煤氣回收計量控制系統的設計

【摘 要】 本文對某鋼鐵企業的轉爐煤氣回收柜系統原有計量系統進行改造，選用性能穩定、功能完善的橫河CS3000 DCS設計了轉爐煤氣回收計量控制系統。使系統可以保證轉爐煤氣回收、煤氣氧含量測試、電除塵凈化處理、加壓機加壓、輸出給用戶等每一道工序順利進行，實時采集和計量現場儀表數據，根據聯鎖設定值控制設備啟停和閥門開度，并生成重要參數的報警記錄。基于CS3000 DCS的轉爐煤氣回收計量控制系統與原有的系統相比，具有操作簡單方便、運行狀態良好、設備安全可靠、抗干擾能力強、計量控制精度很高的特點，在實際的運用中，達到了預期的效果。

【關鍵詞】 煤氣回收 橫河 CS3000 DCS 計量控制系統

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.08.010

在轉爐煉鋼的過程中，產生大量的轉爐煤氣，這些轉爐煤氣可以作為二次能源利用，即節約了能源，又起到環保的作用。隨著世界經濟的發展和對環境保護的重視，現今，煤氣回收系統成為了鋼鐵企業的重要組成部分。過去，煤氣回收系統大多采用了現場計量監測和手動記錄控制的方式，導致煤氣回收系統丟爐現象頻發，數據記錄處理不完善，設備故障率居高不下，而且混合煤氣的生產質量遠遠達不到后續用戶對能源的要求，這就迫切需要采取一種切實有效的計量控制方法，建立一套功能完善的計量控制系統，來提高煤氣回收利用率，及時合理記錄處理相關數據，降低設備故障率，同時使混合煤氣的質量達到用戶滿意的標準。

某鋼鐵企業的轉爐煤氣回收柜系統擁有兩個煤氣回收柜、三臺電除塵及六臺加壓機，現有的控制系統采用現場檢測和手動控制形式，很多仍采用就地儀表開關，很難實現實時計量和精準控制。回收的轉爐煤氣量需要每四小時進行一次匯總計量，手動的抄表計量會帶來很大的誤差。而且就地計量和控制為操作人員的生命安全帶來很大的隱患。此次將利用橫河CS3000集散控制系統對轉爐煤氣回收系統進行設計完善，實現對轉爐煤氣回收系統的自動化計量和控制。

1 系統功能

轉爐煤氣柜系統處理來自轉爐煉鋼生成的煤氣，首先回收進入到兩個轉爐煤氣柜內存儲，其次經過氧氣分析儀進行氧含量檢測分析，合格后經電除塵器除塵，然后與高爐煤氣、焦爐煤氣混合后，最后經過煤氣加壓機加壓，達到設定的壓力后輸出給用戶使用。轉爐煤氣柜回收和除塵系統的主要工藝流程如圖1所示。

1.1 回收儲存

為了保證煤氣柜設備及現場維護作業人員的安全，同時也要保證用戶煤氣能源的用量，在煤氣回收柜部分引入兩個煤氣柜的柜位測點，以雷達測位儀和浮球式測位儀這兩種計量方式、四個測點同時采集比對的形式，保證數據計量的準確可靠性，同時設定柜位報警和聯鎖的控制程序保證生產。輔助測量柜內煤氣的溫度與壓力，將這些參數計量后輸出給DCS系統記錄處理。

1.2 除塵處理

電除塵系統是利用高壓電作用的，所以該部分對入口煤氣的氧含量有嚴格限制，對兩個煤氣柜輸出的轉爐煤氣氧含量測點同時監測計量，當入口轉爐煤氣氧含量大于等于1.5%時，系統采用醒目的聲光報警，提示操作人員應及時與爐前聯系，停止回收轉爐煤氣并通知用戶停止使用，同時利用柜體內煤氣放散的方式，將柜內煤氣放散至6M以下，再進行回收。當入口煤氣氧含量大于等于2.0%時，電除塵聯鎖停機，需要對柜內氣體進行檢驗處理，氣體檢驗正常后系統方可繼續工作。運行時對三套電除塵的高壓二次電壓值和高壓二次電流值進行檢測計量，當電壓小于等于40kV或電流小于等于400mA時，系統設置報警提示故障，需要停機檢修。氧含量、電除塵電壓與電流等重要測點計量后輸出給DCS系統記錄處理。

1.3 混合配比

混合系統是將經過電除塵系統除塵凈化后的轉爐煤氣，與管網內的高爐煤氣和焦爐煤氣根據預先設定的熱值要求進行混合配比。其中高爐煤氣和焦爐煤氣需要調壓和PI調節，最后將符合后序用戶要求的混合煤氣輸送到下道工序當中去。

混合系統是由五個調節閥組成的計量控制系統，高爐煤氣由兩個調節閥控制，焦爐煤氣由兩個調節閥控制，轉爐煤氣由一個調節閥控制，每個閥門前后都要監測記錄該煤氣的溫度與壓力。由于來自高爐管網內的高爐煤氣壓力不平穩，所以高爐一道調節閥的主要作用是控制高爐壓力，緩解壓力波動，將壓力控制在8kPa左右，使高爐二道調節效果更加穩定，高爐二道調節閥控制混合煤氣壓力，常壓在6kPa左右。由于來自焦爐管網內的焦爐煤氣壓力不平穩，所以焦爐一道調節閥的主要作用是控制焦爐壓力，緩解壓力波動，將壓力控制在9kPa左右，焦爐二道調節閥控制焦爐煤氣量。轉爐調節閥是根據混合熱值要求計算得出的轉爐煤氣流量單一控制轉爐煤氣量，并加以控制。將高焦轉三種煤氣壓力、溫度、熱值測點監測計量并輸出給DCS系統記錄處理。

1.4 加壓輸出

本回路為一定值單回路調節系統，采用變頻器來改變加壓機的頻率，從而控制加壓機壓力。例如壓力值設定為13Kpa，同時實時檢測計量加壓后出口壓力，當該壓力升高或降低時，通過調節加壓機的轉速來增大或減小變頻器的輸出頻率，使其最接近壓力的設定值。在DCS上限定最高、最低運行頻率，從而保證出口壓力不至于太高或太低。這兩個頻率運行限制是保證加壓機設備安全、用戶正常生產的必備條件。該工序中需要重點監測計量加壓機潤滑油壓力、潤滑油溫度、電機定子溫度、電機軸承溫度、油箱液位等測點，輸出給DCS系統記錄處理。

2 系統特點

2.1 計量快速準確

利用橫河CS3000 DCS設計的煤氣回收計量控制系統，全過程中數據計量傳輸實時準確，趨勢曲線正確生成，順控條件有序進行，報警顯示符合設定，報表自動生成打印，實現了對轉爐煤氣回收、氧含量分析、電除塵凈化、高焦轉煤氣混合、加壓機加壓、輸送給用戶全過程的自動計量控制，完全避免了由于誤操作導致的丟爐事故，同時保障了現場操作人員的人身安全。

2.2 數據統一無誤

由于所有的數據都存放在數據庫中，規范完善的數據庫保證了數據的完整統一，并在一定時間內進行保留存檔。

2.3 科學性與先進性

自動化計量與控制是現今冶金行業的發展趨勢，該系統設備先進、性能穩定，已達到了國內外的先進水平。系統實現了自動化檢測和控制、不丟爐、不發生安全事故的目標，保證了生產順利有序的進行。

作者簡介

王蕾，研究生，畢業于大連理工大學電氣工程專業，鞍山市計量監督檢定所工程師，從事計量工作9年，現主要從事熱能表、水表、燃氣表的檢定校準工作。

（責任編輯：張曉明）