電廠碼頭輸煤系統的運行邏輯關系分析

沈啟亮，楊 森

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東廣州 510230）

引言

在印度尼西亞萬丹省，由中方投資建設的兩套百萬千瓦燃煤發電機組，在卸煤碼頭至陸域廠區長達5km 的路徑上，布置了兩條輸煤生產線，各輸煤工段沿線采集相關主輔設備控制信號進入輸煤DCS 總系統實行聯動運行控制。本文主要根據各工段運行工作關系進行大聯鎖邏輯關系分析研究和設計，從而最大程度實現全線系統自動化運行和智能設備保護控制的目的。

1 輸煤系統概況

輸煤系統包括從碼頭煤船將煤料一直連續輸送到煤場或鍋爐原煤倉的整個系統，以煤場為界分為卸煤和上煤兩部分，所有帶式輸送機雙路布置，一運一備，具備同時運行條件。系統主要有碼頭卸船機、各工段皮帶輸送機、煤場斗輪機，以及皮帶秤計量、除鐵器、抑塵、采樣、清洗、篩碎等輔助系統。在各輸送工段有各種控制元件，如：溫度信號、煤流信號、速度信號、堵煤信號、跑偏開關、拉繩開關、電氣故障等。

1.1 輸煤系統運行工藝流程

圖1 輸煤系統運行工藝流程

工藝流程圖分成卸煤線和上煤線兩種運行方式。卸煤線是碼頭卸船機從煤船上抓取煤料后，通過各段皮帶機運送至后方各煤場堆存的輸送路線。上煤線是碼頭卸船機從煤船上抓取煤料后，或者用斗輪機從煤場取料后，通過輸送、三通分流轉運、篩碎處理，直至鍋爐原煤艙的輸送路線。

系統采用DCS 程控方式，逆煤流啟動，順煤流停機，系統內各主輔設備通過DCS 進行邏輯關系連鎖和保護，通過各落煤管三通分流裝置進行主備路線切換，其中煤場段C1A、C1B 皮帶機和斗輪機具備正向輸送卸煤、反向輸送上煤的功能特征，其它各段設備均為單向運行。

1.2 系統設備配置

輔助設備的布置，主要是在各工段進出料口布置干霧抑塵裝置；在碼頭段入場煤皮帶機和廠區入爐煤皮帶機上布置皮帶秤和校驗裝置進行計量和定期校驗；在平直皮帶端部區域設置刮水器用于刮除雨天積水；在各段皮帶端部設置電磁除鐵器用于去除煤流中鐵質雜物；在卸煤線和上煤線各布置有采樣裝置用于煤質取樣；在各段皮帶頭部回程帶設置清洗裝置用于清洗皮帶；在上煤末段皮帶前，設篩碎設備，以保證燃料粒度滿足鍋爐需要。

表1 輸煤系統沿線主要設備

2 輸煤系統正常啟停的邏輯關系分析

輸煤DCS 系統各工段設置聯鎖、解鎖控制鍵，各工段在設備空載運行狀態下，可用解鎖模式退出全線連鎖而分別獨立運行，不受其它工段運行狀態影響。在系統負載輸煤運行時，煤流將各工段進行工作串聯，系統各工段大聯鎖邏輯必須投入。

2.1 卸煤線系統運行邏輯關系分析

卸煤線系統主設備的啟動，應根據逆煤流啟動的原則，首先對全線設備送電并進入待啟模式，且系統無故障報警點，依次將各工段系統大聯鎖投入。

1）啟動斗輪機堆料模式空載運行，使設備達到額定帶速并穩定運行，并不自動聯鎖上游段皮帶機啟動，而由運行控制人員遠程操作下一工段啟動，以確保運行安全；

2）根據卸料路線，遠程啟動C1A 或C1B 皮帶機；如果啟動前系統未檢測到斗輪機允許卸料信號，則應自動聯鎖限制該工段皮帶機啟動，以防造成落煤管局部堆煤；

3）將落煤管三通遠程對應放置，如選擇卸煤至2#煤場，則需先遠程啟動C2A 或C2B 皮帶機，并以C1B 皮帶正常運行信號作為前置啟動允許條件；如選擇卸煤至1#煤場，則不需要C1B、C2A 或C2B 皮帶機參加運行；

4）啟動BC3 或BC4 管帶機，并以三通落料口三通置位且無堵煤信號，或C1A 或C2A 或C2B 皮帶機正常運行信號作為前置啟動允許條件，以防造成落煤管堆煤。此外，由于BC3/4 管帶機主電機是0～50 Hz 變頻驅動線性提速方式，該工段達到50 Hz時的額定帶速約需數分鐘，之后方能進行下一工段遠程啟動，以防管帶機出現非額定工況的煤料脹管和過載事故；

5）分別對應BC3 或BC4 管帶機的運行線路，選擇BC1 或BC2 皮帶機啟動，并以BC3 或BC4 管帶機的正常運行信號作為前置啟動允許條件；

6）BC1 或BC2 皮帶機穩定運行后，所選卸船機應調整確認落料三通正確對應運行皮帶，且必須收到該段皮帶允許卸料信號之后，方可啟動振動給料機卸料。根據3 000 t/h 的運能計算，每條皮帶最多只能同時滿足兩臺1 500 t/h 的卸船機滿載卸料，因此必須對卸船機的運行進行聯鎖關系設定，即最多只允許兩臺卸船機同時向同一皮帶卸料，以確保避免發生皮帶堵煤和過載事故。

2.2 上煤線系統運行邏輯關系分析

上煤線系統主設備的啟動，應根據逆煤流啟動的原則，首先選擇上煤路徑，并對沿線設備送電進入待機模式，將該路徑上各三通擋板準確置位，然后確認各工段系統聯鎖投入，且系統無故障報警點。

1）在根據原煤倉倉位情況獲得“允許卸料”信號的前置條件下，啟動C5A 或C5B 皮帶機，皮帶達速后，由控制人員遠程操作下一工段的啟動；

2）遠程啟動C4A 或C4B 皮帶機，并以C5A或C5B 皮帶正常運行信號作為前置啟動允許條件；

3）遠程啟動C3A 或C3B 皮帶機，并以C4A或C4B 皮帶正常運行信號作為前置啟動允許條件；

4）若選擇2#煤場上煤：遠程啟動C1B 皮帶機，并以C3A 或C3B 皮帶機的正常運行信號作為前置啟動條件；2#煤場斗輪機獲得“C1B 允許上料”信號，即可由司操進行取送料作業；

若選擇1#煤場上煤：先遠程對應啟動C2A 或C2B 皮帶機，并以C3A 或C3B 皮帶機的正常運行信號作為前置啟動允許條件；再啟動C1B 皮帶機，并以C2A 或C2B 皮帶機的正常運行信號作為前置啟動允許條件；隨后，1#煤場斗輪機獲得“C1A 允許上料”信號，即可進行取送料作業；

若選擇碼頭煤船直接上煤：在得到C2A 或C2B皮帶機正常運行信號前提下，確認三通置位是否正確，然后按照BC3 或BC4 管帶機→BC1 或BC2 皮帶機→卸船機的卸煤線順序依次逆煤流啟動程序，進行碼頭至原煤倉的直接上煤作業。

2.3 輸煤線輔助系統與主系統運行邏輯關系分析

皮帶秤、刮水器、除鐵器、干霧抑塵裝置、采樣裝置、皮帶清洗裝置、篩碎裝置等輔助系統設備的啟停，要從生產和安全功能上進行區別。為防止主系統受到一些非必要影響條件造成頻繁啟停而影響設備壽命和生產效率，要對生產和安全影響較小的輔助設備僅做上位機報警設置，而對可能造成較大運行事故隱患的輔助設備報警，則必須形成聯停信號納入系統大聯鎖邏輯中。

1）皮帶秤及校驗裝置，皮帶秤的運行是伴隨皮帶機的運轉而進行實時煤料稱量，皮帶秤輸出的“正常工作信號”，應納入輸煤系統啟停聯鎖條件之一，以確保計量工作不中斷。鏈碼校驗僅在非卸煤時段進行維護操作，在輸煤運行時應持續保持鏈碼“非校驗狀態”信號投入邏輯聯鎖，以免干擾輸煤作業。

2）刮水器裝置，僅作為皮帶空載運行時刮除積水所用，在輸煤系統大聯鎖卸煤運行時應保持非工作狀態的“抬犁到位”信號投入邏輯聯鎖。

3）除鐵器，為防止煤料中的鐵質雜物對皮帶的破壞性傷害，必須及時對鐵質雜物及時吸除。因此，電磁除鐵器在系統卸煤運行時，必須與對應工段皮帶機同步啟動運行，其“正常運行信號”應投入系統大聯鎖邏輯中。

4）干霧抑塵裝置，作為一套相對獨立的輔助系統，以系統的“煤流信號”作為自動噴霧的主要運行條件之一。該輔助系統的停止和故障狀態僅作為報警提示信號輸出，不對主系統運行構成聯鎖約束關系。

5）采樣裝置，其運行系統自成一體，同樣以系統的“煤流信號”作為自動采樣的主要運行條件之一。對主系統運行造成可能干擾的是“采樣頭故障信號”，故需對該信號投入系統大聯鎖邏輯關系中。

6）皮帶清洗裝置，其輔助功能主要是清洗皮帶回程上的粘附物，對皮帶運行起到改善作用，其運行狀態并不構成對主系統安全運行的影響。該裝置可以伴隨系統啟動而自動運行，而其停止或故障信號僅作為報警信號反饋至上位機，不對主系統運行構成聯鎖約束條件。

7）篩碎裝置，其系統內的振打器、滾軸篩是向下游工段和煤倉輸送合格煤粉的關鍵，因此必須保證其安全可靠的運行狀態，方可聯鎖啟動該工段皮帶運行。其它運行狀態信號可作為報警信號反饋至上位機即可。

3 輸煤系統急停保護的邏輯關系分析

系統的聯鎖急停保護，是防止設備受損或減少損傷程度的必要功能和手段，因此必須充分考慮各種工況下的急停條件，從各工段內部、主系統全線，以及各輔助設備內根據空載和重載的不同工況全方面分析其安全關聯性，最終形成一道牢固可靠的防護屏障。

3.1 輸煤主系統的急停保護關系

1）控制系統自動檢測的急停保護

任一工段內部發生過溫停機、皮帶重跑偏、皮帶重打滑、皮帶撕裂、堵煤、關鍵回路失電等信號，或該工段設定的故障急停信號等，都應在最快時間內緊急自動停止該工段運行，并聯鎖主電機制動器制動；如果是重載卸煤運行狀態，則必須聯鎖該工段的上游所有工段同步緊急停止；對于下游工段無急停條件下，一般按照清空下游皮帶余煤后正常停止模式，使生產和設備安全處于最有利條件。

2）人工急停保護

現場發生其它意外情況，由現場巡檢就地操作某一急停開關，信號輸出后系統應即時聯鎖命令該工段急停并對電機聯軸器制動；在卸煤運行狀態下，也必須聯鎖該工段的上游所有工段同步急停；

3.2 輔助系統的急停保護關系

在輸煤系統空載運行模式下，輔助系統內部的急停保護，不對主系統產生影響，僅對輔助系統自身有效，不與主系統設定聯鎖關系。

在卸煤運行模式下，皮帶鏈碼的“非校驗狀態”丟失、刮水器“抬犁到位”信號丟失、除鐵器故障或“正常運行信號”丟失、采樣裝置“采樣頭故障”，篩碎系統故障或“正常運行信號”丟失等，都必須讓所在工段急停制動并聯鎖上游工段同步急停。輔助系統本身的急停則應按照其內部控制邏輯執行。

4 結語

經過充分了解系統設備運行特性，對各種運行工況下的相互影響關系進行深入論證推斷和嚴密的系統邏輯分析，建立制定出了《輸煤順控系統功能邏輯設計說明書》，并在系統調試初始階段反復使用模擬方式進行各種工況試驗，對后臺邏輯漏洞進行了充分的完善，最后形成了如上圖的輸煤DCS主控操作畫面。

在系統投入實體運行后，經過連續半年以上的運行觀察，該套控制邏輯設計取得了圓滿成功。