一鍵趕引煤氣方案在高爐生產中的應用

摘要：在高爐休風、送風過程中，熱風爐系統都要進行趕、引煤氣作業。現在都是通過操作人員在現場直接操作各手動閥門，勞動強度大，作業效率低，且操作人員處于煤氣放散區域，存在安全隱患。本文討論對某鋼廠已有煤氣凈化系統、熱風爐系統相關閥門進行改造，實現在中控趕引煤氣的自動操作，以提高生產效率，保障人員安全。

關鍵詞：熱風爐;自動化系統;一鍵趕引煤氣

引言

高爐趕引煤氣屬危險作業，為保障安全，故提出一鍵趕引煤氣方案。此方案包括燃氣設施的改造、電氣及自動化控制系統的改造、儀表改造，本文從以上方面展開討論。

1燃氣設施

為實現中控趕引煤氣的自動操作，需將煤氣凈化系統、熱風爐系統現有電動放散閥、蒸汽引射閥、水封給排水閥等全部改為中控室操作，并將控制信號引入自動趕引煤氣控制系統。具體閥門設備包括快速水封水配管系統的給排水閥及溢流閥，環縫洗滌凈化系統的給水閥及排污閥，煤氣凈化自動趕引煤氣系統的放散閥、引射閥及吹掃閥，BFG/LDG/COG水封水配管系統的給排水閥，熱風爐一鍵吹掃系統的BFG/COG/LDG等管道上的放散閥及引射閥。

另外，在高爐煤氣主管快速水封、熱風爐用高爐煤氣水封、熱風爐用焦爐煤氣水封放散管處設置一氧化碳及氧氣檢測裝置，以確定系統內煤氣吹掃達標;在高爐煤氣主管快速水封放散管處設置煤氣爆破自動點火裝置，以確定管網內煤氣達到用戶使用要求。

2電氣及自動化控制

2.1供配電

（1）改造方案

1）設計范圍：

主要包括某鋼廠高爐熱風爐及煤氣清洗一鍵趕引煤氣相關新增或改造電動閥的供配電、控制、自動化及相應電氣工程。

2）電壓等級：

低壓動力配電：380V、220V AC /50Hz/三相

低壓控制電源：AC220V、DC110V、DC24V AC /50Hz

3）改造方案：

a）新增電動閥根據現場布置情況設置現場集中控制柜，控制柜內包含斷路器、接觸器、熱繼電器、中間繼電器、操作按鈕及指示燈、端子排等。控制柜電源引自原高爐中控室備用配電回路。

b）對于目前僅有現場手動功能的電動閥，本次新增遠程控制單動與聯動功能，并對現場控制盤內繼電器及PLC控制回路作適應性改造。

c）對于目前僅有現場手動功能但已經在現場控制柜內預留了遠程控制功能的電動閥，現場控制盤利舊無需改造。改造只需增加現場控制盤至現有PLC柜的控制電纜。

（2）設備裝備水平：

1）現場控制柜防護等級不小于IP54。

2）低壓元器件采用合資產品或國內優質產品。

2.2自動化

（1）系統構成

本次改造新增電氣檢測信號送至高爐電氣控制系統，控制系統硬件改造現有PLC柜，增加DI和DO模塊。操作員站、工程師站不考慮新增。需對PLC程序、HMI畫面及模型進行適應性改造，使其滿足一鍵趕引煤氣功能需求。

（2）基礎自動化系統，直接面向煤氣趕引生產過程，完成生產過程的控制與聯鎖，并直接監視各生產過程的運行狀態，其主要控制功能如下

1）電氣控制功能：

系統設備運轉連鎖控制：主要完成各系統設備運轉的順序控制，按程序設定的順序起、停設備流程，采集現場的設備運轉狀況信號控制設備運轉。

設備運轉監視及故障處理：PLC通過IO模塊采集現場、儀表、MCC及高壓柜的故障信號，根據故障等級控制設備啟停，采集到重故障信號則設備停止運轉;輕故障則設備保持運轉，所有報警統一做報警記錄，同時在畫面上進行報警顯示。

2）儀表控制功能：

詳見第3章節：自動化儀表。

3）畫面功能：

為了便于生產操作人員的操作、監視、控制和管理，儀表和電氣所有畫面的編制需考慮高爐系統的功能需求，并參考其多年來生產和操作的特點和習慣以及制定的相關標準。具體畫面包括：

設備運轉監視畫面——監視設備運轉狀態及閥門類的開閉狀態

設備操作畫面——設備的啟停操作，閥門的開閉操作，系統的啟停操作

故障報警畫面——記錄各設備故障狀態便于故障查詢和排除

趨勢記錄畫面——記錄模擬量的趨勢變化

操作記錄畫面——記錄操作工的操作記錄

（3）操作方式

考慮到操作工的操作習慣，新增設備的操作方式與原有高爐控制系統保持一致。設備控制采用中央聯動和機旁手動兩種操作方式：

1）聯動操作方式：現場操作箱轉換開關在聯動位置，由操作人員在HMI操作。聯動操作分自動和手動兩種模式。

手動模式——在滿足聯鎖的前提下，由操作人員通過HMI畫面，手動遠程操作單體設備。

自動模式——操作人員在HMI畫面上對系統進行啟停操作，各設備根據PLC程序按照連鎖順序執行開或閉動作，出現故障，系統自動停，各設備回到安全狀態，并根據要求在主畫面或報警畫面彈出報警。

2）機旁手動操作方式：現場操作箱轉換開關在機旁位置，由操作人員在現場直接對設備進行操作，現場手動操作時各設備之間沒有電氣連鎖，該操作方式一般僅用于設備現場調試或檢修時使用。

2.3 電氣工程

（1）設備布置：本項目不新增電氣室及操作室，新增電動閥控制柜安裝在現場電動閥門附近。

（2）電氣照明

1）電源及電壓：照明系統采用380/220V三相四線制。工作照明電壓采用AC220V，移動照明電壓采用36V。電源引自就近的照明配電箱。

2）照明燈具：采用防水防塵LED投光燈，防爆區域采用防爆燈具。燈具配置燈具配置按照《建筑照明設計標準GB50034-2013》中照度要求進行。

3）電纜工程：所有電纜均選用銅芯阻燃型電纜，控制及信號電纜根據需要使用屏蔽電纜。電纜敷設以現有電纜橋架、電纜井為主，局部輔以鋼管敷設。

（3）防雷及接地

本工程為改造項目，在現有電氣室或現場增加設備，防雷及接地裝置利舊。

所有電氣設備正常不帶電的金屬外殼均可靠接地。

3自動化儀表

3.1 概述

本次改造為實現煤氣區域趕引煤氣自動操作，儀表主要設計范圍為燃氣設施相關儀表。

3.2 設計原則

（1）防爆區域設計：煤氣放散管管口區域屬于防爆2區，相關儀表設備按防爆區域要求設計。

（2）信號處理：新增儀表信號直接接入高爐控制系統，按區域接入煤氣清洗PLC和熱風爐PLC。控制系統硬件不做改造，軟件及畫面需做相應更改。

3.3 儀表選型

（1）儀表類型

溫度測量：熱電阻;

壓力測量：智能型壓力變送器;

氣體流量測量：孔板+差壓變送器;

分析儀表：CO分析儀，O2分析儀;

（2）儀表選型

本工程新增檢測儀表應盡可能與原系統所用的設備型號和功能相同， 以便維護和備品的配置。

3.4 主要儀表檢測功能

重力除塵器放散管CO、O2濃度檢測;

快速水封CO、O2濃度檢測;

熱風爐BFG水封CO、O2濃度檢測;

熱風爐COG水封CO、O2濃度檢測;

BFG水封液位檢測（已有）;

LDG水封液位檢測（已有）;

COG水封液位檢測（已有）;

熱風爐區域吹掃氮氣流量檢測;

3.5電源介質

儀表用電源為交流單相電源220V、50Hz。

本次改造所需儀表電源由現有儀表配電柜中備用回路接出。

3.6儀表接地

接地系統儀表與電氣合用，儀表接地納入統一的電氣接地網。

4結語

總之，為確保趕引煤氣作業區域及在引送和使用煤氣過程中的人員生命和設備安全，杜絕各類事故的發生，為安全順利生產創造條件，提出一鍵趕引煤氣的要求。為實現這個功能，需要對原有煤氣設施、電氣及自動化控制功能及自動化儀表進行完善和改造，并做好充足的軟硬件功能測試，制定合理的高爐煤氣引送方案，從而實現高爐趕引煤氣中控自動操作，提高生產效率，保障人員安全。

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作者介紹：

毛金玲（1981.11.29-）;女;遼寧朝陽;漢;碩士;中級職稱;工程師;冶金自動化;上海市寶信軟件股份有限公司。