空分裝置安全運行性能的提升與優化

王 輝

（萊鋼集團 自動化部，山東 萊蕪 271104）

0 引言

隨著生產規模的不斷擴大，萊鋼天元氣體公司的制氧機組規模也由原來的4臺擴展到了8臺。由于設備老化、技術落后、設計缺陷等，近年來幾臺機組故障頻繁出現，為了保證一線氧氣的供應，亟需解決制氧機組出現的問題，提高制氧機組的安全穩定性。本文主要介紹了萊鋼天元氣體公司3＃～10＃制氧機組基礎級和過程級的控制系統、儀表及檢測元件的開發、維護和改造。

1 現狀分析

從系統運行的實際效果看，制氧機組原控制系統能較好地完成空壓機生產工藝過程的自動化控制，確保生產的順行，取得了較好的經濟效益。但機組運行后，一些初期設計考慮不到的問題也顯現了出來。通過對現場的狀態進行全面分析后，得出如下結論：

（1）7＃～10＃制氧機送氣總管一直采用人工手輪操作機械閥的操作方式，操作人員需要爬高空管路，既不方便也不安全；閥門調節沒有自動功能，只能靠經驗；由于機械閥門工作不到位，易發生泄漏，甚至引起爆炸事故。

（2）制氧機組由分子篩進主換熱器的4路管道沒有相應的溫度測點和閥門位置反饋信號，致使操作工無法正確判斷管道的溫度和閥門的位置，可能引起停車或爆炸事故。

2 故障原因分析

基于多年的現場維護經驗，根據制氧工藝流程，結合實際情況，并通過技術論證，針對現場易出現的故障作出以下原因分析：

（1）由于7＃～10＃制氧機送氣總管閥門沒有自動控制功能，只能靠人工手輪操作機械閥，無法準確控制閥門的開度，可能會造成事故的發生。

（2）制氧機組在分子篩進主換熱器的管道上，原來并沒有預留冗余的安裝位置；同時，因為在原閥門頂上有一個圓形旋轉式的閥門刻度標尺，位置非常狹窄，在頂上無法安裝現有的各種定位裝置，也無法對現有閥門進行分體式改造。由于最初的設計并沒有相關的監控設計，因此在增加監控點的同時也會對現有的分子篩進主換熱器部分的控制功能進行一定的改進。

3 提高安全穩定性的技術實現

3．1 實現閥門自動化控制

對“閥門站”進行PLC控制的主要目的是：在操作閥門時，工藝人員不需到現場，保障了其人身安全。同時，由于現場手動改為遠程控制，閥門上安裝了電磁閥、定位器等儀控設備，保障了現場處理故障的儀控人員的安全。煉鋼管道有調節閥一臺（氣閉式），切斷閥一臺（雙作用氣缸式），調節閥前、切斷閥后各有一臺手動截止閥，送氧時兩臺手動截止閥全部打開，調節閥全開，切斷閥全開（電磁閥失電）。新增加的 WinCC監控站兼顧組態和操作功能，不但能輕松地實現設備操控、報警、歷史趨勢顯示，更為維護人員提供了查找故障的有力工具。圖1為改造后的開關閥站系統。

3．2 管網增加緊急切斷控制功能

管網改造前采用手輪操作調節閥門的開度來控制流量，對緊急狀況沒有設計相應的控制方案。此次改造在調節閥前增加了緊急切斷閥KV1093．2，它能在緊急狀態下以最快的速度切斷氣源供應，保證生產安全。圖2為緊急切斷閥控制程序圖。

3．3 分子篩進主換熱器管道儀控系統升級

由于原設計控制功能不夠完善，且運行過程中的具體工況較復雜，原設計又缺乏靈活性，于是在4個進主換熱器管道上分別增加一個鉑電阻，并在進主換熱器前的閥門上安裝閥門位置開關反饋；鑒于安裝位置狹小，無法采用分體式定位器進行改造，根據閥門形狀和安裝位置決定自行設計，將定位裝置固定在一卡件上，然后直接焊接到閥門氣缸邊上，通過位置反饋對其進行調節。保證了設備的安全穩定運行，提高了操作人員的工作效率，降低了勞動強度，保證了熱線的需求，創造了較可觀的經濟效益。同時，排除了因設備老化等原因隨時可能造成的停產隱患，并且大幅提高了系統的可靠性、兼容性、通用性和可維護性，為生產的順行奠定了堅實的基礎。

圖1 改造后的開關閥站系統

圖2 緊急切斷閥控制程序圖

4 結論

通過以上優化措施的實施，降低了機組的故障率，

［1］ 汪應洛，陶謙坎．系統工程及其應用［M］．北京：科學出版社，1990．

［2］ 侯志林．過程控制與自動化儀表［M］．北京：機械工業出版社，2000．

［3］ 廖常初．S7－300／400應用技術［M］．北京：機械工業出版社，2005．

［4］ 黎洪斌．空分裝置安全要素分析［J］．通用機械，2009（12）：19－23．