煤粉過(guò)濾器反吹控制系統(tǒng)升級(jí)改造

王常凱

（河南中原大化集團(tuán)儀表工程公司，河南濮陽(yáng) 457004）

0 引 言

河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司500kt／a甲醇項(xiàng)目，其煤氣化裝置采用殼牌（Shell）干煤粉加壓氣化工藝。其中，氣化裝置煤粉袋式過(guò)濾器S1103A／B、S1201A／B，為磨煤及輸送單元重要設(shè)備。S1103A／B、S1201A／B中任何一臺(tái)出現(xiàn)問(wèn)題，將造成氣化煤粉輸送單元單系列運(yùn)行，氣化爐負(fù)荷減半，帶來(lái)非常大的經(jīng)濟(jì)損失。其煤粉反吹控制系統(tǒng)，均為西門(mén)子S7－300系統(tǒng)獨(dú)立控制，其處理器為單卡，不符合現(xiàn)代自動(dòng)化控制的安全要求，另外，沒(méi)有通信卡，監(jiān)控操作必須到現(xiàn)場(chǎng)操作，十分不便；并且其控制方案有不是很完善的地方，存在一定的安全隱患。公司決定在2012年年度大修中對(duì)S1103A／B、S1201A／B進(jìn)行升級(jí)改造。

S1103A／B、S1201A／B反吹控制系統(tǒng)由S7－300PLC系統(tǒng)升級(jí)為S7－400PLC冗余系統(tǒng)，并把現(xiàn)場(chǎng)S7－300PLC控制盤(pán)指示的二次表顯示引入DCS顯示；在利用原有控制柜中信號(hào)線的基礎(chǔ)上，優(yōu)化I／O點(diǎn)，僅對(duì)PLC進(jìn)行冗余改造，既節(jié)省投資，又可以節(jié)約施工周期。

1 工藝簡(jiǎn)介

殼牌煤氣化工藝的給煤系統(tǒng)采用干粉加壓給料法。中原大化采用2套磨煤系統(tǒng)對(duì)應(yīng)2套輸送系統(tǒng)進(jìn)行煤粉的加壓輸送，每套系統(tǒng)向氣化爐的兩個(gè)對(duì)置的煤燒嘴供煤。煤粉過(guò)濾器位于煤粉鎖斗上部，對(duì)輸送合格煤粉起著非常重要的作用。

以煤粉袋式過(guò)濾器S1103A／B為例，其技術(shù)參數(shù)及工作原理簡(jiǎn)介如下。

1.1 S1103A／B技術(shù)參數(shù)（表1）

1.2 工作原理

（1）工作工況

含塵氣體從灰斗進(jìn)入裝有濾袋的過(guò)濾室，粉塵被阻留在濾袋外面，干凈氣體則透過(guò)濾袋，并經(jīng)凈氣室、排風(fēng)管、風(fēng)機(jī)和排氣筒排入大氣中。

（2）清灰工況

當(dāng)濾袋外壁的粉塵層逐漸增厚，除塵器阻力隨之增高，在達(dá)到設(shè)定的壓力值或清灰時(shí)間后，即逐漸輪流進(jìn)行脈沖噴吹清灰。清灰開(kāi)始時(shí)，電磁控制閥打開(kāi)脈沖閥，噴吹管便與氣包相通，壓縮空氣（p＝0.15～0.25MPa）經(jīng)噴吹口噴向?yàn)V袋，在噴吹的瞬間（0.065～0.085s），高速的壓縮空氣流在其周?chē)a(chǎn)生負(fù)壓，形成引射作用，又可從周?chē)爰s5～7倍于壓縮空氣的氣體，壓縮空氣和引射氣流一道射入濾袋內(nèi)部；由于噴射時(shí)濾袋發(fā)生全面抖動(dòng)和由里向外的反吹氣流的作用，便可有效地清除掉附著、堆積在濾袋外表的粉塵（掉入灰斗中），如此完成全部濾袋的清灰過(guò)程。清灰完畢后，恢復(fù)正常過(guò)濾狀態(tài)，進(jìn)入運(yùn)行周期。落入灰斗的粉塵由空氣斜槽排放。

表1 S1103A／B技術(shù)參數(shù)

2 反吹控制系統(tǒng)的升級(jí)改造

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖1）

據(jù)給煤系統(tǒng)工藝要求，在原S7－300系列PLC的基礎(chǔ)上，將控制系統(tǒng)升級(jí)改造為S7－400系列PLC，并與DCS系統(tǒng)結(jié)合，按分散控制、集中管理的原則對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)控及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.2 總體改造思路

（1）增加一面控制柜，用于安裝S7－400CPU安裝導(dǎo)軌。并在其上安裝電源模塊PS407、S7－400冗余CPU，及配套同步模塊和通信模塊CP。

（2）采用西門(mén)子分布式PROFIBUS－DP冗余通信方式，將原四套粉煤反吹系統(tǒng)S1103A／B、S1201A／B整合為一套冗余控制系統(tǒng)，通過(guò)接口模塊IM153－2與CPU通信。

（3）在原S1103A／B系統(tǒng)上分別增加3塊16點(diǎn)DO數(shù)字量輸出模塊，原S1201A／B系統(tǒng)上分別增加1塊16點(diǎn)DO數(shù)字量輸出模塊。并相應(yīng)完善控制方案，將各倉(cāng)室脈沖閥分開(kāi)激勵(lì)。

（4）完善控制柜內(nèi)控制回路，增加中間繼電器及配套底座和安裝導(dǎo)軌。增加端子排，并完善接線。系統(tǒng)預(yù)留工程師維護(hù)編程接口，實(shí)現(xiàn)操作人員在主控室即可進(jìn)行管理、調(diào)試和監(jiān)控。

2.3 編程設(shè)計(jì)

以S1103A為例進(jìn)行介紹。S7－400PLC在S1103A控制系統(tǒng)中所實(shí)現(xiàn)的功能：80臺(tái)反吹閥（A1～A80）實(shí)現(xiàn)了順序啟動(dòng)，每個(gè)閥門(mén)觸發(fā)時(shí)間200ms，閥門(mén)之間動(dòng)作間隔為5s、8s、10s三種動(dòng)作頻率可選擇（如圖2），啟動(dòng)PLC現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)與DCS遠(yuǎn)程啟動(dòng)可選擇，監(jiān)控點(diǎn)（溫度、壓差、壓力、開(kāi)關(guān)等）全部以現(xiàn)場(chǎng)總線方式引入DCS控制系統(tǒng)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)各倉(cāng)室脈沖閥分開(kāi)激勵(lì)。

圖2 脈沖閥自動(dòng)運(yùn)行程序流程

3 結(jié) 語(yǔ)

西門(mén)子S7－400H冗余系統(tǒng)較之原S7－300系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)冗余控制，在安全和處理速度上均有質(zhì)的飛躍。通過(guò)接口模塊，可以實(shí)現(xiàn)與原4套系統(tǒng)的無(wú)縫連接；通過(guò)安裝通信模塊，主控可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和操作。同時(shí)，對(duì)原系統(tǒng)中的隱患進(jìn)行整改，增加模塊、繼電器和端子排，徹底消除影響生產(chǎn)穩(wěn)定的不安全因素。S7－400H系統(tǒng)具備很高的可用性，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：

·控制器發(fā)生故障后再啟動(dòng)的費(fèi)用十分昂貴的場(chǎng)合（一般為過(guò)程控制工業(yè)），如發(fā)生停機(jī)，將會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失；

·過(guò)程控制中包含有貴重的材料；

·無(wú)人管理的應(yīng)用場(chǎng)合；

·需減少維護(hù)人員的場(chǎng)合。

自動(dòng)化控制領(lǐng)域中，有容錯(cuò)功能和高可靠性的自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越多。如氣化煤粉反吹系統(tǒng)，系統(tǒng)停機(jī)將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在這種情況下，只有冗余系統(tǒng)才能滿足高可靠性的要求。高可靠性的SIMATIC S7－400H能充分滿足這些要求。它能連續(xù)運(yùn)行，即使控制器的某些部件（一個(gè)或幾個(gè)）出現(xiàn)故障而失效也不受影響。