焦爐集氣管壓力自控系統——解耦控制系統

董海龍

摘要:介紹了焦爐集氣管壓力自控系統——解耦控制系統的特點和工作原理。

關鍵詞:解耦 集氣管壓力 鼓風機

一、解耦控制系統的特點

原來焦爐集氣管控制系統采用PID單回路DCS控制系統,PID單回路調節手段(或手動調節)無法實現解耦。風機在設計選型時,都留有一定的余量,而在生產中,其煤氣發生量是有波動的。液力偶合器調速在自控方面的唯一缺憾就是調速靈敏度低,由于液力偶合器的“調速勺管”每移動1mm鼓風機的轉速就將變化上百轉,而傳統執行器的控制精度很難使“調速勺管”每次移動小于1mm。因此我們選用的執行器采用“數字式電動執行器”控制液力偶合器的鼓風機調速,使風機的工作真正有效的參與到集氣管的壓力調節當中。

功能簡述:該裝置是以工控機作為控制單元,以集氣管蝶閥執行器與鼓風機液力偶合器為執行機構的工業自動控制裝置。我們知道,焦爐煤氣的發生量是波動的,為了保證集氣管壓力的穩定,必須使鼓風機的輸送量與實際發生量相符。所以,必須對鼓風機進行及時調節,以保證集氣管壓力的穩定。該裝置就是通過自動調節鼓風機轉速、集氣管蝶閥開度及放散蝶閥開度,以達到穩定集氣管壓力的目的。

二、解耦控制系統的工作原理

基本工作原理:系統根據反饋集氣管壓力與設定集氣管壓力的比較結果發出控制信號,對集氣管蝶閥執行器進行控制——當集氣管壓力高于設定值(或有該趨勢)時,則增大集氣管蝶閥開度。當蝶閥開到一定程度集氣管壓力仍有高于設定壓力的趨勢時,工控機將發出升高鼓風機轉速的控制信號,以增大吸力。通過鼓風機轉速的調節,可使蝶閥角度在設定的范圍內——保證足夠的阻力分數,增加其調節的靈敏度。最終,系統將穩定在至少有一個蝶閥處于開度最大的狀態下,以盡量減小系統的阻力,即最大限度地節省電能。鼓風機轉速是根據集氣管蝶閥閥位而非機前吸力進行調節,所以避免了由于機前(氣液分離器、初冷器等)設備的阻力變化影響集氣管壓力——鼓風機真正地參與到了集氣管壓力的控制當中。

為了保證生產的安全,軟件中設置了鼓風機前吸力上限指標——當機前吸力達到我們設定的上限時,不管集氣管壓力如何,鼓風機都將逐漸減速以使機前吸力恢復安全值。因為當氣液分離器、初冷器等機前系統發生意外堵塞時,若不能及時被發現,機前吸力將迅速上升,煤氣含氧量可能會增高,這對電捕的運行是不安全的。鼓風機的轉速也有上下限限制,以確保設備安全。

三、操作要點

1.若某一集氣管壓力變送器有故障,須將該集氣管蝶閥的控制方式轉為“手動”,并將該集氣管壓力的設定值設成“0”,這樣可以保證工控機對其它集氣管的正常自動控制。

2.當故障恢復后轉回為“自動”時,一定不要忘記將該集氣管壓力的設定值恢復成正常值。

3.若集氣管壓力發生振蕩而較長時間不能穩定下來時,可將振幅較大的集氣管壓力控制方式轉為“手動”——用鼠標小范圍的修改閥位輸出值,待系統穩定后再將其轉回“自動”。

4.若鼓風機轉速較低(接近轉速下限)、機前吸力超標時,應適當開大“大循環”。

5.一旦鼓風機轉速超出“高高限——低低限”的范圍,工控機將發出語音報警,彈出“鼓風機控制”界面,并同時將該鼓風機的控制方式轉為“手動”。

6.若因變送器故障或停電而使被控參數顯示異常時,要及時將各控制選項轉為“手動”。

7.在“鼓風機控制”界面內,根據鼓風機的實際情況,正確設置鼓風機狀態——界面上顯示的鼓風機狀態(運行或停止)要與該鼓風機的實際狀態相符。

8.當遇有停電時,要在UPS停止供電前將控制方式轉到 DCS 或“手動”控制,然后按停機操作步驟停工控機——工控機絕不許非法關機。

下圖為量程等參數的修改畫面:

四、安全注意事項

1.正常情況下不能關閉工控機或退出“焦爐集氣管壓力自動控制系統”程序。若需要關機,要按正確的關機程序進行操作,絕不許“非法關機”或“硬重啟”——按RESET鍵。

2.為保證生產的安全與穩定,需要在停工控機前將各蝶閥的控制開關搬至“儀表”位置;鼓風機轉速的控制操作器也要轉為“手動”控制。此時若需要“手動”調節鼓風機轉速時,首先需要將該操作器的功能轉為“手動”(以免恢復供電后自動動作而傷人);還要將該電動執行器電機端部的“手動/電動”調節輪向“手動”方向旋開(以松開“剎車”);然后拉出手柄就可搖動執行器了。當恢復“自動”后,要將“手動/電動”調節輪向“電動”方向旋緊(讓“剎車”恢復工作,以避免發生振蕩)。

3.“機前吸力低低限”是為保證系統安全而設的——當機前吸力(絕對值)超過我們設定的低低限時,鼓風機將自動減速(不管集氣管壓力的高低),所以,我們要在保證系統安全的前提下,盡量將該值設的高些,以保證有足夠的調節余量(機前吸力超過其低限時鼓風機即不再自動加速);當機前吸力(絕對值)小于其“高限”時,鼓風機將快速加速。

4.一旦鼓風機轉速超出“高高限——低低限”的范圍,工控機將報警,彈出“鼓風機控制”界面,并同時將該鼓風機的控制方式轉為“手動”。此時,若將其轉回“自動”,鼓風機將連續調速(不管集氣管壓力的高低與機前吸力的大小),直到其離開臨界轉速。所以,當有該報警發生時,要求操作者要及時、正確地處理:若確是鼓風機的轉速超出了臨界轉速,要馬上“手動”調回到安全轉速,同時用“大循環”配合,以保證機前吸力不超標和焦爐集氣管壓力的穩定;若是轉速儀信號有誤,要在故障排除后及時將其轉回“自動”,以實現鼓風機轉速的自動調節——保證焦爐集氣管壓力的穩定(鼓風機轉速高于“高限”就不再自動加速;鼓風機轉速低于“低限”就不再自動減速)。

五、結論

目前,解耦控制系統在我公司正常投入使用7個多月,運行狀況良好,效果非常明顯。有效保證了公司安全生產,提高了公司自動化水平,改善了環境污染。

(作者單位:唐山中潤煤化工有限公司計控部)