淺談豎井鑄造中恒壓供水系統(tǒng)調(diào)試遇到的問題和改進(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)中遇到的一些問題和改進(jìn)方法，可供同類設(shè)備調(diào)試時借鑒。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)如果波動不穩(wěn)，將會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)問題及其改進(jìn)措施加以分析總結(jié)，以便對設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化應(yīng)用。1.恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計（1）我公司使用的鑄井冷卻水系統(tǒng)選用2臺450m3/h，揚程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)的模盤號和牌號不同，選用不同的工藝配方，對應(yīng)不同的水流量。1）在鑄造小截面棒料時，僅開一臺泵就能滿足生產(chǎn)工藝對冷卻水的要求，程序自動由變頻器控制1#水泵進(jìn)行恒壓供水，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的管道運行壓力，經(jīng)PID運算由PLC輸出4～20mA信號自動調(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，1#泵變頻器會自動增大輸出頻率，若頻率在0～50Hz變化就能滿足生產(chǎn)需求，則使用1#泵進(jìn)行恒壓供水。若1#泵頻率已達(dá)50Hz，但是仍不能滿足使用需求，則將1#泵自動切換到工頻運行，同時將變頻器自動切換到2#泵，由2#泵補充進(jìn)行恒壓供水。3）當(dāng)需求流量降低時，由PLC進(jìn)行PID運算輸出4～20mA信號來調(diào)節(jié)降低變頻器運行頻率，若變頻器運行頻率降低至切換值時，供水壓力仍大于設(shè)定值，則PLC自動給1#泵停止發(fā)送信號，同時迅速提高2#泵運轉(zhuǎn)頻率，并進(jìn)行恒壓供水控制。2.調(diào)試生產(chǎn)中遇到的問題本工程設(shè)計中，從設(shè)計思想和目標(biāo)上分析，恒壓供水理論無論是在工藝需求，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)試問題顯現(xiàn)了出來，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，單臺泵出水流量只有250m3/h，未達(dá)到單臺泵設(shè)計要求，與設(shè)計流量450m3/h相差較大，需啟動2#泵同時供水方可滿足工藝需求，造成較大的能耗浪費。如圖2所示，閥門、過濾器造成漏氣和水阻。2.2

兩泵搶水當(dāng)兩臺泵一臺工頻一臺變頻同時運行時，因兩臺泵出口設(shè)置單向閥，其開啟動作受前后壓差影響，工頻泵上壓快于變頻泵，且轉(zhuǎn)速高于變頻泵，導(dǎo)致變頻泵單向閥無法打開，進(jìn)而造成水泵憋壓，產(chǎn)生過熱及氣蝕問題。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)程信號會啟動水泵，但此時鑄造系統(tǒng)進(jìn)水閥并未打開，管道中已形成空氣壓力，水的急劇流動，沖擊鑄造系統(tǒng)管路和閥門，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，鑄造冷卻水進(jìn)口閥門又未及時關(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)測量瞬時壓力達(dá)到0.8MPa，造成管路閥門、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，管線長度約90m，當(dāng)冷卻泵加壓時，由于空氣的密度比水小，空氣集聚在管道中高點無法排出形成氣阻，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)水端連接點較多，管道過濾器目數(shù)較細(xì)是造成水泵出水不足的主要原因。經(jīng)團(tuán)隊研究，得出如下改進(jìn)方案：（1）取消進(jìn)水端管道過濾器：1）本身水池上塔循環(huán)系統(tǒng)已含過濾器，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濾器，可有效阻止泥沙和懸浮物。（2）取消引水罐進(jìn)水閥門，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），滿足鑄造工藝用水要求，避免能源浪費。3.2

兩泵搶水的處理方法兩泵搶水問題發(fā)生后，筆者通過現(xiàn)場調(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、凝補泵、定冷泵等調(diào)節(jié)方式。但筆者認(rèn)為，對于特定的單一供水系統(tǒng)，降低變頻泵單向閥的開啟壓力，即增加彈簧的舒張力可避免兩泵搶水現(xiàn)象，并驗證實施。3.3

水錘的處理方法筆者通過查閱資料，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造成的。其解決方法如下：（1）當(dāng)鑄造結(jié)束停泵時，自動控制方面先關(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)鑄造開始啟泵時，先微開鑄造水閥門，使得管道中氣體得以排空，避免水流急劇變化慣性推動造成的水錘；（3）延長變頻器的加速和減速時間，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形成集聚且無法排出，處理方法是在最高點設(shè)置排氣孔，當(dāng)水泵開啟時自動打開排氣孔排氣。如圖5所示，在管道最高點拐角