淺談豎井鑄造中恒壓供水系統(tǒng)調(diào)試遇到的問(wèn)題和改進(jìn)方法

摘

要：介紹了基于PLC控制的變頻恒壓供水自平衡系統(tǒng)在豎井鑄造中的應(yīng)用，闡述了系統(tǒng)調(diào)試生產(chǎn)中遇到的一些問(wèn)題和改進(jìn)方法，可供同類(lèi)設(shè)備調(diào)試時(shí)借鑒。該控制系統(tǒng)緊密結(jié)合生產(chǎn)工藝，保證了控制精度和運(yùn)行可靠性。關(guān)鍵詞：恒壓供水；水錘現(xiàn)象；兩泵搶水；氣阻現(xiàn)象0.引言豎井鑄造設(shè)備在熔鑄鋁行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備、鑄造系統(tǒng)的好壞對(duì)鑄棒品質(zhì)起著決定性的作用。鑄造冷卻水系統(tǒng)如果波動(dòng)不穩(wěn)，將會(huì)影響鑄棒的冷卻效果，輕則在鑄棒表面產(chǎn)生氫氧化鋁[Al(OH)3]和三氧化二鋁（Al2O3）氧化層，重則造成鑄棒的粗晶和偏析層增大，從而導(dǎo)致鑄造失敗，所以保證冷卻水流量的穩(wěn)定性顯得尤其重要。筆者就在鑄造調(diào)試生產(chǎn)中遇到的恒壓供水系統(tǒng)問(wèn)題及其改進(jìn)措施加以分析總結(jié)，以便對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化應(yīng)用。1.恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（1）我公司使用的鑄井冷卻水系統(tǒng)選用2臺(tái)450m3/h，揚(yáng)程30m，最高供水壓力0.4MPa，臥式直連離心水泵并聯(lián)組合，通過(guò)架空明裝管道保證冷卻水供應(yīng)，泵房距鑄造井管路距離約90m，管裝高度9m。其控制系統(tǒng)選用的是西門(mén)子品牌S7-200PLC控制的ABB510系列變頻器與壓力變送器共同構(gòu)成的PID恒壓控制自平衡系統(tǒng)，如圖1所示。（2）其工作原理是在鑄造生產(chǎn)中，根據(jù)生產(chǎn)的模盤(pán)號(hào)和牌號(hào)不同，選用不同的工藝配方，對(duì)應(yīng)不同的水流量。1）在鑄造小截面棒料時(shí)，僅開(kāi)一臺(tái)泵就能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝對(duì)冷卻水的要求，程序自動(dòng)由變頻器控制1#水泵進(jìn)行恒壓供水，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的管道運(yùn)行壓力，經(jīng)PID運(yùn)算由PLC輸出4～20mA信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率。2）當(dāng)鑄造大截面棒料用水量增加時(shí)，1#泵變頻器會(huì)自動(dòng)增大輸出頻率，若頻率在0～50Hz變化就能滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，則使用1#泵進(jìn)行恒壓供水。若1#泵頻率已達(dá)50Hz，但是仍不能滿(mǎn)足使用需求，則將1#泵自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行，同時(shí)將變頻器自動(dòng)切換到2#泵，由2#泵補(bǔ)充進(jìn)行恒壓供水。3）當(dāng)需求流量降低時(shí)，由PLC進(jìn)行PID運(yùn)算輸出4～20mA信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)降低變頻器運(yùn)行頻率，若變頻器運(yùn)行頻率降低至切換值時(shí)，供水壓力仍大于設(shè)定值，則PLC自動(dòng)給1#泵停止發(fā)送信號(hào)，同時(shí)迅速提高2#泵運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，并進(jìn)行恒壓供水控制。2.調(diào)試生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題本工程設(shè)計(jì)中，從設(shè)計(jì)思想和目標(biāo)上分析，恒壓供水理論無(wú)論是在工藝需求，還是在節(jié)能環(huán)保方面都適合當(dāng)下豎井鑄造生產(chǎn)工藝，但隨著恒壓供水系統(tǒng)安裝調(diào)試的深入，一系列的調(diào)試問(wèn)題顯現(xiàn)了出來(lái)，具體分析如下：2.1

水泵出水流量較額定流量不足當(dāng)鑄造系統(tǒng)設(shè)置流量330m3/h（合5500L/min）時(shí)，單臺(tái)泵出水流量只有250m3/h，未達(dá)到單臺(tái)泵設(shè)計(jì)要求，與設(shè)計(jì)流量450m3/h相差較大，需啟動(dòng)2#泵同時(shí)供水方可滿(mǎn)足工藝需求，造成較大的能耗浪費(fèi)。如圖2所示，閥門(mén)、過(guò)濾器造成漏氣和水阻。2.2

兩泵搶水當(dāng)兩臺(tái)泵一臺(tái)工頻一臺(tái)變頻同時(shí)運(yùn)行時(shí)，因兩臺(tái)泵出口設(shè)置單向閥，其開(kāi)啟動(dòng)作受前后壓差影響，工頻泵上壓快于變頻泵，且轉(zhuǎn)速高于變頻泵，導(dǎo)致變頻泵單向閥無(wú)法打開(kāi)，進(jìn)而造成水泵憋壓，產(chǎn)生過(guò)熱及氣蝕問(wèn)題。如圖3所示，兩泵出口單向閥相同，但兩泵出水壓力不同，造成搶水現(xiàn)象。2.3

水錘現(xiàn)象（1）當(dāng)鑄造進(jìn)入預(yù)檢查期，遠(yuǎn)程信號(hào)會(huì)啟動(dòng)水泵，但此時(shí)鑄造系統(tǒng)進(jìn)水閥并未打開(kāi)，管道中已形成空氣壓力，水的急劇流動(dòng)，沖擊鑄造系統(tǒng)管路和閥門(mén)，形成水錘和氣錘現(xiàn)象，導(dǎo)致管路漏水。（2）當(dāng)系統(tǒng)停泵時(shí)，鑄造冷卻水進(jìn)口閥門(mén)又未及時(shí)關(guān)閉，停泵集聚斷流造成在泵出口單向閥附近形成水錘現(xiàn)象。經(jīng)測(cè)量瞬時(shí)壓力達(dá)到0.8MPa，造成管路閥門(mén)、法蘭間橡膠墊片爆出漏水。2.4

氣阻現(xiàn)象我公司鑄造冷卻水管路為架空安裝，架空高度9m，管線長(zhǎng)度約90m，當(dāng)冷卻泵加壓時(shí)，由于空氣的密度比水小，空氣集聚在管道中高點(diǎn)無(wú)法排出形成氣阻，從而降低管道水流截面，導(dǎo)致鑄造水流量不足和波動(dòng)異常。3.改進(jìn)方案3.1

水泵出水不足的處理方法筆者調(diào)查了冷卻水系統(tǒng)的配型和管路走向等因素，發(fā)現(xiàn)水泵進(jìn)水端連接點(diǎn)較多，管道過(guò)濾器目數(shù)較細(xì)是造成水泵出水不足的主要原因。經(jīng)團(tuán)隊(duì)研究，得出如下改進(jìn)方案：（1）取消進(jìn)水端管道過(guò)濾器：1）本身水池上塔循環(huán)系統(tǒng)已含過(guò)濾器，可有效阻止大顆粒雜質(zhì)；2）我公司冷卻水池為全密封玻磚貼面水池，并定期清理；3）鑄造系統(tǒng)本身自帶自潔式反沖洗過(guò)濾器，可有效阻止泥沙和懸浮物。（2）取消引水罐進(jìn)水閥門(mén)，以排除漏氣和閥阻。改進(jìn)后如圖4所示。以上改進(jìn)完成后，單泵出水流量可達(dá)420m3/h（合7000L/min），滿(mǎn)足鑄造工藝用水要求，避免能源浪費(fèi)。3.2

兩泵搶水的處理方法兩泵搶水問(wèn)題發(fā)生后，筆者通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，查閱文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，解決母管供水系統(tǒng)中兩泵搶水問(wèn)題也是困擾工程設(shè)備人員的一大難題，其解決方法是選用凝泵、給泵、凝補(bǔ)泵、定冷泵等調(diào)節(jié)方式。但筆者認(rèn)為，對(duì)于特定的單一供水系統(tǒng)，降低變頻泵單向閥的開(kāi)啟壓力，即增加彈簧的舒張力可避免兩泵搶水現(xiàn)象，并驗(yàn)證實(shí)施。3.3

水錘的處理方法筆者通過(guò)查閱資料，總結(jié)分析管路結(jié)構(gòu)得出，我公司鑄造水系統(tǒng)水錘現(xiàn)象是啟泵和停泵瞬間水流的急劇流動(dòng)造成的。其解決方法如下：（1）當(dāng)鑄造結(jié)束停泵時(shí)，自動(dòng)控制方面先關(guān)閉鑄造冷卻水閥再停泵，避免因水?dāng)嗔鞴艿肋M(jìn)氣造成的反向水錘；（2）當(dāng)鑄造開(kāi)始啟泵時(shí)，先微開(kāi)鑄造水閥門(mén)，使得管道中氣體得以排空，避免水流急劇變化慣性推動(dòng)造成的水錘；（3）延長(zhǎng)變頻器的加速和減速時(shí)間，避免鑄造初期和結(jié)束期水流的急劇變化。3.4

氣阻的處理方法形成氣阻的原因是空氣在管路最高點(diǎn)形成集聚且無(wú)法排出，處理方法是在最高點(diǎn)設(shè)置排氣孔，當(dāng)水泵開(kāi)啟時(shí)自動(dòng)打開(kāi)排氣孔排氣。如圖5所示，在管道最高點(diǎn)拐角