基于CS1000自動反吹系統提升焦爐煤氣凈化質量

李克 馬春霞

（山東萊蕪萊鋼自動化部，山東萊蕪 271104）

0 前言

焦爐煤氣是一種熱值較高的燃料氣，廣泛應用于煉焦、燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼的生產過程中。由于焦爐煤氣中含有較多的粉塵顆粒、焦油、水分等雜質，容易造成計量裝置一次元件和變送器導壓管的堵塞，使計量的準確度受到影響，從而不能準確反映現場實際情況，導致煤氣計量的不平衡量較大，對供于高爐，轉爐等大型設備的焦爐煤氣的質量也有了一定影響。對公司的能源平衡和節能降耗工作帶來不利。

為解決這一問題，保證節流裝置穩定可靠運行，我們組織專業人員經過不斷的研究和探索，基于多重冗余安全技術下的CENTUM CS1000開發了5、6#焦爐流量計量自動反吹系統。通過用氮氣定時對煤氣導壓管路、取壓裝置實施吹掃，避免節流裝置結垢、堵塞，使節流裝置處于最佳運行狀態，從而實現能耗數據的精準化計量，真正提升了外送焦爐煤氣的質量。

1 具體技術研究方案

1.1 自動反吹工藝原理

自動反吹工藝原理圖如圖1所示。

為了保證變送器安全，1#、2#、5#氣動球閥采用常閉氣動閥，3#、4#氣動球閥采用常開氣動閥。而且所有氣動球閥均配限位開關。按照程序的設定，到了設定的時刻，系統開始工作：

a）首先，3#、4#球閥關閉。目的是保護差壓變送器不被氮氣損壞。

圖1 工藝原理圖

b）3#、4#球閥的關到位的反饋信號到后，延時2秒后，1#球閥自動打開，等1#球閥開到位的反饋信號到后，延遲1秒后，2#球閥打開，惰性氣體（一般為氮氣）開始向高側取壓管吹掃，10秒后，2#球閥自動關閉。在2#球閥關的反饋信號到后，延遲1秒后，5#球閥自動打開，惰性氣體對低壓側取壓管吹掃，10秒后，5#球閥自動關閉；等5#球閥關到位的反饋信號到后，延遲1秒后，進行二次吹掃，2#球閥自動打開進行吹掃，10秒后，2#球閥關閉，等2#球閥關到位的反饋信號到后，延遲1秒后，5#球閥自動打開，惰性氣體對低壓側取壓管吹掃，10秒后，5#球閥自動關閉。延遲1秒后，1#球閥關閉。以上每進行下一球閥的開關均需要上一個閥門動作后的反饋信號，無反饋信號確認球閥不動作。

c）延時2秒后，在確認1#、2#、5#球閥關的反饋信號到后。3#、4#球閥打開，系統吹掃完畢，恢復煤氣正常計量。本系統根據具體情況設定自動吹掃的周期，每次吹掃大約1分鐘。

1.2 多重冗余系統介紹

CENTUM－CS1000控制站采用用于高速的RISC 處理器VR5432，可進行64位浮點運算，具有強大的運算和處理功能。此外，還可以實現諸如多變量控制，模型預測控制，模糊邏輯等多種高級控制功能。主內存高達32M。獨家采用了4CPU 冗余容錯技術（pair &spare 成對熱后備）的現場控制站，實現了在任何故障及隨機錯誤產生的情況下進行糾錯與連續不間斷地控制。控制網絡Vnet/IP 網的通信電纜，和電纜接口1：1冗余配置；控制器的CPU 卡件1：1“成對冗余”配置；DCS 各種工作電源冗余配置；每個操作站都是一個獨立的計算機主機并且每個操作站都能互相備份，互為冗余，并能在線診斷故障、報警、切換和維修提示。

1.3 自動反吹系統設計

CENTUM CS1000中順序控制模塊可以組態各種回路的順序控制，如安全聯鎖控制順序和過程監視順序，而順序控制表Sequence Table 和邏輯流程圖Logic Chart 連接組合，可以組態形成非常復雜的邏輯功能，以實現復雜邏輯判斷和控制。于是，我們通過順控表（ST16）與邏輯圖（LC64）相結合的方式在程序上控制自動反吹系統的運行，并制作相應完善的監控畫面，實現對該系統各閥門狀態，整個反吹過程。該系統順控表和監控畫面示意圖如下圖2、圖3所示。

圖2 順序控制表示意圖

圖3 自動反吹系統畫面

1.4 創造性和先進性

系統工藝設計方面，特別采用了靈敏度更高，技術更為先進的氣動閥，并特別設計了為流量計量變送器進行自保，通過兩個閥門的自動順控其開關，來保證在反吹過程中，變送器不被氮氣所吹壞。

系統控制方面，通過順控表實現整個反吹過程的自動控制，并且為反吹命令和各個閥門的開關都添設了手自動切換，為以后的維護工作提供了有利保障；通過五種時間塊，實現反吹系統各個閥門不同時間的啟停，反吹間隔時間也實現了6小時，8小時，12小時三種選擇，更大精細程度上控制了自動反吹系統的運行；

遠程控制方面，通過光電轉換方式和對于OPC的設置完成CS1000與IFIX 監控軟件之間的通訊，將自動反吹系統引至遠程執行中心，實現自動化部調度中心對該系統進行實時監控和控制操作。

2 結論

項目實施以來，該系統運行穩定可靠，已應用于股份焦化廠5、6#焦爐，寬厚板煤氣凈化區域，在準確計量外送煤氣量的同時，成功有效地提升了供于大型爐設備和寬厚板區域所用焦爐煤氣的質量，更大程度上延長了設備的使用壽命，為萊鋼的一線生產和節能降耗工作提供了極大的便利。因此，該系統在萊鋼焦化廠八個焦爐，160萬噸煤氣凈化，120萬噸煤氣凈化區域中，乃至其他化工相關領域中都將陸續加以應用，前景非常廣泛，具有很高的推廣價值。

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