煤氣化氣力輸送中倉泵控制邏輯的設計*

由 迪

(艾默生過程控制有限公司)

煤氣化氣力輸送中倉泵控制邏輯的設計*

由 迪

(艾默生過程控制有限公司)

介紹煤氣化氣力輸送系統中倉泵的基本結構及其運行原理與流程，設計其控制流程，給出了人機界面畫面組態結果。

氣力輸送系統 倉泵壓力控制 實施方案 DCS組態

氣力輸送系統主要應用于以氣流為載體的干燥粉末和顆粒產品的輸送任務。一般來說，氣流為普通空氣，但在一些特殊狀態下，被干燥、冷卻、加熱的空氣或惰性氣體也可以作為輸送氣流。氣流攜帶粉末或顆粒通過一定長度的管道，管道與上料器或旋風分離器相連，通過氣力使粉末或顆粒最終分離。氣力輸送系統在煤制天然氣煤粉輸送、電廠粉煤灰輸送及水泥廠物料輸送等行業廣泛應用。氣力輸送系統是煤氣化輸送系統的關鍵，倉泵壓力控制是氣力輸送系統的核心。

1 倉泵結構

氣力輸送系統中倉泵的結構如圖1所示。倉泵采用上引式出料，出料口位于倉泵上方，優點是當有塊狀物料進入時，倉泵不會堵塞，原因是通過流化盤組件注入的氣流會把這些灰塊分解成很多小塊，其中分解不了的灰塊留在倉泵底部，由檢查孔取出。倉泵一般采用多層帆布板或多孔流化鋼板結構，壓縮空氣通過進氣管進入倉泵底部的流化室，進氣量通過進氣閥控制，壓縮空氣透過流化盤充分包裹干灰顆粒，使干灰顆粒形成具有流體性質的氣體，通過流動性輸送灰濃相，達到高濃度物質順利輸送的目的[1]。

2 倉泵運行原理與流程

上引式倉泵采用間歇式自控方式循環運行，每個輸送循環可分為送料階段、液化階段、輸送階段和吹掃階段。通過采集倉泵運行狀態信號，輔助工藝流程，輸送過程由程序控制器實現。倉泵控制過程中的壓力變化如圖2所示[2]。

圖1 倉泵結構示意圖

圖2 倉泵壓力變化曲線

倉泵輸送流程包括單臺倉泵的輸送流程和多臺倉泵協調運行的輸送流程，大多情況下為多臺倉泵協調運行模式。多臺倉泵輸送流程協調運行的要求如下：

a. 系統開機時要求各倉泵輪流清空一遍，然后進入正常運行程序。

b. 系統關機時不能直接切斷電源，否則會引起處于輸送狀態的倉泵堵管，必須通過軟關機信號先讓所有倉泵清空一遍，并進入停機狀態后才可切斷系統電源。

c.正常輸送過程中，要求各倉泵協調動作。

控制系統內所有倉泵可根據工況靈活分組，每種分組方法都稱為一種組態，連接同一輸送管道的所有倉泵必須處于同一組態內。設定組態后，同一組態內的倉泵只能有一臺處于輸送狀態，各倉泵輪流運行，以減小峰值耗氣量，防止倉泵堵塞。同一組態內多臺倉泵料滿或間隔時間到時，按時間先后次序輪流排隊運行，可以設置手動優先按鈕觸發優先運行。某臺倉泵堵管后，連接此輸送管的所有倉泵禁止輸送，并關上各自的進料閥，直至堵管報警復位。總氣源上設有壓力檢測裝置，如雙壓力開關等，在氣源壓力高于最小壓力設定值時，倉泵才允許進入輸送狀態。控制系統與灰庫料位計聯鎖，當灰位高于料位時，倉泵不允許進入輸送狀態。

3 工藝流程和控制邏輯

倉泵壓力控制系統的工藝流程如圖3所示。

圖3 倉泵壓力控制系統工藝流程

倉泵控制分為5個階段：開始檢測階段、充壓階段、輸送階段、進料階段和間隔階段。每個階段的控制邏輯如圖4所示，其中倉泵控制壓力和控制時間為經驗值，組態時需設置成可調參數。

圖4 控制邏輯

開始檢測階段。程序開始后，檢測倉泵壓力，如果不小于最高臨界值，則退出程序；如果小于最高臨界值，則執行程序，并進入充壓階段。

充壓階段。來自壓縮空氣管網上的XV1506加壓閥打開，如果倉泵壓力小于設定值，則繼續加壓一定時間，如果加壓時間到，倉泵壓力仍未達到設定值，則關閉加壓閥，加壓故障報警，程序終止。加壓過程中倉泵壓力達到設定值，說明加壓成功，打開吹堵閥XV1507，沖壓階段結束，進入輸送階段。

輸送階段。打開出料閥XV1505，檢測倉泵壓力，如果大于倉泵臨界壓力，則輸送超壓，出料閥XV1505和加壓閥XV1506關閉，輸送超壓報警，退出程序。如果倉泵壓力小于臨界壓力值但大于設定值1，則持續輸送一定時間，如果輸送時間到，倉泵壓力仍大于設定值1，則關閉出料閥XV1505和加壓閥XV1506，輸送超時1報警，程序退出。如果倉泵壓力小于設定值1，則關閉加壓閥XV1506，繼續觀察倉泵壓力，如果倉泵壓力大于設定值2，就再持續輸送一定時間，如果輸送時間到，倉泵壓力仍大于設定值2，則關閉出料閥XV1505和加壓閥XV1506，輸送超時2報警，程序退出。如果倉泵壓力小于設定值2，則關閉吹堵閥XV1507，之后關閉出料閥XV1505，打開泄壓閥XV1502，泄壓閥開一段時間，如果倉泵壓力大于設定值，則泄壓故障，報警并退出程序。如果倉泵壓力低于設定值，則泄壓成功，進入進料階段。

進料階段。進料閥XV1504打開，達到設定時間或料位開關檢測信號到達，則關閉進料閥XV1504，關閉泄壓閥XV1502，進入間隔階段。

間隔階段。程序間隔設定時間，重復進入沖壓階段，循環進行。

4 DCS組態

根據工藝流程和聯鎖邏輯，程序采用ST語言組態[3]較為方便直觀，易于現場后續修改維護，具體ST語言組態略。人機界面畫面如圖5所示，可在人機界面上顯示各監控數據點和報警值，設置倉泵參數，并顯示各階段進行的步驟。

圖5 組態畫面

5 結束語

倉泵控制系統主要在于對倉泵的壓力控制，需要將壓力控制在一定的范圍內保證倉泵的安全運行。倉泵壓力控制分為檢測、充壓、輸送、進料和間隔5個階段，每個階段根據倉泵壓力的不同對閥門的開關進行控制，采用DCS系統對倉泵邏輯進行組態，達到自動安全穩定運行的目標。該系統已在新疆某項目投入運行，截止至目前，已運行有一百多天，運行平穩有序且成效顯著。

[1] 張展,曾建峰,邢懷陽.泵的設計與應用[M].北京:機械工業出版社,2015.

[2] 魏龍.泵運行與維修實用技術[M].北京:化學工業出版社,2014.

[3] 王常力,羅安.分布式控制系統設計與應用實例[M].北京:電子工業出版社,2016.

由迪(1989-)，助理工程師，從事化工、電力行業的自動控制設計及客戶培訓工作，di.you@Emerson.com。

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