承德新新釩鈦股份有限公司棒材廠連扎加熱爐汽化冷卻儀表自動化控制特點及應用

田媛

汽化冷卻技術是利用軟水汽化吸熱,帶走被冷卻設備熱量的一種冷卻方式。受水汽化條件的限制,在常規條件下汽化冷卻只適用于高溫冷卻對象。對于同一冷卻系統,用汽化冷卻所需的水量僅為溫升為10℃時水冷卻水量的2%,且少用90%的補充水量,汽化冷卻所產生的蒸汽還可以利用,并網發電或用于爐區取暖。承鋼加熱爐汽化冷卻中的三沖量給水調節系統、蒸汽外送穩壓系統、除氧水箱給水系統等控制系統,自動化程度高,調節效果良好,系統運行穩定,操作簡便,保證了加熱爐生產的順行,并延長了被冷卻設備的使用壽命。

1 工藝流程描述

為保證循環系統可靠、穩定地運行,防止冷卻構件過熱等現象發生,加熱爐水梁及立柱汽化冷卻方式采用強制循環汽化冷卻。各冷卻回路的冷卻水在水梁中吸熱后,部分水汽化,汽水混合物通過上升管進入汽包,在汽包內汽水分離,被分離為蒸汽及水,蒸汽送往廠區管網并網供各用戶,參與全廠低壓蒸汽平衡。汽化冷卻系統分為循環水路系統、除氧給水系統、蒸汽系統、排汽排污系統等。所產蒸汽設計壓力可在1.0～1.3MPa間調節,加熱爐汽化冷卻系統平均蒸發量～12t/h,最大蒸發量為～16t/h。

2 控制系統

2.1 控制系統的設計

承鋼加熱爐汽化冷卻監控系統,運行于WindowsXP系統下,采用西門子的STEP 7 V5.4編程軟件及WINCC 6.2畫面監控軟件。系統運行時,PLC系統采集現場數據,進行基礎運算,并輸出信號控制現場設備,本系統從PLC系統獲得數據并實現顯示、報警、記錄、生成歷史曲線和報表功能,并能手動控制現場閥門動作或選擇自動由PLC系統實現自動控制。控制系統主要由三沖量給水調節系統、蒸汽外送穩壓系統、除氧水箱給水系統等控制系統。

2.2 汽包水位三沖量給水調節系統

所謂沖量,是指調節器接受的被調量的信號。汽包水位三沖量給水調節系統由汽包水位測量變送器、蒸汽流量測量裝置及變送器、給水流量測量裝置及變送器、調節器、執行器等組成。在汽包水位三沖量給水調節系統中,調節器接受汽包水位、蒸汽流量和給水流量三個信號,其中,汽包水位信號是主信號,任何擾動引起的水位變化,都會使調節器輸信號發生變化,改變給水流量,使水位恢復到給定值;蒸汽流量信號是前饋信號,其作用是防止由于“虛假水位”而使調節器產生錯誤的動作,改善蒸汽流量擾動時的調節質量;蒸汽流量和給水流量兩個信號配合,可消除系統的靜態偏差。當給水流量變化時,測量孔板前后的差壓變化很快并及時反應給水流量的變化,所以給水流量信號作為介質反饋信號,使調節器在水位還未變化時就可根據前饋信號消除內擾,使調節過程穩定,起到穩定給水流量的作用。

2.3 蒸汽外送穩壓系統

蒸汽外送穩壓系統采用單回路控制系統,以蒸汽壓力為被控變量,以氣關式單作用調節閥為執行器,多參數PID控制,即隨著設定值與實際值的差值作為PID參數設定的標準,并配以快速開、關閥功能,保證了外網所需蒸汽壓力需求。

2.4 除氧水箱給水系統

除氧水箱給水系統采用單回路控制系統,以除氧水箱水位計為被控變量,以氣關式單作用調節閥為執行器,保證除氧水箱的水位在60格左右(量程為0格～90格)。

除上述控制系統外,承鋼加熱爐還有除氧器穩壓系統,蒸汽壓力放散控制系統,加之各種介質流量的計量、累積,曲線記錄、數據記錄、報警記錄等功能,共同實現了承鋼加熱爐的儀表自動化控制,滿足了承鋼生產節奏、事故率低、操作簡單、維護方便的要求。

3 控制系統的特點

(1)現場儀表具有較高的測量精度和可靠性,為控制系統的可靠運行提供保障;

(2)先進的三沖量給水調節系統完成對汽包水位的精確控制,從根本上消除了虛假水位對控制系統的干擾;

(3)簡單實用的人機界面,降低了工人的工作強度,改善了工人的勞動條件。

4 現場實際應用中的問題及解決方案

(1)活動梁的進出口壓力與流量的檢測是檢驗進出口管道是否堵塞或泄漏的有效手段,正常情況下每根梁的進口或者出口壓力值和流量值近似相等,如果某個壓力值或流量值相對于其他壓力值偏小或偏大,則應檢查壓力變送器相應的管道是否有泄漏堵塞,以免步進梁被爐膛內的高溫燒毀,影響生產的順利進行。

(2)汽化冷卻系統在加熱爐生產中的安全性不容忽視,每個汽包應在現場設置一臺雙色磁翻板水位計用于現場觀察水位;一臺汽包專用遠傳式汽包液位計,將4～20mA信號送給PLC用于操作室的監控;對于汽包的水位的遠程監控,應加以多種手段進行監控和報警,本設計中,設定水位為35格(量程為0格～60格),水位低于30格時,在畫面中閃爍文字報警;在水位低于25格或設備故障時,除畫面文字報警外,加以特殊聲音報警(區別于加熱爐其他聲音報警),提醒操作人員及時分析原因或及時排除故障;當水位信號低于15格時,發出停爐指令,以免汽包被燒干。除了畫面監控外,在汽包磁翻板水位計處加裝工業電視,在操作室可以通過電視檢查水位,以防萬一;

(3)汽化冷卻系統中的用電建議使用UPS電源,以免短期停電時對汽化冷卻設備的失控。

5 結語

承德新新釩鈦股份有限公司棒材廠連扎加熱爐汽化冷卻系統自2010年底投產以來,自動控制運行穩定,汽包水位精確控制在±5格內,汽包外送蒸汽壓力控制在1.2MPa左右,從未發生因汽化冷卻事故而產生的停爐狀況,延長加熱爐步進梁的使用壽命、降低了軟水的消耗,對節能降耗起到了十分重要的積極作用。操作簡便,深受現場工作人員的歡迎,達到了比較好的預期效果。