高炉鼓风机的噪声控制

高炉鼓风机的噪声控制（共7篇）

高炉鼓风机的噪声控制 篇1

0引言

高炉鼓风机是高炉系统中最主要的动力设备, 它主要向高炉送风, 以保证高炉中焦炭和喷吹燃料能够有充足的氧气来充分燃烧, 另外还提供一定的风压克服送风系统和料柱的阻损, 使高炉保持一定的炉顶压力。高炉鼓风机一旦出现故障, 将会影响整座高炉的稳定运行, 还有可能导致高炉出风口发生灌渣的严重事故, 因此高炉鼓风机控制尤为重要。

1工程概述

某钢铁厂有3 台鼓风机组, 包括1 台PLC控制的AV80-15汽动鼓风机组、2 台TRICON控制的AV90-15汽动鼓风机组。#1 AV80汽动鼓风机组负责#7高炉 (2 500m3) 的供风;#3AV90汽动鼓风机组负责#8高炉 (3 200m3) 的供风;#2AV90汽动鼓风机组作为备用, 可以给#7高炉和#8高炉供风。2台AV90-15汽动鼓风机组自2009年投运以来, TRICON系统实现了对其的控制和安全联锁, 使其运行基本稳定。

2 TRICON系统简介

TRICON是一种具有高容错能力的可编程逻辑及过程控制技术, 它由三重模件冗余 (TMR) 结构提供容错能力, 即由3个相同的安全通道组成, 主处理器、系统总线、I/O模件均为三重化冗余结构, 仅电源模块为双重冗余。每个系统通道独立执行控制程序, 并与其它2个通道并行工作。硬件表决机制对所有来自现场的数字量输入、输出进行表决和诊断, 对模拟量输入进行去中值处理。每个I/O模件内有3个独立分电路, 输入模件中每个分电路读入过程数据并将此信息送到各主处理器。每扫描1次, 3个主处理器分别通过TRIBUS与其相邻的2个主处理器进行通信, 以达到同步目的。TRICON系统可识别和补偿控制系统元件的故障, 并允许在继续完成指定任务的同时对故障元件进行修复, 不中断过程控制。

2.1 TRICON系统特点

(1) 提供三重模件冗余 (TMR) 结构, 3 个完全相同的通道彼此独立执行控制程序, 而且有专门的软硬件结构可对输入/输出进行表决。

(2) 支持在线诊断, 允许在线做正常的维护工作。

(3) I/O卡件支持热备, 可以在线更换故障卡件。

(4) 下层编程软件TriStation1131允许离线仿真, 允许在线修改下装程序, 事件记录软件属于毫秒级SOE。

2.2 TRICON系统配置

2.2.1 TRICON系统硬件配置

TRICON系统主要包括容纳各种模块的主机架、扩展机架、远程机架、电源模块、CPU主处理器模块、模拟量输入/输出模块、开关量输入/输出模块、通信模块以及编程工作站和操作工作站。

2.2.2 TRICON系统软件配置

TRICON系统软件主要包括下层编程软件TriSta-tion1131、上层操作监控软件Intouch 9.5、事件记录软件SOE、动态数据交换软件DDE以及故障诊断软件Tricon Diagnostic Panel。

(1) 下层编程软件TriStation1131采用功能块图表语言 (FBD) , 实现系统组态、应用编程、程序离线模拟、程序下装、在线修改、在线下装及系统维护等功能。

(2) 上层操作监控软件Intouch 9.5提供友好的中文人机界面。该软件可绘制流程图, 添加需要记录的报警点;通过高速网络及通信卡与下层控制器保持通信, 以确保数据的及时刷新, 实现报警显示、过程报警记录、历史数据及历史趋势记录、过程操作;直观动态地显示当前压缩机的工作点, 以便更好地实现监控和操作。

(3) 事件记录软件SOE以毫秒级速率采集和记录发生的事件。该软件可以记录故障报警、操作历史, 为事故分析提供可靠查询资料。 但是SOE记录内容量有限, 达到上限后就会停运, 不再往下记录, 这就需要对SOE记录内容进行不定期维护, 以保证发生事故后能够在第一时间检索到故障信息。

(4) 系统故障报警时, 需要及时使用故障诊断软件Tricon Diagnostic Panel处理故障。一般情况下, 由外界原因造成的故障都可以清除。只有在卡件确认损坏等特殊情况下才需要更换卡件。

(5) 动态数据交换软件DDE实现上位机与下位机的通信协议。

3 TRICON系统实现机组联锁逻辑及保护

3.1 机组联锁停机控制

机组的联锁停机信号由汽机轴位移 (模拟量和开关量都参与) 、主风机轴位移 (模拟量和开关量都参与) 、 主风机组轴温16只 (汽机8 只、 风机8 只, 二取二) 、 润滑油压力三取二、动力油压力三取二、汽机排汽压力三取二、主风机逆流、调速器505停车信号、现场停车开关、主风机操作台及上位机紧急停机按钮等组成。以上任意一项都可以触发停机。

对于在上位机画面中增加的投入、切除选择开关, 需要有一定权限的人员登录后才可进行操作。 当系统联锁后, 需要再次进行设备操作时, 应先确认故障是否消除。若故障已解除, 则可通过操作上位机操作界面中的复位按钮进行复位后再进行下面的操作。

3.2 机组联锁启动控制

主风机启动条件由工艺系统启动条件、润滑油总管压力、调节油总管压力、动力油总管压力、润滑油温度、止回阀全关、#1速关阀全关、#2速关阀全关、 盘车电机状态、#1防喘阀阀位、#2防喘阀阀位、 主风机静叶角度、主风机联锁条件组成。只有当所有启动条件都满足, 即上位机画面上的状态指示灯为绿色时, 按下上位机画面上的启动条件确认按钮, 主风机允许启动条件才能满足。

当主风机允许启动条件满足时, 按下上位机启动按钮或现场启动按钮可实现以下功能。

(1) 汽机电磁阀 (共4只) 带电。

(2) 调速控制器505 接收到允许启动信号, 此信号为脉冲, 脉宽要20min。

当机组转速达到额定转速后, 通过操作上位机启动界面的 “主风机闭锁解除按钮”, 主风机防喘阀电磁阀及止回阀电磁阀即可带电。

3.3 机组辅助系统控制

2台润滑油泵、2台动力油泵、2台冷凝泵和2台射水泵间互为备用, 在监控画面上设有联锁投切开关。当运行泵故障停运后, 备用泵在远程状态下联锁启动;另外, 在联锁投入状态下, 当备用泵的启泵条件满足后备用泵也会启动。

润滑油直流油泵、润滑油加热器、动力油循环油泵、动力油加热器、汽机顶升油泵、风机顶升油泵、油雾风机以及一些蒸汽系统的电动阀门和水系统的电动阀门, 它们与整个控制系统中的某个条件联锁, 当它们各自相对应的条件满足后也会有相应的动作。

3.4机组逆流保护控制

鼓风机的喘振、逆流若不及时消除, 就会造成机组损坏。喘振、逆流保护的作用就是当鼓风机发生喘振、逆流时, 迅速开启放风门降低风压, 以防止再次喘振、逆流。

机组正常运行时, 下列条件中任意一个不满足都会导致机组发生逆流。

(1) 机组转速不小于3 600r/min。

(2) 鼓风机喉部压差三取二。

(3) 鼓风机静叶角度不小于30°。

机组发生逆流后, 停机电磁阀失电, 防喘振阀全开, 逆止阀强制关闭, 鼓风机静叶关闭至22°。

4存在的问题及改进措施

正常送风期间, 受热风炉换炉和工艺波动的影响, 高炉风量会发生较大变化。然而, 目前该钢铁厂高炉鼓风机静叶采用手动控制模式调节, 单纯依靠高炉方通知风机方来加/减风量, 使双方的工作压力、工作量巨大, 同时这种方法也不能及时补偿快速变化的风量、风压, 影响高炉的安全稳定运行。

针对目前该钢铁厂高炉鼓风机控制模式的弊端, 将高炉鼓风机控制模式改为定风量、定风压操作模式, 这样既可减轻双方的工作压力和工作量, 又使机组达到安全、高效、经济运行的控制目标, 避免了供风系统波动给高炉带来的负面影响, 显著提高了机组的自动化控制水平。

5结束语

该钢铁厂的TRICON系统已运行一段时间, 故障率很低, 为高炉稳定供风提供了可靠保障。同时, 通过改造高炉鼓风机控制模式, 进一步实现了降本增效。

参考文献

[1]吕秀荣, 王光友.TRICONEX系统在高炉风机中的应用[J].控制工程, 2009 (7) :51~54

浅谈高炉鼓风机噪音的危害与控制 篇2

一、高炉鼓风机的噪音分析

高炉鼓风机通过将一部分空气汇集起来, 在电动机的作用下, 使空气形成具有一定流量和压力的高炉鼓风, 可以对产生的风量和风压进行调节、控制, 并且可以通过管道输送至高炉内, 以保证高炉内冶炼所需的氧气为主要目的。高炉鼓风机在形成和输送风流的过程中会产生比较大的噪音, 其噪音产生的来源主要有以下几种:

1.电动机噪音。电动机噪音是指电动机在运转过程中因机械运动、摩擦等原因所引起的噪音。电动机噪音主要包括:电动机轴承摩擦噪音、冷却风扇转动引起的空气动力性噪音、转子因动平衡不良产生的旋转噪音以及转子旋转运动中切割磁感线所产生的电磁噪音等。

2.空气动力噪音。空气动力噪音主要是由风机转动引起空气的高速流动而产生的噪音。空气动力噪音主要分为湍流噪音和旋转噪音, 湍流噪音主要是由于风机叶片高速旋转而使一定范围内产生的空气强对流和空气漩涡而产生的噪音;旋转噪音是由于风机叶片旋转打击空气或与空气摩擦而产生的噪音。

3.管道噪音。管道噪音是指高压空气气流通过管道时产生的噪音。空气在通过管道时与管道内部管壁、阀门等部位以及管道拐弯处发生撞击和摩擦, 管道在噪音作用下受迫振动从而产生噪音, 并且管道管体本身也利于振动和声音的传播, 噪音在通过管道传播的过程中衰减较小。因此, 管道噪音传播更远, 污染范围更大, 尤其是在风机进气、排气口的噪音更大, 管道中噪音的产生和扩散使噪音的污染更加严重。

二、高炉鼓风机噪声的危害

噪音污染是现代最具危害性的污染方式之一, 它对人、仪器仪表及建筑物等都有较大、较广泛的危害性, 噪音的强度越大、影响时间越长, 其危害程度越大。一般情况下, 85分贝以上的噪音即可对人造成危害, 而高炉鼓风机噪音最高可达到133.1 d B, 属于高分贝的噪音, 且伴随着高炉的生产必须不间断地工作, 因此, 高炉鼓风机产生的噪音对周边工作人员和环境都有着比较大的影响和危害, 其危害主要有以下几个方面:

1.对人的危害。噪音对人身的危害是最大的, 也是最直接的。首先, 长时间、较高分贝的噪音可对人的听力造成伤害, 使人听觉疲劳、听力下降, 引起耳鸣和造成听力损伤, 甚至耳聋等职业病。噪音还有可能引起心脏病和高血压等急病, 直接危害人员的身体健康。

2.对安全生产的影响。噪音容易使人心情烦躁、反应迟钝、注意力下降, 从而使人的工作效率下降, 并且容易导致出现一些人为操作的失误, 造成生产事故, 甚至是一些人身伤害事故。可以说噪音是诱发事故、影响企业安全生产的重要因素之一。

3.对仪器仪表的影响。研究证明, 比较强烈的噪声引起较大的振动还有可能对周边建筑物和仪表、仪器、设备等产生影响和破坏, 会损坏仪表仪器内的电容、电阻、晶体管等电子元件, 影响其正常使用, 减少使用寿命。当噪音达到140 d B左右时, 可对一些轻型建筑物产生破坏作用, 使其受到不同程度的损坏, 如玻璃破碎、抹灰震落等现象。

三、控制高炉鼓风机噪音污染的措施和办法

根据高炉鼓风机噪音产生的原因, 以及噪音传播途径, 我们对噪音的控制和处理主要应从消音、隔音、吸音三个方面入手。

1.消音减噪。消音减噪即从噪音产生的源头采取措施, 实现噪音的降低和控制。消音器是降低鼓风机空气动力性噪音最有效的手段, 其降噪效果与安装位置、结构等因素有关, 消声器安装在气流通道上能够在允许气流通过的情况下, 阻挡声波的扩散和传播, 消声器通过对声音的摩擦作用, 达到使声音能量转换, 减弱声波的作用。由于鼓风机排气压力较高, 而消声器则需要安装在排气管路通道上, 需承受较大的气体压力, 因此风机消声器应采用阻抗复合式消音器, 并使用钢架进行支撑和固定, 才能确保其正常、有效地使用。除此以外, 还可以通过改造离心风机原有进风小室的办法消除噪音, 进风小室本身对低频气流噪音有一定的消声作用, 在进风小室处加装消声片, 可增加对中高频气流噪声的消声控制, 达到消声降噪的目的。

2.隔音减噪。隔音减噪所采取的方式则比较多样, 例如为风机设置隔音罩、采用橡胶地板隔热、设置隔声间等等。为风机加装隔声罩可以有效地降低风机房内的噪音, 并减少噪音对周边环境的污染, 隔声罩设置的尺寸、方式可以根据实际情况灵活掌握, 在隔音的同时, 方便罩内的通风散热, 以及罩内电机的拆装检修;在室内地板设计橡胶隔声垫, 可以起到隔绝噪声、阻止噪声传播的作用;可以利用风机下支撑的钢筋混凝土柱来设置隔声间, 将管道阀门、油泵等封闭在隔声间内, 也可以阻隔噪声的传播。

高炉鼓风机的噪声控制 篇3

京唐钢铁公司一期建设有两座容量为5500m3的高炉, 为满足此大型高炉正常生产时的用风需求, 特引进了三套具有国际先进技术水平的AV100-17型轴流式鼓风机, 此风机由德国MAN公司生产, 单台最大风量可达10000m3/min。当在低流量范围内, 气体的可压缩性产生了不稳定状态时, 如果送风管路中的气体压力瞬间高于压缩机的出口压力, 就会使气体很快倒流, 待管路中的压力下降后, 气体流向恢复正常。这样周而复始就会产生喘振。喘振发生后, 如果不及时排除, 当送风管路中的气体压力继续增大, 就会使气体反向流入压缩机, 产生逆流。为避免空气逆流对压缩机的破坏, 将在轴流风机出口管道加装GMZ快速关断逆止阀来参与风机系统逻辑的连锁控制, 当轴流风机喘振或进入安全运行状态时, GMZ快速关断逆止阀能够快速、安全的关闭, 有效保证了轴流风机的安全运行。

2 逆止阀组成结构及工作原理

GMZ快速关断逆止阀由阀体、气缸、杠杆和重锤、阻尼装置、电磁阀这五部分组成。各部件功能如下:阀体, 介质开始向前流动时自动打开, 介质回流或处于静止状态时关闭;气缸, 用来推动阀门关闭和打开;杠杆和重锤, 调整重锤的位置, 可以调节流体流量的大小;阻尼装置:调整阀板关闭的快慢, 减少气流对阀板的冲击;电磁阀:实现联锁自动控制。

GMZ快速关断逆止阀是安装在轴流风机的出口管道的水平或垂直位置上, 是一种摆动式的阀门, 通过杠杆和重锤自动关闭。阀门的关闭通过可调液压阻尼装置减震, 调整逆止阀关闭的快慢, 从而保证逆止阀的安全运行。正常的工作状态下, 阀板是通过介质开始向前流动自动打开;介质回流或处于静止状态时关闭。参与自动控制是通过电磁阀的得电和失电, 来控制气缸的上下运动, 实现逆止阀关闭和打开的目的。

3 系统应用与连锁控制

3.1 风机运行逻辑

高炉鼓风机在送风主管上安装有一套逆止阀, 风机工作过程共有以下六个步骤, 每一步都与逆止阀有相应的连锁关系。所以逆止阀的故障将直接影响风机的正常运行。风机运行逻辑流程图 (如图1) :

3.2 程序联锁控制

GMZ快速关断逆止阀参与轴流风机联锁控制有:停机、喘振、安全运行。在以上的联锁控制中, GMZ快速关断逆止阀能够快速、安全的关闭, 实现了轴流风机的联锁控制。反馈信号在程序中ZY_110功能块作为风机逻辑第一步准备阶段与第二步启动阶段的前提条件, 并作为盘车电机锁定与释放软启条件来进行连锁控制, 送风母管FI_110与FI_111流量累加的计算条件, 第六步紧急停车条件。第三步投入风量风压调节同时逆止阀自动打开, 第四步风机旁路运行, 第五步风机正常停机, 第六步风机喘振逆流或按下急停按钮时自动关闭。

4 常见故障处理

反馈丢失:首先查看上位画面显示是否断电, 若断电则检查电源供电是否正常及信号回路的各端子接线是否松动。若停机或阀处于关闭状态, 没有关反馈则查看阀体指示针位置是否对准极限开关, 并保证与极限开关处于有效距离范围之内。都正常则检查红外极限开关是否损坏。

电磁阀不得电:首先检查PLC点位A400.9通道是否有输出, 若输出检查继电器K296.8是否动作, 并检测继电器电源是否正常。

电磁阀不动作:检查气源压力是否达到要求, 检查电磁阀气路是否通畅。

5 结束语

快速关断逆止阀的应用能有效地避免风机倒转的发生, 从而避免由此引起的风机轴瓦损坏;其次能有效的阻止高炉高温烟气倒流, 避免了由此引起的轴流风机叶片高温变形以及造成的人身伤害。三台AV100-17轴流风机投运以来, 多次出现因高炉炉况运行不稳定或风机故障造成管道压缩空气的倒流和喘振情况, 通过GMZ快速关断逆止阀的快速、安全的关闭, 确保了高炉生产的安全运行。

摘要：本文将介绍GMZ快速关断逆止阀的结构和工作原理以及在高炉鼓风机控制系统中参与连锁控制的应用, 连锁控制将在轴流风机发生喘振或进入安全运行状态时即时切断高炉送风管道的高压, 从而有效的避免高温高压空气倒流对轴流风机设备造成损坏, 保证了人身及设备安全。

关键词：逆止阀,连锁控制,防止倒流

参考文献

[1]李杨, 关于高炉鼓风系统故障保护的探讨.风机技术, 1997 (2)

高炉鼓风机的噪声控制 篇4

高炉生产是为了获得优质、低耗和低成本的生铁。高炉要求比较稳定的供风, 以满足冶炼所需要的氧量。同时为了托住炉内料柱和克服料柱的气阻, 要求有一定的风压。高炉原料的化学、物理特性的变化, 以及环境气象条件的变化, 都对鼓风量、风压有影响, 这就要求鼓风机有一定的风量、风压的调节余度。高炉正常生产要求定风量操作, 因为稳定的供风量是高炉炉温、炉内煤气稳定和炉子顺行的必要条件, 风量的波动将直接影响下料速度, 进而破坏到炉缸的热制度, 直接影响到高炉的日产量。可见高炉鼓风机的运行不仅是多工况的, 而且运行方式是动态的。

1 静叶调节系统介绍

全静叶可调式轴流压缩机的叶片由多级旋转叶片 (称为动叶) 和若干级静止叶片 (称为静叶) 组成。静叶与动叶之间的夹角称为静叶角度, 静叶可调是指静叶角度可以通过控制系统来调整。AV100-17全静叶可调式轴流压缩机的静叶角度在15°-75°之间可调。静叶角度越小, 压缩机的出口风量、风压越小, 拖动压缩机的主电机的负载越轻。根据工艺系统对轴流式压缩机流量或者压力调节要求, 全静叶可调轴流式压缩机是通过静叶调节系统实现的, 这是静叶可调式轴流式压缩机最突出的特点。

风机系统中为了满足高炉生产负荷变化的要求, 为此, 设置了静叶定位调节系统, 它是通过调整风机的动静叶片, 从而实现冷风风量和压力的调节。轴流压缩机在转速恒定时, 利用改变静叶开度达到调节排气流量和压力, 为了灵活操作, 在PLC内部设置了流量/压力选择开关, 可以按高炉实际生产工况的需要选择回路为定风量调节或定风压调节。

2 定风量控制分析

定风量控制以希望风量为控制目标, 通过自动的控制静叶角度以保证风机的吸入风量为所需值。如果操作人员通过计算机操作界面选择了定风量控制方式, 则操作人员必须在计算机的控制画面中给定希望风量。控制希望值设定之后, 计算机将按照设定的希望值逐渐提升或降低风机静叶角度以满足希望风量。

高炉生产常采用定风量操作, 即向高炉输送稳定的风量。定风量控制的被调量是吸入风量或吐出风量, 操作量是风机静叶片角度, 静叶角越小, 则风机出口风量越小, 相反静叶角越大, 则风机出口风量越大, 因此通过改变风机静叶角大小来改变风机的吸入状态, 以补偿因高炉炉况变化所引起管网阻力的变化, 从而使风机的风量维持在设定值。

理论上还可以采用:调节转速、调节吸入端的节流阀或调节放风阀来对风量进行调节。对于轴流式风机, 定风量控制采用驱动风机静叶片角度是合适的。而且正常的高炉炉况, 只允许风量在小范围内波动。这就要求操作端灵敏、反映快。从这一点看调节吸入端节流阀和调节放风阀就不能满足要求了。当然也可以采用转速作为操作量, 当采用转速作为操作量时, 风机的电动机的转速要可调速。由于首钢京唐高炉鼓风机采用的是同步电动机驱动的全静叶可调轴流式鼓风机, 所以采用的是风机静叶角度作为操作量。

3 定风压控制分析

定风压控制以希望的风机出口风压为控制目标, 通过控制风机的静叶角度以保证风机的出口风压为所需值。定风压控制的原理和实现方法与定风量控制类似。

当热风炉换炉时, 要进行定风压操作, 若此时采用定风量操作, 则风压降低将引起炉况不稳。为了稳定炉况, 因此要采用定风压操作。此处定风压控制时, 被调量为风机排气风压。操作量仍然是风机静叶角度。其操作原理同定风量操作一样, 通过改变风机静叶角度大小来改变风机的吸入状态, 即补偿因高炉炉况变化所引起管网阻力的变化, 从而使风机的风压维持在设定值。

4 定风量/定风压之间关系

正常操作时, 虽然是定风量操作, 但有需要时根据炉况变化, 进行加风或者减风操作, 而所有影响高炉顺行的因素都会反应到风压的变化, 且反应很快。所以风压是判断高炉是否顺行的主要参数之一。当热风换炉时, 要进行充风操作, 要求同时向两座热风炉送风, 若此时按定风量操作, 则风压降低, 引起炉况不稳定, 故应采用定风压操作。热风炉换炉结束后, 再转入定风量操作。定风量/定风压之间的切换应该是稳定、无扰动的。

首钢京唐公司所使用的风机定风量/定风压之间的切换关系, 风机在定风量、定风压模式下工作时需要比较设定值与流量或压力的实际值来进行控制, 当流量或压力出现异常时 (如管网压力波动, 流量或压力信号出问题, 快速拨风等) , 若这时风机处于定风量、定压力工作模式时, 对于风机本身或对高炉的工况都是不利的, 这时需要把工作模式改为手动模式, 针对具体情况人工手动对压力和风量进行调节。

高炉在热风炉换炉时希望自动增加热风炉充压所需要的风量, 同时还要保持高炉的风压不变, 这种情况对高炉来说是比较理想的。风机使用定风量、定风压模式就可以实现, 高炉正常运行时, 风机运行在定风量模式下, 当高炉换炉时发给风机一个换炉信号, 控制系统自动的把控制模式由定风量转换到定风压, 当换炉完毕后, 换炉信号消失控制系统自动的把控制模式由定风压转换到定风量控制模式。

5 结束语

通过上面的分析可知, 静叶定位调节系统就是通过调整风机的动静叶片, 从而实现冷风风量和压力的调节, 而风量、风压是压缩机送风的重要指标, 是高炉稳产高产的重要条件。根据高炉的工艺要求, 选为定风量或定压力工作方式。控制器能实现手/自动无扰动切换。当机组满足自动操作条件后, 将流量调节器投到自动状态, 可以根据工艺需要设定和调整流量的设定值, 实现定流量的自动调节。在机组正常运行过程中, 如果风机处于旁路运行状态、风机急停信号激活、快速拨风阀关限位丢失、快速拨风阀打开条件满足等, 则机组控制系统自动将定风量调节切换为手动。避免机组由于自动运行造成静叶动作, 导致送风风量风压波动, 影响高炉的安全生产。

参考文献

[1]曼透平公司, MAN资料

[2]陈余平.吴士年《自动控制系统》机械工业出版社

[3]廖常初, 可编程序控制器应用技术, 重庆大学出版社

高炉鼓风机的噪声控制 篇5

宝山钢铁股份有限公司宝钢分公司能源部1, 2号高炉鼓风机控制系统改造均采用日本横河CS3000控制系统、YS1000系列调节器和手操器组成双重化控制系统, 对现场仪表信号、主要设备的状态信号、各类阀门的开闭信号、鼓风站与高炉和能源中心的联系信号等进行采集、监视和控制;对1, 2号脱湿器, 空气过滤器及辅助的电气设备等进行监控。

对于高炉鼓风控制系统中比较重要的控制回路, 系统采用了YS1000系列调节器与DCS冗余控制方案。

定风量控制和定风压控制可以选择使用。定风量控制系统检测过程流量并控制静翼角度, 直到与风量设定值一致。YS调节器的后端仪表设备如手操器、电动液压调节器、执行汽缸等通常与定风压控制共用。YS定风量控制的被控量是吸入风量或吐出风量。与定风量控制相似, 定风压控制系统检测过程压力并控制静翼角度, 直到与风压设定值一致。

鼓风机喘振现象是由于静翼出口压力上升, 导致流量不稳定, 最后产生定期的带异常声音的逆流现象。我们安装了YS防喘振调节器, 通过自动打开放风阀排出多余风量, 以防止鼓风机超过防喘振线。YS防喘振调节器根据输入的设定值 (防喘振线) 与实际测量信号 (入口风量、出口风压) 来控制主、副放风阀, 实现自动打开主、副放风阀使鼓风机运行点在安全运行区域。

当送风压力非常低时, 部分流量膨胀至音速极限, 从而产生了音速流量。这种情况下, 防阻塞阀将自动节流, 以保持鼓风机的送风压力处于极限防阻塞线或高于防阻塞线, 并确保鼓风机运行点在安全运行区域。该控制对于大型鼓风机是非常有必要的。

当高炉运行异常时, 会出现高炉要求急速降低其风压的命令。例如高炉出现“悬料”时, 就要进行急速减压控制, 根据高炉操作所需的风压调节急速减压阀进行放风, 从而降低送往高炉的风压。

氧气流量控制即控制鼓风机吸入的氧气流量 (或富氧率) 使之与设定值保持一致, 并实现富氧量和富氧率的无扰动切换。

高炉鼓风机的噪声控制 篇6

关键词：高炉,风机控制,冗余,优化

0 引言

马钢2 500 m3高炉1号风机机组于1994年投产,风机采用苏尔寿AV-80轴流压缩机[1],由ABB 32 MW同步电动机拖动并采用德国HIMA PLC系统进行控制。HIMA PLC没有复杂的运算和调节功能,只实现逻辑控制,即辅助设备的启动和停止控制以及机组的联锁启动、停机控制和报警,并通过操作台按钮操作设备的启停,报警信号由盘面光字牌显示,振动和位移监测采用Bently 7200系列盘面模拟显示仪表。由于运行时间较长,造成设备老化、故障率较高,尤其是安装在仪表盘的风量、风压、防喘振调节器经常出现故障,使得风机使用率越来越低。为此,于2015年对控制系统进行了改造升级,改造中选用控制功能更为集中的PLC和仪表,并对控制功能进行了优化。风机机组系统自改造后运行至今近一年,一切正常。

1 系统改造

改造后控制系统如图1所示。下位机选用美国Triconex TS3000 PLC控制系统,振动、位移控制系统改为Bently 3500系列仪表,增加了2台操作站,操作站操作系统为Windows 7。

TS3000 PLC系统软件采用Tri Station1131、SOE、Enhanced Diagnostic Monitor、DDE Server,其中,Tri Station1131是组态编程软件,对系统的硬件进行组态,编制用户程序及SOE事件记录程序;SOE软件从PLC中收集开关量动作顺序,无需添加硬件,机组故障分析非常方便;Enhanced Diagnostic Monitor软件在线诊断系统硬件运行情况,收集硬件故障事件;DDE是动态数据交换软件,通过DDE实现画面与下位机的数据交换。

TS3000 PLC为三冗余、运行单一程序的容错控制系统,采用三重化主处理器,每一个I/O模块都有三条独立的分电路,模件支持热插拔。系统由主机架及扩展机架组成,主机架安装电源模件(PS)2块,主处理器模件(MP)3块,模拟量输入模件(AI)2块,模拟量输出模件(AO)2块,TCM4351 B通信模件2块;扩展机架安装电源模件2块,数字量输入模件(DI)4块,数字量输出模件(DO)3块。3个主处理器分别插入3个物理槽位,实现主处理器三冗余,每块输入输出模件分别插入对应的逻辑槽内,1个逻辑槽对应2个物理槽,可以将I/O模件安装在任意1个物理槽内,另1个物理槽用盲板遮挡。2块TCM4351 B通信模件安装在1个逻辑槽的2个物理槽内,通过RJ45接口TCP/IP协议[2]连接到两台交换机,实现网络冗余,此通信模件的串行通信接口通过Modbus协议、RS485传送模式实现TS3000 PLC与Bently 3500系统的冗余通信。

Bently 3500系列仪表是多模块、多通道、多接口系统,配置电源模件2块,框架接口模件1块,键相模件1块,振动/位移模件4块,速度模件1块,继电器模件1块,通信网关模件1块。其中,通过框架接口模件的RS232端口或RJ45端口,使用Bently 3500组态软件进行组态下装和数据监视;每个振动/位移模件有4个通道,每两个通道为1组,组态时根据实际需要决定这两个通道全部接入振动信号或位移信号;继电器模件对报警信号进行逻辑运算,输出开关量信号,硬线连接到TS3000 PLC系统,执行报警或联锁跳机;通信网关模件的两个RS485端口与TS3000PLC的两个通信模件串行口连接,实现网络冗余,如果1路通信故障,TS3000 PLC系统程序将判断为故障状态,自动切换到另1回路进行通信,实现不间断数据传输,保证振动位移信号的正常采集。

整个控制系统[3]均采用双路供电,TS3000PLC和Bently 3500机架通过2块电源模件(每个电源模件在机架中只占半个槽位)实现冗余供电;直流24 V供电电源由两路稳压源将220 V交流转换为直流,再经冗余模块输出;2台操作站分别由不同的电源供电,这样,即使1路电源断电,另一路仍能正常操作,避免了由于UPS电源检修造成的系统断电,也为处理故障赢得了时间。

根据风机机组测点的分布情况,合理分配了测点在模件中的点位,将三取二(三个压力开关有两个以上低于跳车值后执行跳车程序)跳车测点分布在不同的DI模件中,避免了单个模件故障造成的机组跳车。参与跳车的联锁点与其他测点用备用点位隔开,便于故障处理。

2 控制改进及优化

改造后的风机控制系统主要对风量/风压控制、防喘振控制[4]等进行了改进和优化。

2.1 风量/风压控制

正常生产时,防喘振阀全关,通过调节静叶开度控制送往高炉的风量/风压。通常向高炉送风有定风量和定风压两种操作方式,2 500 m3高炉在正常生产中采用定风量操作,即风量调节器的输出作为静叶控制信号。

改造前,静叶控制系统由仪表盘上安装的风量调节器、风压调节器、位置控制器以及现场安装的位置开关、电磁阀、电/液转换器、位置传感器等组成。

改造前风量/风压控制流程如图2所示。风量设定值通过风量调节器面板设定,对送风管道上文丘里管和差压变送器测得的差压,经送风温度、压力补正后计算出实际值,风量调节器根据实际值与设定值的偏差进行PI调节。如果送风压力大于送风管道承受的最大压力,则风压调节器进行PI调节,输出4~20 m A信号送入风量调节器,在风量调节器内与风量PI调节信号比较后,输出较小的信号并将此信号作为静叶位置控制器的输入。静叶位置传感器检测风机静叶角度,输出信号送到位置变送器,位置变送器输出4~20 m A信号作为位置控制器反馈,输入信号与反馈信号比较,位置控制器根据偏差输出±40 m A信号到电/液转换器,驱动伺服机构,调整静叶角度,实现高炉风量、风压的调节。机组停机时静叶关闭,此时静叶角为14°。当机组开机、电动机同步后,PLC输出1个开关量信号,使切换油路电磁阀得电,并且使风量调节器输出从4 m A跃变至5.8 m A,通过油路切换和调节器输出到位置控制器的阶跃信号共同作用,静叶角打开到22°。因位置控制器输出的模拟信号经常出现漂移,使静叶打开、关闭的两个位置开关不能闭合,且静叶关闭信号是机组开机条件,静叶既没有完全打开、也没有完全关闭是机组跳机条件,因此需要经常调整位置控制器的零位、满度、增益电位计,使位置控制器准确地控制风机静叶的开、关。

改造后,位置开关和位置传感器的功能由4211位置变送器代替,位置控制器、电磁阀、电/液转换器的功能由VOITH阀实现。VOITH阀具有PI调节功能,VOITH阀供电电压为24 V直流,供电电源稳定可靠。风压调节器和风量调节器的功能全部由TS3000 PLC中的风量/风压调节控制程序和画面手操器完成,TS3000 PLC系统风量、风压调节程序低选输出4~20 m A信号作为VOITH阀的输入信号设定值,4211位置变送器输出的4~20 m A信号作为VOITH阀反馈信号,在VOITH阀中进行比较后,根据偏差调节静叶开度,实现风机风量/风压的调整。改造后控制流程图如图3所示。

2.2 防喘振控制

防喘振控制是否稳定、可靠,将直接影响到机组安全和高炉生产,防喘振阀动作过快或过慢,都会造成送风系统的风量和风压波动。改造将盘面安装的防喘振调节器功能由TS3000 PLC系统控制程序和画面制作的手操器实现,并更换了防喘振阀体及阀门定位器、电/气转换器、位置开关。改造后阀门定位器型号为DVC6200,它采用模块化结构,集成了改造前的电/气转换器、阀门定位器和位置开关的所有功能。

改造后使用了改造前调节器中的防喘振曲线数据作为新控制系统的防喘振曲线参数。风机的喉部差压经过计算处理后,得到防喘振压力设定值,测得的出口压力为实际值。实际值小于设定值时,根据生产工艺手动调节画面防喘振手操器打开或关闭阀门,直至全开或全关;实际值大于设定值时,不能进行人工干预,只能通过防喘振调节程序自动调节防喘振阀;实际值等于设定值时,调节结束,阀门停止动作。在PLC中保留了分程控制功能,在程序内对PI调节输出进行分程控制。PI调节输出为0~33%时,PLC调节1号防喘振阀;PI调节输出为33%~66%时,同时调节1号和2号防喘振阀;PI调节输出为66%~100%时,调节2号防喘振阀。在高炉生产过程中,当1号防喘振阀全关、2号防喘振阀关闭80%且工作点比较接近防喘振线时,需要进行小幅度的风量加减操作,采用分程控制提高了调节精度,能够使风量和风压更加平稳。

单独调校防喘振阀时,由于采用分程控制,因此,在使用手操器进行操作时,两个防喘振阀都会动作。为使机组防喘振阀在检修或调试时可以分别操作,在画面上增加了“单独试验”的操作按钮,这样即可实现对每个防喘振阀单独调校。

改造前,控制防喘振阀动作的仪表气源压力过低时,会自动打开一个防喘振阀,造成高炉风量大幅下降;改造后,对这部分程序进行了优化,如果气源压力过低,只进行报警,防喘振阀不动作,避免了因仪表信号故障而造成的不必要损失。只有气源压力过低且防喘振阀阀位与PLC分程输出信号偏差大于10%时,才在逆流[5]保护程序中执行安全运行程序,打开防喘振阀,使风机静叶关到最小。

2.3 其他优化

(1)润滑油、动力油控制系统。改造前,润滑油压力由盘面调节器和手操器调节;改造后,调节器和手操器功能由PLC内程序调节,通过画面手操器进行操作。机组润滑系统有1台电动机拖动的辅助油泵和安装在增速齿轮箱推力轴承外壳端面上的主油泵,机组正常运行时由主油泵为机组提供润滑油,辅助油泵仅在盘车或油压低时运行。通常情况下,机组启动前辅助油泵运行,启动过程中,主油泵开始供油,辅助油泵和主油泵同时运行,润滑油压力升高,通过调节器PI调节,调节阀全开,油压稳定在设定值220 k Pa;启动完成机组正常运行后,需要停止辅助油泵运行,这时油压将会从220 k Pa降低到130 k Pa。为防止油压过低,程序内设置为润滑油压力大于150 k Pa时才能停止辅助油泵运行,因此这时往往会造成辅助油泵无法停止的情况。由于安装在回油管上的油压调节阀为气开式反作用调节阀,所以改造前,采用在调节气路上安装由时间继电器控制的电磁阀,在机组启动完成后,用电磁阀切断气源100 s,强制使阀门快速关闭,这时油压会瞬间升高到340 k Pa,这样做,虽然辅助油泵停止运行了,但造成高油压时间保持过长。改造后,使用变比例、积分参数进行PI调节,偏差越大动作越快,可在5 s内将油压稳定在220 k Pa,顺利停止辅助油泵运行。润滑油、动力油压力改造前,由单个压力开关执行跳机程序。改造后,动力油、润滑油跳车联锁各增加两个压力开关,并增加三取二跳车控制程序。

(2)跳车联锁程序。机组逆流、轴位移过大、动力油压力过低、润滑油压力过低是机组跳车的联锁条件,机组运行时处理与其相邻仪表或线路故障都会带来跳车的风险。改造前,这些信号出现故障时,需要等到停机后处理;改造后,通过点击画面上的信号屏蔽按钮,在程序中将跳机信号屏蔽,屏蔽按钮设置操作权限,并需二次确认,屏蔽后画面设有屏蔽信号报警,处理完故障并确认信号正常后,在画面解除屏蔽信号,控制功能即可恢复正常。

(3)同步电动机功率因数调整。增加了同步电动机功率因数调整程序,功率因数可以在画面中进行设置,数据经过程序运算,输出到变频控制系统,以实现功率因数的调整,使操作更加方便和快捷。

(4)拨风信号。拨风信号是风机控制中非常重要的信号,2台机组同时向2座高炉送风时,如果1台机组安全运行或跳机,则安装在送风管道的拨风阀打开,由另1台机组同时向2座高炉送风,维持高炉生产,避免由于风机断风造成的高炉塌料以及铁水堵住风口的事故发生。风机的风量、风压作为拨风条件信号,即只有正常运行机组风量、风压大于设定值才允许拨风。改造前,风量、风压的比较结果是由两台报警仪输出到拨风阀控制回路,报警仪需定期调校且接线较多;机组拨风后,拨风信号接入风量调节器使调节器“自动”转为“手动”。改造后,由PLC程序进行风量、风压比较和判断,通过1个DO点输出到拨风阀控制回路;拨风信号接入PLC后,在风量调节程序部分将风量调节由“自动”转为“手动”,并发出“风量调节器因拨风自动转手动”报警信号,同时可在任意操作画面弹出“拨风”提示窗口。

(5)弹出画面及历史趋势。机组跳车及安全运行时,可在任意画面弹出“跳机”或“安全运行”的提示窗口,通过画面弹出的信息,可以对故障做出快速判断和正确反应。通过历史趋势画面可以查看所有记录参数中的任意8个参数,为故障分析提供了方便。

3 系统维护及故障处理

系统改造完成后,机组维护及故障处理更为方便,很多报警故障的处理可以在机组运行状态下同时进行,无需停机。例如:(1)TS3000 PLC系统主处理器模件、电源模件、通信模件出现故障时,可在线将故障模件拔下并插入备件,备件自检后即可投入工作。其中,更换主处理器模件时,备用的主处理器模件内没有程序,但插入机架后程序自动执行拷贝,无需人工干预。(2)TS3000 PLC系统I/O模件出现故障时,取下盲板,将备用模件插入同一逻辑槽位的另一物理槽位,模件通过自检后,控制信号自动切换到备用模件,备用模件即可投入工作,故障模件退出工作状态,此时可以将故障模件从槽位拔出,盲板固定到故障模件槽位即可。(3)在线修改下装程序,不影响机组的安全运行。(4)通信模件、交换机或上位机故障时,由于采用网络冗余,因此不会影响机组操作,处理故障时也不影响机组安全运行。

4 结束语

机组改造完成后,控制功能更加集中,硬接线减少,故障点也随之减少,因此,减少了维护量,降低了故障率,自2015年改造完成投运以来没有发生过控制故障;画面操作更加直观,报警信息、历史记录全面,通过SOE、历史记录便于查询机组运行状况;采用冗余结构和双电源供电,即使一路断电机组仍可正常运行,不会造成高炉风量波动。改造完成后运行率61%,达到正常水平。

参考文献

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[2]吴礼发.网络协议工程[M].北京:电子工业出版社,2011.

[3]西博格.过程的动态特性与控制[M].王京春,译.北京:电子工业出版社,2006.

[4]曹立革,杨学峰,康多祥,等.AV80-14型轴流式高炉鼓风机的DCS控制[J].冶金自动化,2002,26(1):29.

高炉鼓风机的噪声控制 篇7

关键词：高炉,鼓风机,同轴机组,回收能量,计量

0引言

在高炉炼铁生产过程中,回收炉顶煤气压力能量是节能减排的重要措施之一。回收方式主要是通过高炉煤气余压回收装置(TRT)将炉顶压力能量转换成电能或者机械能。目前国内容积大于1 000 m3的高炉中有96%以上配备了TRT,1 000 m3以下的高炉也有相当大比例配备了TRT,而且有不断增长的趋势。据统计,TRT回收的能量大约可以占到高炉鼓风机消耗能量的25%～40%,具有回收效率高、投资少、运行成本低廉的优点,

已经成为炼铁生产中最具有节能成效、运行最为成功的节能设施。

根据能量转换方式TRT可以分为两种,一种是透平机直接驱动发电机工作,产生电能,电能反馈回电网;另一种是透平机和高炉鼓风机组成同轴机组,透平机通过变速离合器直接驱动鼓风机,产生旋转机械能,与电动机共同驱动鼓风机,从而降低电动机的输出功率,达到节能的目的[1]。

崇利制钢有限公司9#高炉的TRT采用的是第2种能量转换方式,高炉鼓风机由电动机和透平机共同驱动,构成同轴机组。在这种转换方式下,鼓风机消耗的能量由电动机和透平机共同提供,TRT回收的能量就是透平机产生的能量,同时也是电动机的节电量。

该同轴机组的主要参数如下:鼓风机型号 AV50-13;额定排气压力 316 kPa;额定入口风量 2 257 m3/min;电动机型号 YGF1000-4;电动机额定功率 9 500 kW;透平机型号 MPG5.4-251.6/170;设计工况点煤气入口流量 120 000 m3/h;透平机进口压力 150 kPa;透平机进口温度 200 ℃;透平机最大输出功率 4 500 kW。

同轴机组控制系统采用西门子S7-400H冗余系统,下位编程软件采用Step7 V5.4,上位监控软件采用WinCC6.0 ASIA版。

机组自2008年投运以来,运行平稳,达到了预期效果。但是由于同轴机组不发电,回收能量无法直接通过仪表来测量,因此在确定生产经济指标时,就难以对TRT的回收能量进行考核。为此,我们于2009年开始对同轴机组回收能量的计量方法进行了研究,提出了一种新型的计量方法。

1现有解决方案

对于同轴机组透平机回收能量的计量,在现有资料中,尚没有一种公认的、科学的解决方案。目前大致分为使用厂家和设备制造厂家两种做法。

使用厂家大部分采用统计方法,即将透平机未投用和投用后的鼓风机功率相比较,得到一个一段时间的数据,再将功率乘以时间得到回收能量。这种方法优点是计算简单,容易得到结果,具有参考价值,缺点是统计周期太长,采用的鼓风机功率是透平机未投用时的数值,是一个固定值,而实际上鼓风机和透平机的工况一直在变化,因此得出的数据不能实时反映透平机的运行状况,因而得出的回收能量就不准确。

设备制造厂家则从透平机设计的角度,根据热工力学和流体力学理论,计算透平机功率,再对功率进行积分得到回收能量。透平机功率

N=ηQCpT1[1-(P2/P1)(K-1)/K] (1)

式中,η为透平机能量转换效率,%;Q为通过透平机的煤气流量,m3/h;Cp为定压比热容,kJ/m3;T1为透平机入口煤气绝对温度,K;P1为透平机入口煤气绝对压力,kPa;P2为透平机出口煤气绝对压力,kPa;K为绝热指数,这里取1.4。这种方法的优点是从理论的角度用式(1)可以非常准确、及时地计算出透平机的功率,缺点是在实际应用中公式中的一些参数误差较大,尤其是Q误差较大,不能满足计算需要,而且η是一个理想状态下给出的值,并不能反映真实的数据[2]。

2新型解决方案

上述第1种解决方案的缺点是鼓风机功率采用了一个固定不变的值,不能反映实际功率,要提高计量精度就必须采用实时数据,而鼓风机的实时功率无法直接测量,结合第2种方案的思路,如果能找出与鼓风机功率相关的参数进行测量并计算,就可以间接求出透平机的功率。根据流体力学知识,鼓风机功率主要与鼓风机进口空气流量及出口压力有关,由于鼓风机进口管道比较粗,直管段难以满足测量需要,导致空气流量的测量误差通常较大,因此有的鼓风机就不检测进口空气流量。而对于轴流式鼓风机而言,静叶开度实际上就反映了鼓风机的进口空气流量,且静叶开度的反馈信号非常精确,因此这里我们考虑可以用静叶开度代替鼓风机进口空气流量进行计算。由于同轴机组在透平机未投用时鼓风机功率就等于电动机功率,因此我们用电动机功率代替鼓风机功率进行计算。我们统计了崇利制钢有限公司同轴机组在透平机未投用时的运行数据,选取了其中具有代表性的15组进行分析[3](15组数据如表1所示)。

根据表1数据可知,鼓风机功率与静叶开度、出口风压虽然不是严格的线性关系,但都是递增关系,为了便于计算,我们进行了线性简化,假设鼓风机功率Nb与静叶开度J、出口风压Pb有如下关系:

Nb=X1J+X2Pb+X0 (2)

式中,X1,X2和X0分别为静叶开度系数、出口风压系数和补偿系数。

用二元线性回归方法对表1中的数据进行求解[4],可以得出:

X1=54.8,X2=13.28,X0=75.84

将各系数代入式(2)可得:

Nb=54.8J+13.28Pb+75.84 (3)

将表1中的数据代回式(3)中进行校验,可以得出与15组数据相应的Nb,与实际测量值比较的平均误差为0.56%,其中第1点误差最大,为1.64%,而该工况点在实际运行中不经常用到,所

以采用假设的式(2)完全可以满足计量的要求。

当同轴机组的透平机投入运行后,由于鼓风机由电动机和透平机共同驱动,因此,透平机功率

Nt=Nb-Nd=54.8J+13.28Pb+75.84-Nd (4)

式中,Nd为电动机功率。

式(4)中的所有变量在机组的控制程序中都有,可以直接使用。为了保证数据的实时性,采样周期选择为1 s。利用Step7循环调用周期为1 s的组织块OB32,在OB32中编程就可以实现上述方案。

得到透平机功率后,对功率进行累积就是透平机所做的功,也即同轴机组的回收能量,该回收能量在上位机画面中显示。实际运行如图1所示。

3应用效果及结论

程序运行以来,准确、实时地对透平机的回收能量进行了计量,计量数据与透平机出厂设计的理论计算数据相比误差小于1%。不但为制定经济指标提供了准确数据,而且为掌握透平机运行状态提供了准确参数,便于及时了解设备运行情况。

这种解决方法是在统计大量风机运行数据的情况下,运用数学方法得到的工程近似方法,统计数据区间越接近平时运行的工况区间,数据量越大,得到的公式就越精确。需要注意的是由于鼓风机功率还与鼓风机进口空气温度有关,而本文统计的数据是在一个较短时间段得到的,温度变化比较小,如果考虑全年温度变化,可能会产生较大的误差,因此如果增加对温度的补偿,结果会更加接近实际数据。另外,该解决方法采用的是鼓风机功率的假设公式,如果采用鼓风机设计厂家实际的功率理论计算公式并进行简化,采用工程中容易测量、精度可以满足计算需要的参数进行运算,得到的结果可能会更准确,这将是下一步研究的课题。

参考文献

[1]西安陕鼓动力股份有限公司.能量回收透平装置技术及应用[R].西安:西安陕鼓动力股份有限公司,2007.

[2]张焕荣.宝钢TRT功率效验及分析[J].炼铁,2005(9):96-98.ZHANG Huan-rong.Power test and analysis for TRT at Baosteel[J].Ironmaking,2005(9):96-98.

[3]冯磊,张晓东,李大伟.混合煤气热值的合理化计算[J].冶金自动化,2009,33(6):65-66.FENG Lei,ZHANG Xiao-dong,LI Da-wei.Rationalization calculation of mixed gas calorific value[J].Metallurgical Industry Automation,2009,33(6):65-66.