郝 強

（天津天鐵冶金集團有限公司動力廠，河北涉縣 056404）

[摘 要] 介紹了天鐵兩座高爐煤氣柜降壓改造的內(nèi)容以及自控系統(tǒng)的完善內(nèi)容，通過改造使兩座高爐煤氣柜實現(xiàn)在線運行，同時改進(jìn)后的自控系統(tǒng)自動化程度提高，減少了人工操作，為氣柜的安全運行提供保障。

[關(guān)鍵詞] 高爐煤氣柜；降壓；改造；自控系統(tǒng)

0 前言

天鐵冶金集團有限公司在用高爐 8 座，正常生產(chǎn)情況下可保持高爐煤氣管網(wǎng)壓力在 7 kPa 至 12kPa 之間?，F(xiàn)有 30 萬m³ 、16.5 萬m³ 兩座高爐煤氣柜,原設(shè)計壓力定為 11 kPa。由于煤氣柜距離氣源較遠(yuǎn)，煤氣壓力傳遞存在滯后性，同時，煤氣壓力損失很大，氣柜長期獨立于管網(wǎng)之外運行，無法充分發(fā)揮其調(diào)節(jié)能力。出現(xiàn)管網(wǎng)壓力波動頻次及幅度加劇，需將氣柜降壓改造重新掛網(wǎng)運行，且煤氣閥為電動蝶閥，手動控制，不能實現(xiàn)煤氣柜的自動運行，聯(lián)系協(xié)調(diào)困難，操作復(fù)雜，造成煤氣放散率較高，安全隱患大。應(yīng)用 PLC 自動控制技術(shù),實現(xiàn)了煤氣柜調(diào)整的自動控制改造，使煤氣柜在管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)穩(wěn)定以及降低煤氣放散率等方面的優(yōu)越性充分發(fā)揮出來，既滿足了煤氣管網(wǎng)生產(chǎn)工藝過程的需要，又能實現(xiàn)節(jié)能降耗的作用，提高經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。

1 高爐煤氣柜改造內(nèi)容

1.1 高爐煤氣柜原設(shè)計參數(shù)

高爐煤氣柜原設(shè)計參數(shù)如表 1 所示。

1.2 高爐煤氣柜改造后參數(shù)

高爐煤氣柜改造后參數(shù)如表 2 所示。

1.3 16.5萬煤氣m³ 柜和 30萬m³ 煤氣柜的控制系統(tǒng)

16.5 萬m³ 煤氣柜和 30 萬m³ 煤氣柜在改造前有遠(yuǎn)程和就地操作, 缺少自動控制和完善的保護功能，無法實現(xiàn)自動掛網(wǎng)運行，無法完全釋放煤氣柜的調(diào)節(jié)功能。

2 氣柜改造實施

通過動力廠相關(guān)技術(shù)人員和中冶京誠工程技術(shù)有限公司團隊對 16.5 萬m³ 、30 萬m³ 高爐煤氣柜實際運行情況進(jìn)行充分調(diào)研和分析，為了充分利用氣柜的儲氣和穩(wěn)定管網(wǎng)壓力的功能，降低煤氣放散率，提高發(fā)電量，進(jìn)行了降低氣柜運行壓力可行性方案討論，通過降低煤氣柜內(nèi)壓力，可提高氣柜利用率，使其在低壓力也可以充柜，同時通過調(diào)節(jié)PLC 系統(tǒng)，使其能夠在線運行，自動調(diào)節(jié)入口閥門，提高調(diào)節(jié)效率。氣柜的運行壓力與活塞重量成正比，與活塞的直徑成反比。氣柜的基本外形尺寸已無法進(jìn)行改變，要想實現(xiàn)降壓的目的只有進(jìn)行活塞減重，即采取減少活塞配重方式進(jìn)行降壓。

2.1 16.5 萬m³ 氣柜降壓改造

16.5 萬m³ 稀油密封干式煤氣柜共計 24 個扇區(qū)，共計配重 1237.481 噸（17 934 塊）。其中柱號15-16 之間扇區(qū)配重 736 塊（原 1 054 塊），其他 23個扇區(qū)配重各 747 塊（原 1 077 塊）。此次改造共需移除配重 545.696 噸，配重塊數(shù)量約為 7 908 塊,詳見表 3。

2.2 30 萬m³ 氣柜降壓改造

根據(jù)工藝及設(shè)計要求，30 萬m³ 稀油密封干式煤氣柜降壓方案定為從設(shè)計的 11 kPa（實際氣柜運行壓力為 10.8 kPa） 降至 9 kPa 運行，30 萬m³ 稀油密封干式煤氣柜內(nèi)部配重分為活配重和死配重。總體降壓改造原則：保留活配重，均勻鑿除死配重共32 區(qū)間,壓力 9 kPa 時鑿除高度為 525 mm（根據(jù)實際運行壓力計算需鑿除 500 mm）并移出柜外。改造需保證氣柜活塞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，及氣柜降壓后運行的平穩(wěn)性。

30萬m³ 氣柜不同壓力下配重相關(guān)參數(shù)（見表4）：

2.3 對控制程序的設(shè)計、開發(fā)與調(diào)試

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，當(dāng)管網(wǎng)煤氣壓力高于氣柜壓力時，打開進(jìn)出口閥門自動充氣；當(dāng)管網(wǎng)壓力低于氣柜壓力時，自動打開進(jìn)出口閥門向管網(wǎng)放氣，以達(dá)到煤氣管網(wǎng)壓力的平衡和穩(wěn)定；煤氣柜在充柜和放氣過程中需保持氣柜活塞上、下行速度在安全值 0.5 米/分，范圍內(nèi)，同時在活塞，高低位有相應(yīng)的連鎖保護和報警信號，以保證氣柜安全運行。

2.3.1 柜速信號的計算設(shè)置

根據(jù)控制要求，需計算氣柜活塞上下行運動的速度，由于激光物位計檢測信號受外界環(huán)境、灰塵、油污、振動、干擾等信號的影響，會出現(xiàn)偶然性的瞬間波動，為了消除波動帶來的影響，記錄 65 秒內(nèi)每秒檢測到的柜位信號，首位取 5 個數(shù)據(jù)做平均值，前后相減，計算 1 分鐘內(nèi)的柜位變化，從而得到氣柜活塞速度。消除了偶然誤差帶來的影響，保證了控制的穩(wěn)定。

2.3.2 控制模式的選擇和實現(xiàn)

控制程序設(shè)計可實現(xiàn)遠(yuǎn)程手動操作和自動控制兩種工作模式。

在兩種工作模式之間要實現(xiàn)無擾切換，第一，氣柜活塞速度的手動設(shè)定值和自動設(shè)定值之間實現(xiàn)自動跟蹤，第二，氣柜進(jìn)出口閥門手動設(shè)定開度值和自動設(shè)定開度控制值之間實現(xiàn)自動跟蹤，保證手自動切換、遠(yuǎn)程就地切換的時候均能穩(wěn)定過度，保證氣柜的安全運行。

2.3.3 PID 自動調(diào)節(jié)的編程設(shè)計

因為氣柜進(jìn)出口閥門為電動蝶閥，不宜連續(xù)快速的頻繁動作，同時柜位及柜速具有滯后的特性，為了保證調(diào)節(jié)控制的可靠和設(shè)備的使用壽命等綜合考慮，通過使用兩個 PID 功能塊，實現(xiàn)串級調(diào)節(jié)控制，閥門動作行程階梯式動作，即滿足了控制工藝的基本要求，又保證了設(shè)備的壽命和安全。

2.4 連鎖保護的設(shè)置

2.4.1 活塞上行設(shè)定三個自動連鎖報警點

（1）活塞上升至第一個高度時，自動發(fā)出聲光報警，關(guān)閉進(jìn)出口閥門，外網(wǎng)壓力低于柜內(nèi)壓力時，打開進(jìn)出口閥門向外送氣。

（2）活塞繼續(xù)上升，達(dá)到第二個高度，自動發(fā)出聲光報警，自動進(jìn)出口閥門和煤氣一道門，外網(wǎng)壓力低于柜內(nèi)壓力時，同時進(jìn)出口閥門和煤氣一道門，向外送氣。

（3）活塞繼續(xù)上升，達(dá)到第三個高度，自動發(fā)出聲光報警，關(guān)閉煤氣一道門，同時打開氣柜進(jìn)出口閥門，并打開緊急放散閥進(jìn)行放散，放散煤氣至 81米后，關(guān)閉放散閥，和進(jìn)出口閥門。外網(wǎng)壓力低于柜內(nèi)壓力時，打開進(jìn)出口閥門和煤氣一道門向外送氣。

2.4.2 活塞下行時設(shè)置三個自動連鎖報警點

（1）活塞下行至第一個高度，自動發(fā)出聲光報警，關(guān)閉進(jìn)出口閥門停止送氣，當(dāng)外網(wǎng)壓力高于柜內(nèi)壓力時進(jìn)出口閥門向柜內(nèi)充氣。

（2）活塞繼續(xù)下行至第二個高度，自動發(fā)出聲光報警，關(guān)閉進(jìn)出口閥門的同時，再自動關(guān)閉煤氣一道門。當(dāng)外網(wǎng)壓力高于柜內(nèi)壓力時打開進(jìn)出口閥門向柜內(nèi)充氣。

（3）活塞繼續(xù)下降至第三個高度，自動發(fā)出聲光報警，關(guān)閉進(jìn)出口閥門的同時，再自動關(guān)閉煤氣一道門。當(dāng)外網(wǎng)壓力高于柜內(nèi)壓力時打進(jìn)出口閥門向柜內(nèi)充氣。

2.4.3 活塞超速

活塞速度檢測值超過 0.5 米/分鐘時，自動發(fā)出聲光報警，關(guān)閉進(jìn)出口閥門。

2.4.4 活塞卡澀

當(dāng)柜內(nèi)與官網(wǎng)壓力相差過大超過一定值時，自動判斷為活塞卡澀不動，自動發(fā)出聲光報警，關(guān)閉進(jìn)出口閥門和煤氣一道門，以保證設(shè)備的安全。

2.4.5 人機交互界面（HMI）程序的設(shè)計：

通過對原人機界面進(jìn)行完善的方式改造，重新設(shè)計繪制進(jìn)出口閥門手自動操作調(diào)節(jié)界面，使界面與原系統(tǒng)界面風(fēng)格及操作相近，可實現(xiàn)快速加減柜速調(diào)整和閥門手動的精確控制，操作方便界面友好。

3 改造后的效果

16.5 萬m³ 稀油密封干式煤氣柜和 30 萬m³ 稀油密封干式煤氣柜降壓改造后，實現(xiàn)了兩座氣柜的高低搭配、壓力互補，有效避開了因管網(wǎng)用戶多而造成的壓力波動大、高爐爐況不穩(wěn)定造成產(chǎn)出量波動較大等一系列不利因素，實現(xiàn)了管網(wǎng)壓力區(qū)間內(nèi)可自動調(diào)節(jié)的效果。

目前兩座氣柜均已掛線運行一年，氣柜的水平度和傾斜度等各項運行指標(biāo)均在氣柜安全規(guī)程規(guī)定的安全區(qū)間內(nèi)運行，且相關(guān)參數(shù)均優(yōu)于改造前記錄的原始值。氣柜在線運行小時數(shù)明顯增加，用戶端的壓力穩(wěn)定程度得到了明顯改善，確保了各主體廠礦的安全穩(wěn)定運行。

通過對 16.5 萬m³ 稀油密封干式煤氣柜和 30萬m³ 稀油密封干式煤氣柜的降壓改造，使得氣柜運行壓力與管網(wǎng)運行壓力保持同步，同時滿足了現(xiàn)行工況要求。對穩(wěn)定高爐煤氣的輸供效果顯著，穩(wěn)定管網(wǎng)壓力成果明顯。

4 結(jié)束語

通過對兩座氣柜降壓改造，提高了高爐煤氣回收率，降低了高爐煤氣放散率，穩(wěn)定了管網(wǎng)壓力，解決了高爐煤氣不能及時高效回收利用等一系列問題。同時，也為天鐵煤氣柜檢修維護和生產(chǎn)運行方面提供了重要的借鑒作用。