淺談高爐煤氣柜智能控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

豐海峰

摘 要：針對(duì)我公司高爐煤氣柜實(shí)際情況，在簡單介紹其煤氣系統(tǒng)主要工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)其智能控制系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行深入分析，本次所用智能控制手段效果良好，具有很好參考借鑒價(jià)值的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：高爐煤氣柜;智能控制系統(tǒng)

高爐煤氣柜是對(duì)管網(wǎng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的重要裝置，對(duì)保證煤氣系統(tǒng)正常安全運(yùn)行有重要作用與意義。但由于實(shí)際運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜，所以煤氣柜控制難度很大，需要在保留原有控制手段優(yōu)勢的基礎(chǔ)上采用智能化的控制技術(shù)，以提高煤氣柜控制技術(shù)水平。

1背景介紹

我公司3萬高爐煤氣柜于2014年正式投入運(yùn)行，因投運(yùn)初期管網(wǎng)壓力始終處于高位，同時(shí)壓力頻繁產(chǎn)生波動(dòng)，且幅度較大，檢測與控制不到位，使煤氣柜始終無法在線運(yùn)行。如果管網(wǎng)壓力驟然變大，則煤氣柜將難以發(fā)揮緩沖作用，無法對(duì)放散煤氣予以存儲(chǔ)，不僅造成浪費(fèi)，而且還有極大的安全隱患。

針對(duì)這一實(shí)際問題，根據(jù)管網(wǎng)、柜內(nèi)、進(jìn)出口三處壓力，結(jié)合氣柜活塞實(shí)際運(yùn)行情況，通過對(duì)超前預(yù)控與冗錯(cuò)測量等技術(shù)的引入，廣泛收集相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，并對(duì)含過失誤差所有數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的偵測、校正與剔除，保證煤氣柜實(shí)際投入率，使管網(wǎng)壓力保持穩(wěn)定，保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性[1]。

2煤氣系統(tǒng)主要工藝

廠區(qū)范圍內(nèi)共設(shè)有兩個(gè)煤氣柜，分別為3萬立方高爐煤氣柜和2萬立方轉(zhuǎn)爐煤氣柜，對(duì)于煤氣用戶，包括以下幾方面：熱風(fēng)爐、鍋爐、軋鋼加熱爐、煉鋼烘烤、豎爐、燒結(jié)、發(fā)電等，現(xiàn)在主要介紹3萬立方高爐煤氣柜的情況。

3過程檢測與控制系統(tǒng)

對(duì)于高爐煤氣柜，建議采用三電一體化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在氣柜運(yùn)行時(shí)，檢測、控制及運(yùn)行對(duì)應(yīng)的狀態(tài)參數(shù)都送到基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)，同時(shí)顯示、控制及報(bào)警也都由這一級(jí)來完成。在操作控制室中，設(shè)有HMI操作站，內(nèi)有工作流程的顯示畫面，可對(duì)各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。在煤氣柜中的主要設(shè)備及閥門，建議采用三種方式來操控，分別為機(jī)旁人工手動(dòng)控制、PLC自動(dòng)控制與PLC人工手動(dòng)控制。現(xiàn)場操作人員利用顯示屏與鍵盤，能對(duì)氣柜實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)予以監(jiān)視與控制。如果氣柜出現(xiàn)故障，則控制系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行做必要的控制;在必要的情況下，也可以采用人工干預(yù)，由鍵盤直接對(duì)閥門進(jìn)行操控，完成應(yīng)急處理。另外，對(duì)PLC系統(tǒng)而言，還能對(duì)歷史記錄進(jìn)行儲(chǔ)存，并能對(duì)其進(jìn)行打印，為后續(xù)查詢提供方便[2]。

4系統(tǒng)主要控制功能

4.1超前預(yù)測

根據(jù)管網(wǎng)壓力和柜內(nèi)氣壓之差，對(duì)活塞可能達(dá)到的速度進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)將進(jìn)出口煤氣實(shí)際流量視作進(jìn)行判斷的輔助條件，對(duì)調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度進(jìn)行提前控制，對(duì)進(jìn)出口實(shí)際流量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以保證在線運(yùn)行率。

因煤氣有一定可壓縮性，當(dāng)進(jìn)出口處調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度一定時(shí)，活塞的實(shí)際運(yùn)行速度和管網(wǎng)壓力發(fā)生的變化是存在函數(shù)關(guān)系的;當(dāng)管網(wǎng)壓力一定時(shí)，活塞實(shí)際運(yùn)行速度也和調(diào)節(jié)閥的開度存在函數(shù)關(guān)系。對(duì)活塞運(yùn)行速度進(jìn)行超前預(yù)測，應(yīng)充分考慮煤氣柜以往運(yùn)行趨勢，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，確定運(yùn)行速度、管網(wǎng)壓力與調(diào)節(jié)閥開度三者關(guān)系。

4.2冗錯(cuò)測量

為保證煤氣柜運(yùn)行安全，應(yīng)對(duì)和活塞運(yùn)行有關(guān)的所有檢測裝置進(jìn)行冗余測量，包括柜位測量、活塞運(yùn)行速度測量、傾斜度測量、氣壓測量。

冗錯(cuò)測量可采用以下方法來實(shí)現(xiàn)：

（1）現(xiàn)場的所有儀表都應(yīng)冗余安裝，對(duì)于柜容檢測，應(yīng)增設(shè)激光柜位計(jì)，以此和繩式柜位計(jì)一同形成標(biāo)準(zhǔn)的冗余測量;對(duì)于氣柜壓力，新增一個(gè)變送器和原測點(diǎn)形成標(biāo)準(zhǔn)冗余測量;新增傾斜儀測試點(diǎn)，和原測試點(diǎn)形成標(biāo)準(zhǔn)冗余測量。

（2）采用專業(yè)軟件對(duì)儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行冗錯(cuò)處理。借助相關(guān)軟件工具分析儀表數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測、校正與剔除，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與可靠性，避免單個(gè)儀器故障造成系統(tǒng)無法正常工作，并防止誤動(dòng)作的產(chǎn)生。

通常情況下，都采用軟件來進(jìn)行冗錯(cuò)：程序先對(duì)模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后開始轉(zhuǎn)換，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為過程數(shù)據(jù);再通過濾波處理獲得顯示數(shù)據(jù);最后對(duì)通道中的狀態(tài)進(jìn)行讀取，根據(jù)狀態(tài)字，對(duì)模擬量進(jìn)行判斷，確認(rèn)是否準(zhǔn)確;若準(zhǔn)確，則繼續(xù)判斷是否處在正常范圍內(nèi);若沒有處在正常的范圍，則這一模擬量不可信;若處在正常的范圍，需對(duì)模擬量實(shí)施變化率的判斷;若變化率未處在正常范圍，則這一數(shù)據(jù)也不可信;若處在正常范圍，則說明數(shù)據(jù)可信，能參與至程序的聯(lián)鎖控制。針對(duì)冗余測量產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如果有一個(gè)數(shù)據(jù)有異常，則程序能自動(dòng)對(duì)其屏蔽，并發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)，正常的數(shù)據(jù)也參與至程序的聯(lián)鎖控制過程;如果多個(gè)數(shù)據(jù)有異常，則程序?qū)⒆詣?dòng)鎖定;若所有數(shù)據(jù)均正常，則均用于聯(lián)鎖控制[3]。

4.3煤氣綜合調(diào)配

借助能源管理中心具備的信息化等功能，能對(duì)全廠范圍內(nèi)的煤氣狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。如果煤氣柜的柜容相對(duì)較高，并且管網(wǎng)的壓力不斷升高，在繼續(xù)對(duì)煤氣柜進(jìn)行充柜時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，用于提醒人員立即對(duì)煤氣進(jìn)行調(diào)整，比如調(diào)整發(fā)電機(jī)的負(fù)荷，避免煤氣發(fā)生放散等。如果煤氣柜的柜容相對(duì)較低，在繼續(xù)對(duì)煤氣柜進(jìn)行充柜時(shí)，煤氣系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，用于提醒人員立即對(duì)煤氣進(jìn)行調(diào)整，比如降低發(fā)電機(jī)的實(shí)際負(fù)荷，避免煤氣柜進(jìn)入離線運(yùn)行狀態(tài)。

5結(jié)束語

綜上所述，從高爐煤氣柜開始引入智能控制到現(xiàn)在，煤氣柜的運(yùn)行效率得以大幅提高，煤氣柜具有的對(duì)管網(wǎng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)的能力得以充分利用，能使管網(wǎng)壓力保持穩(wěn)定，有著極好的參考借鑒和推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]田勇，韓學(xué)華，劉連慶，張向波.10萬m3高爐煤氣柜與5萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜的擴(kuò)展應(yīng)用[J].冶金動(dòng)力，2018（03）：36-37.

[2]范玉佼.干式高爐煤氣柜火災(zāi)、爆炸及中毒危害事故后果模擬分析[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2017，43（11）：189-190.

[3]魏津瑜，張瑋，李欣.基于PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高爐煤氣柜位預(yù)測模型及應(yīng)用[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，44（S1）：266-270.