制信号。基础自动化p l c 系统与能中e m s 通过工业以太网 进行通讯，实现数据交换。 站内控制的设备一般有三种控制方式： ( 1 ) 能中控制方式 能中通过e m s 监控画面可以进行手动操作各个空压机的单个设备。现场控制 系统p l c 提供空压机启动的条件：1 0 k v 电源两路进线开关、母联开关、变压器高 压开关开状态；两段高、低压母线电压正常；电机高压柜开关开状态；提供空压机 c m c 运行状态；提供空压机工艺参数：提供管网阀门状态。提供空气过滤器启监视 信号：故障、压差。提供空气干燥机启动条件：运行、停止、故障信号、露点。e m s 可以根据上述信号对空压机进行远程启动、停止、加载、卸载操作及运行压力设定 东北大学硕士学位论文 绪论 和控制模式的选择。可以对干燥机进行启动、停止操作。可以进行阀门的开、关操 作。 ( 2 ) 现场h m i 画面控制方式 现场控制系统p l c 设置操作员站，操作运行人员通过操作员站h m i 可以进行 能中控制方式的所有操作，以便监控整个生产过程。对于整个操作流程，均有画面 按照正确的顺序提示，并配有对应的图标颜色区别。画面将对空压站的重要工艺参 数做趋势画面。 ( 3 ) 机旁手动操作方式 由操作人员在每台空压机站的单个设备机旁进行手动操作。在此方式下，将单 个设备如空压机、干燥机、过滤器等控制面板、阀的操作箱远程就地开关置于就地， 再进行操作。在这种操作方式下，其它的操作方式均无效。此方式主要是在调试或 设备故障状态下进行。 一5 一 东北大学硕士学位论文马钢新区铁前空压站工艺流程介绍 第2 章马钢新区铁前空压站工艺流程介绍 21 铁前空压站工艺概况 2 1 1 主要工艺设备 ( 1 ) 空压机 空压机是指压缩介质为空气的压缩机，广泛应用于化工、石油、交通运输、建 筑、航海、矿山等领域，产量占压缩机总产量的9 0 以上。空压机种类繁多，型式 多样，一般用途空压机按国家标准规定，排气压力为0 7 m p a 。如果高于或低于此 压力，即属非标准特种空压机。空压机主要有以下几种： ( a ) 按输气量( 是指空压机工作时每分种排出的气体换算成吸入状态的体积) 分 有小型机( 排气量在1 0 立方米分钟以下) 、中型机( 排气量在1 0 , - - - 1 0 0 立方米分 钟) 、大型机( 排气量在1 0 0 立方米分钟以上) 。 ( b ) 按结构型式分有回转式、活塞式、膜式空压机。常见的有活塞式和回转式 中的螺杆式、滑片式空压机。螺杆压缩机转子型线复杂，制造成本较高，但其体积 小，质量轻，零件小。相同排气量的情况下，螺杆式压缩机要比活塞式压缩机贵很 多，维修人员也必须有专门的知识和经验。 ( c ) 按气缸中心线和相对位置可分为立式、卧式、角度式空压机。其中，角度 式又分为v 型、w 型、l 型等。一般来讲，由于活塞式压缩机为往复式机器，都有 一定的震动。而角度式能较好地平衡其惯性力，所以，中小型活塞式压缩机大多做 成角度式，只有车船用压缩机由于受占地面积的限制而做成立式。卧式压缩机是初 期产品，由于没有优越性，现在几乎不再生产。 ( d ) 按冷却器方式可分为水冷式和风冷式空压机。水冷式采用自来水开式循环 冷却；风冷式为风扇冷却。 ( e ) 按发动机的不同可分为电动机驱动方式和柴油机驱动方式空压机。大型电 动式配有配电柜，柴油驱动式由电瓶启动，两种压缩机均有直联、侧联( 即皮带传动) 。 ( f ) 按润滑方式可分为无油式和机油润滑式空压机，后一种又分为飞溅式和强制 式( 即油泵和注油器供油润滑式) 。 一6 一 东北大学硕士学位论文 马钢新区铁前空压站工艺流程介绍 ( g ) 按宽代压机基础配置可分为固定式( 有基础式、无基础式) 和移动式空压机。 空压机是空压站的主要生产设备，它将常压空气压缩成一定压力等级的压缩空 气提供给主生产工艺。铁前空压站生产的压缩空气按压力等级分有两种即1 1 5 m p a 级和0 8 m p a 级，按品质要求分有两种即动力用压缩空气和仪表用压缩空气。 ( 2 ) 空气过滤器 空压中含有大量的有害杂质，如粉尘、水分等。这些有害物质除颗粒较大的粉 尘被空气过滤器阻挡外，大部分将随空气一同进入空压机，经过压缩后随压缩空气 而排出。另外，空压机中的润滑油也不可能被油气分离器完全分离。从空压机输出 的压缩空气中含有大量有害杂质，不通过适当的方法清除这些杂质，会对气源系统 造成很大的危害。润滑油( 油分) 会使橡胶、塑料、密封材料变质，堵塞小孔，造成 阀类动作失灵，污染产品；颗粒状杂质将造成小孔堵塞，零部件磨损，产品污染。 由于气源质量不良造成的损失大大超过气源处理装置的成本和维修费用。 压缩空气过滤器( 即精密过滤器) ，可除去压缩空气中的大部分颗粒杂质、水滴、油滴等， 有效地提高压缩空气的品质，确保管道、用气设备、生产工艺过程免受杂质影响，有利于提高 产品质量。 空气过滤器将空气过滤成相对洁净后。提供给空压机，作为空压机的吸入空气。未经过滤 的自然空气中含有大量尘埃，如进入空压机，将对高速旋转的叶片、叶轮等内部部件造成损害， 产生震动，增加部件的磨损、腐蚀和结垢等，缩短设备使用寿命，影响生产，造成经济损失， 且增加了维修工作。因此空气过滤器是空压机必不可少的配套产品。 ( 3 ) 空气干燥机 压缩空气的干燥通常指去除空气中水分的过程，而压缩空气的净化常指去除压 缩空气中除水以外的其他污染物。压缩空气干燥的工作原理虽不尽相同，但是均以 分离出压缩空气中的气体水为目的。常用的干燥原理分为吸附和冷冻两种。吸附干 燥采用气相或液相分子吸附在固体( 即吸附剂) 表面的方法来分离出压缩空气中的 水分，而冷冻干燥通过制冷循环冷却压缩空气以分离出气体水。相应地压缩空气干 燥设备也分为吸附式干燥器和冷冻式干燥机两种基本类型。压缩空气净化的工作原 理虽然随其净化机理的不同而不同，但基本以过滤的形式去除压缩空气中存在的游 离状态的灰尘、微粒、以及气溶胶状态的烟和雾。对于气态状的污染物，如有害气 体，常用化学过滤的方式净化。 压缩空气的干燥常采用物理吸附方法。当待干燥的压缩空气与吸附剂充分( 无时 一7 一 东北大学硕士学位论文 马钢新区铁前空压站工艺流程介绍 间限制) 接触时，空气中的水分子扩散到吸附剂上并被吸附。与此同时，被吸附的水 分子因本身的热运动及外界气态分子碰撞，有一部分离开吸附剂表面返回气相，即 发生脱附。当同一时间内水分子的吸附量与脱附量相等时，就达到了一个动态吸附 平衡，此时吸附与脱附过程均在进行，但速度相等，这种动态吸附平衡是在一定温 度与压力条件下建立的。当温度和压力改变时，系统原有的平衡关系将被打破而建 立一个新的平衡关系。水在各种吸附剂上的吸附等温线和等压线，描述了吸附过程 的热力学特性。一定温度下，水的吸附量随气相中水气分压增大而增大一定压力下， 水的吸附量随温度升高而减少；即在低温或高压下水分被吸附，在高温或低压下水 分被解吸。干燥器正是依此原理而工作的。 吸附式干燥器一般采用双塔式，一塔进行吸附，另一塔进行解吸。依再生方式 的不同可分为无热再生式干燥器，有热再生式干燥器和微热再生式干燥器。无热再 生干燥器的实际工作过程分吸附、再生、均压三个阶段，微热与有热再生干燥器则 由吸附、再生、吹冷、均压四个阶段构成一个循环。工作时，压缩空气交替流经a 、 b 两个充满吸附剂的塔式容器，一塔在工作压力( 高水气分压) 状态下吸附时，另一 塔则在接近大气压( 低水气分压) 状态下( p s a 法) 或受热状态下( t s a 法) 解吸，然后按 所设定的程序切换两塔交替工作。 空气经过压缩后，会有饱和水析出，这样直接经过压缩出来的压缩空气中就含 有大量的液态水。一些炼铁等生产工艺要求的是不含液态水的压缩空气，为此就要 使用空气干燥机，对压缩空气进行干燥，除去液态水。 ( 4 ) 管道阀门 管网是压缩空气系统中的“动脉”，而阀门在管网中，对于管网内诸管段的流量、 流向、局部管网水压的调节起控制作用，是确保管网正常运行的关键设施。管网中 的阀门要求启闭灵、关得严、开启足，无内泄、外漏。管网阀门选型的原则是：选 择优质、可靠、适用性强的阀门。阀门产品的种类繁多，说法也不完全统一，有的 按用途分( 如化工、石油、电站等) 、有的按介质分( 如水蒸汽、空气阀等) 、有的 按材质分( 如铸铁阀、铸钢阀、锻钢阀等) 、有的按连接形式分( 如内螺纹、法兰阎 等) 、有的按温度分( 如低温阀、高温阀等) 。我国目前大多数习惯是按压力和结构 种类来区分。 即：按公称压力分：5 1 6 m p a 为低压阀、压力2 5 、4 0 、6 4 m p a 为中压阀、 1 0