冷卻塔風機是循環水系統的核心設備[1]。北京燕山石化公司煉油廠目前擁有7套循環水裝置，循環冷卻水總設計處理量為4.665×104t/h；涼水塔風機105臺（其中4.7m 98臺，8.5m 7臺），總裝機功率為4060kW，同時開機情況下最大日耗電量達9.74×104kW·h。
就循環水設備(bei)管理(li)情況看，無論是從設備(bei)的(de)(de)(de)數量(liang)、維(wei)修(xiu)工(gong)作量(liang)、耗(hao)電量(liang)等哪個方(fang)面來講，冷卻塔風(feng)(feng)機都占(zhan)有很(hen)大比重。風(feng)(feng)機臺數占(zhan)車間設備(bei)總量(liang)的(de)(de)(de)57％，維(wei)修(xiu)工(gong)時占(zhan)總量(liang)的(de)(de)(de)60％，電耗(hao)占(zhan)總量(liang)的(de)(de)(de)22％。如何在節能(neng)降耗(hao)、減(jian)少(shao)勞動力的(de)(de)(de)情況下來保證設備(bei)的(de)(de)(de)長周期(qi)運行，必然要(yao)應用(yong)先進的(de)(de)(de)科學技術及(ji)管理(li)方(fang)法[2]。自(zi)1993年開始，筆者單位與中科院工(gong)程熱物理(li)所合(he)作，共同研(yan)制開發了風(feng)(feng)機節能(neng)自(zi)控和(he)安(an)全自(zi)控2套(tao)監測系統(tong)，即“KR-933型風(feng)(feng)機節能(neng)控制器”、“KR-939型風(feng)(feng)機安(an)全運行監控器”。目前該系統(tong)已經在循環水車間得到(dao)了全面應用(yong)，并(bing)取(qu)得了理(li)想(xiang)的(de)(de)(de)效果。

1 風機節能控制器的研究

提出風機(ji)(ji)節能(neng)(neng)控制管理的(de)(de)目的(de)(de)，是實(shi)現(xian)風機(ji)(ji)運行(xing)閉環自(zi)動控制。根據生(sheng)產的(de)(de)需要預先設定供水溫度，由氣候(hou)氣象(xiang)環境對(dui)水溫的(de)(de)影響、系統換(huan)熱條件(jian)的(de)(de)改(gai)變對(dui)水溫的(de)(de)影響，用溫感探頭的(de)(de)實(shi)測值及時(shi)反應(ying)出來，最終通過調控降溫設備(bei)的(de)(de)能(neng)(neng)耗來穩定供水溫度，實(shi)現(xian)自(zi)控節能(neng)(neng)。

通常認為，“變(bian)頻調速(su)技術”是完成上述過(guo)程(cheng)的理(li)想(xiang)方法。但變(bian)頻調速(su)技術在循(xun)環水冷卻塔(ta)風機控制上的運(yun)用存在如下(xia)局限性和缺陷：

①“變頻調速技術”可以做到很高的控溫精度，但這在循環冷卻水系統卻不很重要。
②變頻器自身的能量損耗（平均運行效率不足90％）影響節能效果。
③變速運行造成風扇葉片攻角改變（迎風角），風機脫離工作點運行使效率降低。
④電機脫離額定轉速的低速運行，以及轉速、扭矩、功耗之間的非線性關系，也使電機的運行效率大為降低。
⑤變頻調速系統價格較為昂貴（每千瓦1000元左右），新建工程和老設備改造都需較大投入。
⑥設計上(shang)還(huan)必需考(kao)慮變頻調速(su)器(qi)運行在(zai)某些特定轉速(su)時的破壞性共(gong)振問題，和變頻調速(su)器(qi)產生強電磁污(wu)染對其(qi)它儀(yi)表(biao)的干擾等問題。

我們根據(ju)(ju)冷卻塔風機往往是以多(duo)臺并聯的(de)機群(qun)形式工作，為此提出了(le)根據(ju)(ju)測量(liang)供(gong)水溫度的(de)變化，自動調(diao)節風機的(de)開、停機數量(liang)達到控溫節能的(de)目的(de)。

這是(shi)一種簡單易(yi)行、費用低廉的(de)控制(zhi)方法，但它(ta)又有(you)別于常(chang)規的(de)PID模(mo)擬調節方式(shi)。它(ta)是(shi)一種單變量(liang)離散控制(zhi)閉環調節系(xi)統，既要保證有(you)一定的(de)控溫精度，又不(bu)允許風機(ji)(ji)頻繁(fan)啟(qi)(qi)停；既要保證風機(ji)(ji)能(neng)單臺(tai)(tai)工作，又要求多臺(tai)(tai)風機(ji)(ji)在時間和啟(qi)(qi)停次數(shu)上平(ping)衡運行。

針對冷卻塔風機(ji)(ji)控制(zhi)管理(li)中(zhong)實際遇(yu)到的(de)問題，我們(men)提(ti)出了“溫(wen)度測量(liang)范圍(wei)”、“測量(liang)精度”、“顯(xian)示分(fen)辯率(lv)”、“測量(liang)上下限”、‘測量(liang)校準(zhun)值”、“執行周(zhou)期(qi)”、“溫(wen)度允差”、“溫(wen)度速率(lv)允差”等共18項基本設計(ji)要求進行研(yan)發制(zhi)作，并于1993年(nian)3月首次在第三循環水場(chang)風機(ji)(ji)現(xian)場(chang)試用，該系統命名為(wei)“KR-933風機(ji)(ji)智能(neng)控制(zhi)器(qi)”。

2 風機安(an)全監控器研究

提出風(feng)(feng)(feng)機安(an)(an)(an)全(quan)(quan)監控管理的(de)目的(de)，是(shi)為了(le)(le)自動檢測出振動、油溫、油位(wei)的(de)變化數(shu)值，并進行(xing)(xing)顯示和(he)(he)記錄，同時對檢測值超限(xian)的(de)風(feng)(feng)(feng)機進行(xing)(xing)報警和(he)(he)停機，以求達到風(feng)(feng)(feng)機安(an)(an)(an)全(quan)(quan)平穩運行(xing)(xing)的(de)目的(de)，減(jian)(jian)少甚至(zhi)杜絕(jue)風(feng)(feng)(feng)機損壞事故的(de)發生。根據(ju)現場(chang)管理的(de)實際情況，確定(ding)了(le)(le)“風(feng)(feng)(feng)機振動”、“滑(hua)油油溫”、“減(jian)(jian)速箱油位(wei)”3個(ge)參數(shu)是(shi)保證風(feng)(feng)(feng)機安(an)(an)(an)全(quan)(quan)最重要的(de)運行(xing)(xing)參數(shu)[3]。又確定(ding)了(le)(le)“測量(liang)范(fan)圍”、“測量(liang)精度(du)”、“巡檢時間”等(deng)共15項設計參數(shu)進行(xing)(xing)研發制作。該系統于1993年9月在(zai)循環水(shui)場(chang)得到首次試用，命名為“KR-939風(feng)(feng)(feng)機安(an)(an)(an)全(quan)(quan)監控器”。

該系統(tong)運(yun)用了多參(can)數組(zu)合探(tan)頭(tou)(tou)技術(shu)、數字(zi)指(zhi)令編碼技術(shu)和計算機(ji)網絡管理技術(shu)。三參(can)數組(zu)合探(tan)頭(tou)(tou)安裝(zhuang)于風機(ji)減速(su)(su)箱泊尺固(gu)定(ding)(ding)座上(shang)，其探(tan)桿直(zhi)接(jie)插入滑油中，將減速(su)(su)箱內的(de)油溫(wen)、泊位及設備振動值直(zhi)接(jie)轉換為電(dian)信號，并遠傳至控(kong)(kong)制室內的(de)風機(ji)安全(quan)監(jian)控(kong)(kong)器(qi)。每臺安全(quan)監(jian)控(kong)(kong)器(qi)可以(yi)用一條四(si)芯電(dian)纜掛接(jie)8只組(zu)合探(tan)頭(tou)(tou)，對(dui)8臺風機(ji)的(de)運(yun)行(xing)參(can)數進(jin)行(xing)實時(shi)監(jian)控(kong)(kong)，同時(shi)完成數字(zi)顯示(shi)。超(chao)限報警、超(chao)限停機(ji)等(deng)多相功能。經過(guo)了多次的(de)試驗和改型設計，目前(qian)已經成功運(yun)用于設備生(sheng)產現場，各(ge)項參(can)數達(da)到(dao)了預(yu)定(ding)(ding)的(de)設計要(yao)求。

3 實現計算機聯網控制(zhi)

上面介紹的兩種(zhong)測控(kong)系(xi)統，可以通(tong)(tong)過一條四芯通(tong)(tong)訊電(dian)纜（RS-422標準(zhun)串行接口）與(yu)1臺管理(li)計(ji)算機連接，計(ji)算機可以是通(tong)(tong)用型PC機或(huo)工控(kong)機。當配(pei)備相應(ying)的組(zu)態化監(jian)控(kong)管理(li)軟件（DCS-900軟件），即可與(yu)多臺KR-933、KR-939監(jian)控(kong)器實現(xian)聯網控(kong)制。與(yu)計(ji)算機聯網后的風機監(jian)控(kong)器增加(jia)了(le)如下功能：

①同時監控網內所有控制器的測量參數，實現綜合管理。
②修改網內各控制器的設定參數。
③根據各控制器運行參數變化實現系統優化管理。
④進(jin)行(xing)歷史(shi)數據(ju)及圖形的(de)記錄，幫助(zhu)分析，方便查(cha)詢。

4 風機管(guan)理研究的效(xiao)果

自1993年開始(shi)北京燕化(hua)煉油廠進行風機自控(kong)管理(li)試驗，取得了(le)良(liang)好的(de)效果，主要成績反(fan)應在(zai)節(jie)能和安全運行兩個方面(mian)。

4.1 風(feng)機運行節(jie)電效果明顯(xian)

以安裝了(le)KR-933的(de)第二循環水場(chang)為例(li)，使用KR-933節(jie)能(neng)控制器的(de)節(jie)能(neng)效果見表1。

如表1所示，最初現場(chang)試用KR-933節(jie)能控制(zhi)器(qi)的第(di)三循環水(shui)場(chang)，在1993年風機負荷較重的6，7，8，9這(zhe)4個(ge)(ge)月內(nei)，耗(hao)電(dian)量與1991，1992年同期相比，節(jie)電(dian)量178533kW·h，若以0.45元(yuan)/(kW·h)計算，這(zhe)4個(ge)(ge)月共節(jie)約(yue)用電(dian)費7.92萬元(yuan)；而第(di)三循環水(shui)場(chang)安裝節(jie)能控制(zhi)器(qi)的費用只有(you)4.36萬元(yuan)，可見投(tou)入的費用只需設備運行幾個(ge)(ge)月就(jiu)能收回。

目前我(wo)廠已陸續(xu)在4個循(xun)環水(shui)場應(ying)用了(le)KR-933智能控(kong)制(zhi)器13臺(tai)，受控(kong)風機92臺(tai)，取得了(le)可(ke)觀(guan)的經濟(ji)效益。