可編程控制器在干熄焦循環氣體取樣裝置吹掃的應用

安耀棟

（河鋼唐鋼信息自動化部，河北唐山 063000）

0 引言

在焦化行業生產中，例如干熄焦生產線，焦炭的顯熱借助于循環氣體（主要成分是N2）回收并可用于生產水蒸汽。每噸紅焦可產生400 kg 蒸汽（溫度約450 ℃、壓力4 MPa）。1000 ℃左右成熟的紅焦從干熄爐頂部的裝入裝置裝入，130 ℃左右的低溫惰性循環氣體由循環風機鼓入干熄爐冷卻段紅焦層內，氣體吸收紅焦顯熱，并將紅焦冷卻至低于200 ℃后從干熄爐底部排出。從干熄爐環形煙道出來的高溫惰性氣體流經干熄焦鍋爐進行熱交換，鍋爐產生蒸汽。冷卻后的惰性氣體由循環風機重新鼓入干熄爐，惰性氣體在封閉的系統內循環使用。干熄焦生產線上的惰性循環氣體主要由N2、CO2、CO、H2和O2等組成，還有不到1%的其他氣體。本文介紹的使用工業用儀表氮氣全自動反吹疏通氣體取樣采集裝置的方法，適用于管道通徑為DN5.5～DN20的易燃易爆氣體過濾布袋取樣裝置的吹掃和疏通。目前，已在唐鋼美錦干熄焦生產線成功應用。

1 唐鋼美錦干熄焦工藝簡介

焦化行業的干熄焦生產線連續生產過程中，焦爐推焦車推出的高溫焦炭（1000 ℃）經攔焦車接入焦罐中，然后經焦罐運送電機車、提升機和裝入裝置等將高溫焦炭裝入干熄爐。高溫焦炭在干熄爐頂存留約1.5 h 后，進入冷卻段，與低溫的惰性循環氣體（主要成分為N2）逆流換熱。高溫焦炭被冷卻至200 ℃以下，經排焦裝置輸送至篩焦樓。在篩焦樓內完成對焦炭的分級工作，焦炭的分級工作是為了適應不同用戶對焦炭塊度的要求，塊度大于60～80 mm 的焦炭可供鑄造使用，40～60 mm 的焦炭供大型高爐使用，25～40 mm 的焦炭供高爐和耐火材料廠豎窯使用，10～25 mm 的焦炭用作燒結機或供小高爐、發生爐使用，小于10 mm 的焦炭供燒結礦石使用。在干熄爐內換熱后的循環氣體被加熱至650 ℃，經斜道、下環道、上環道、一次除塵進入余熱鍋爐，與水進行熱交換，產生熱蒸汽。被冷卻的循環氣體經二次除塵后再經循環風機作用，進入干熄爐循環使用。唐鋼美錦干熄焦工藝流程如圖1 所示。

圖1 唐鋼美錦干熄焦工藝流程

2 循環氣體成分控制的必要性

循環氣體組分中主要控制的是CO2、CO、H2、O2。其中，CO、H2、O2在合理范圍內是允許的，CO 組分控制在小于6%，H2組分控制在小于3%，O2組分控制在小于3%。若生產過程中這些組分超出控制允許范圍，會給干熄焦連續輸出帶來影響。干熄焦工藝生產中可通過判斷組分氣體的含量，及時監測生產系統的運行穩定情況。若負壓段泄漏，則O2含量將升高，導致生產能力下降；若循環氣體中可燃組分氣體成分升高，則表明焦炭成熟度差；干熄爐內循環氣體組分的變化表征干熄爐的處理量是否降低；若循環氣體內H2含量升高，則反映鍋爐存在爆管的安全可能性變大；預存室壓力調節閥及放散閥的開度，同樣影響循環氣體中可燃氣體的組分。綜上所述，生產工藝要實現對循環氣體組分中CO2、CO、H2、O2的準確監測，關鍵是自動化儀表設備系統必須采取一套實時可行的氣體取樣分析裝置，才能滿足生產線的高效穩定運行。

3 干熄焦生產中循環氣體取樣裝置現狀

在焦化行業生產中，例如干熄焦生產過程，設計施工人員通常將被測氣體經過取樣裝置引至分析儀表進行測量。由于生產線工藝條件粉塵濃度大或者其他原因，這些取樣裝置（或過濾布袋）、導管、閥門和取樣口的通道部分易被堵塞，導致測量不正常或者不能取樣，無法對循環氣體組分CO2、CO、H2、O2進行實時測量。為了保障數據可以實時準確測量，不影響生產線高效穩定運行，自動化儀表技術人員要快速響應，及時到現場排除故障。技術人員到現場后要依次拆除裝置的取樣部件，查找堵塞點，然后使用敲振、升溫、沖吹等方法清除堵塞物。特殊情況下，他們還要冒險進入有毒有害的工藝設備現場，或者進行高空危險性作業，有時還必須對工藝設備、保溫設施進行破壞性維修。顯然，這些方法不但中斷了連續生產，又存在安全風險，改進勢在必行。

4 方案分析

首先，分析介質取樣裝置及配套閥門現狀，估算出疏通用氮氣的上限壓力，針對性地制定相應疏通方案。然后，準備一套能提供壓力氮氣的供氣來源，包括一套氮氣儲氣罐（帶壓力指示的減壓器），氣源由工業用儀表氮氣提供。準備工作完成后，關閉儀表截止閥，吹掃閥門保持全部開啟；將疏通系統氮氣的出口通過匹配的過程接頭與吹掃閥門的進氣口相連，檢查并確保安全、牢固、可靠；手動開啟/關閉吹掃閥門，緩緩打開/關閉吹掃閥門，記錄閥門的開度，注意聽過濾布袋的響聲。當聽到氣體流過且無明顯阻力時，說明過濾布袋已經干凈。記錄吹掃閥門開度、吹掃時間和吹掃用氮氣的壓力。通過多次手動取得的數據，在自動吹掃控制系統里標定吹掃時序和吹掃時間。

本文控制部分采用可編程控制器，控制系統硬件部分依托施耐德昆騰67160 系列可編程控制器，軟件部分依托UNITY XL6.0 PLC 可編程軟件。依據科學、準確的邏輯控制功能，實現控制現場設備的合理啟停。程序段如圖2 和圖3 所示，本應用中的分析儀取樣裝置如圖4 所示。

圖2 設備合理啟停程序

圖3 基于UNITY XL6.0 PLC 可編程軟件實現的程序段

圖4 本應用中的分析儀取樣裝置

5 應用效果

本文介紹的采用工業用儀表氮氣反吹疏通氣體取樣裝置的方法，能夠安全、輕松地清除堵物，達到清理過濾布袋的目的。方法簡單，無需人工參與，可以實現全自動，無需破壞原取樣系統或者工藝設備，經濟實用。避免了高壓力氣體危險性作業，使用工業用氮氣作為吹掃載體，成本低、安全可靠。已經應用于通徑DN5.5～DN20 的易燃易爆氣體過濾布袋取樣裝置的吹掃和疏通，效果顯著，有效減少了自動化技術人員維護循環氣體取樣裝置的工作量。