高爐風機撥風保安系統在重鋼的應用

沈勇革,黃龍強,孫 紅

熱電

高爐風機撥風保安系統在重鋼的應用

沈勇革,黃龍強,孫 紅

(重慶鋼鐵股份有限公司,重慶401220)

為保證重鋼新區保證高爐安全穩定生產，防止風機斷風事故發生，對高爐風機撥風保安系統進行了一系列研究，在原系統上采取了一些改進措施，取得了顯著效果，提高了撥風系統安全運行的可靠性。

高爐風機；撥風；保安

1 引言

鋼鐵聯合企業中，煉鐵是最關鍵的工藝，具有連續性生產的特點；煉鐵是向高爐內部鼓風，讓有一定壓力和流量的空氣托起礦石和焦炭，進行高溫化學反應；高爐風機因故斷風后，會引起高爐設備損壞，恢復時間長。根據送風管口灌渣鐵的程度，高爐要恢復生產需要10~20 h；恢復到正常狀態一般需要3~ 7 d，嚴重時需要半個月；灌渣事故將嚴重影響高爐乃至整個鋼鐵企業的生產經營，直接和間接損失巨大，所以必須為高爐配置高可靠性的供風設備，保證高爐供風系統安全可靠運行。為了避免高爐在供風系統突發故障時發生的突然斷風，致使高爐發生“坐料”及“風口灌渣”重大事故，還必須配備可靠的安全冗余保障措施，即高爐風機撥風保安系統，實現各套鼓風機組之間在緊急情況下的撥風互保系統，實現對高爐的不間斷供風。本文重點敘述高爐風機撥風保安系統在重鋼新區的應用及如何提高撥風系統的可靠性。

2 高爐風機撥風保安系統建設的基本情況

重鋼新區能控中心1#、2#、3#、4#電動風機是分別為股份公司1#高爐、2#高爐、3#高爐配套的工業風供給設備。電動風機配套為大型同步電動機，對電網可靠性和電能質量要求很高，受電網供電可靠性及風機系統自身可靠性的影響，單臺風機很難做到不出現故障停機事故。如果運行的風機因故停機“斷風”后，將造成高爐風口灌渣的嚴重事故，給高爐造成重大損失。因此，高爐生產對高爐風機提出了高可靠性供風的技術要求，重鋼新區在建設時就采用了當今先進的高爐風機撥風保安技術，并與高爐同步建設投運。

重鋼新區高爐風機撥風系統是由中冶賽迪設計和設備成套，程序設計是由上海德左編制的，2011年投運以來，由于在工藝、控制、電氣設計上存在一些缺陷，設備存在一些隱患，致使2011年發生的幾次撥風動作都不成功，給公司生產帶來較大影響。針對存在的問題，相關技術人員對撥風系統存在的缺陷和隱患進行了全面的分析和清理，對工藝、電氣、控制系統在提高可靠性上進行了一系列的研究和改進，使撥風系統的可靠性得到大幅度的提高，在2012年和2013年的數次風機故障斷風時，撥風系統都可靠動作，對高爐安全穩定生產發揮了重要作用。

3 高爐風機撥風保安系統工藝簡介

3.1 撥風系統組成

撥風系統組成：撥風保安系統由以下主要部分組成：3組撥風管道、6個電動隔離閥及三個電動撥風閥。現場檢測儀表、PLC控制系統及上位機操作站。工藝流程圖見圖1。

圖1 重鋼新區高爐電動風機撥風保安系統工藝流程圖

撥風閥動作時間是10 s，保證快速撥風。壓力變送器采用三點檢測，確保壓力值的準確可靠。開關量：高爐休風信號、風機安全運行、送風閥狀態、防逆流閥狀態、電機跳閘等信號。

3.2 撥風條件

(1)主電機跳閘信號；

(2)放風閥全開或風機安全運行信號；

(3)止回閥全關信號；

(4)正常風管高爐送風壓力（大于0.22 MPa），故障風管壓力（低于0.22 MPa）。

3.3 控制原理

(1)高爐撥風保安系統：當一臺運行的風機發生故障供風中斷后，立即由另一臺正常運行風機向故障風機所對應供風管道調撥一定量的工業風，來防止故障風機所供高爐風口灌渣事故發生，同時又要保證風機正常供風的高爐不受影響。

(2)動作過程：當高爐均正常生產時，對應的電機運行狀態、止回閥、送風閥均開啟。當高爐風機故障時，其對應止回閥都將關閉，送風總管流量減少、壓力降低，自動控制裝置按照程序設定進行邏輯分析判斷。當滿足撥風條件：安全運行、電機跳閘、止回閥關閉信號PLC系統收到，正常風管高爐送風壓力（大于0.22 MPa），故障風管壓力（低于0.22 MPa），PLC系統發出控制撥風的信號，撥風閥快速打開（時間10 s內），保證故障風機對應高爐不發生灌渣現象。

(3)待事故高爐渣鐵出完后，解除撥風系統連鎖信號，根據鼓風機風壓及被撥風高爐的工況，緩慢關閉撥風閥，撥風系統退出完成。以后根據高爐需要并投入連鎖信號，使撥風系統處于準備撥風狀態。

3.4 撥風控制順序

PLC可以按事先設定的程序實現控制。在3座高爐同時運行時，為了防止兩臺正常風機同時向事故風機撥風，設定了1#、2#、3#撥風管的動作優先級：2#風管撥1#風管（1#撥風閥動作）,3#風管撥2#風管（2#撥風閥動作）,1#風管撥3#風管（3#撥風閥動作）；假設1，2，3號風機運行，對應給1，2，3號風管送風。1對1，2對2，3對3。

1，2號風管之間為1#撥風閥，2，3號風管為2#撥風閥，1，3號風管道為3#撥風閥；如果在運行過程中，1#風機重故障停止，1#風管壓力小于0.22 MPa, 2#風管道壓力高與0.22 MPa,則1#撥風閥開,2#管道為1#管道撥風,如果2#管道壓力小于0.22 MPa,3#管道高于0.22 MPa,則3#撥風閥開,3#管道為1#管道撥風。

3.5 控制邏輯

撥風保安系統控制邏輯設計圖（以1#撥風調節閥控制為例）見圖2。

圖2 撥風保安系統控制邏輯設計圖

4 高爐風機撥風保安系統運行狀況及存在問題

因檢測設備故障、通訊故障、控制系統異常、撥風閥操作電源異常、控制參數設置不合理等原因，都將造成高爐風機撥風保安系統撥風動作失敗，經過實際運行，發現存在如下問題：

4.1 控制系統設計不完善問題

撥風系統采集的1#、2#、3#風機運行信號是通過通訊方式傳送的，一旦通訊出現問題，撥風將不能可靠實現；撥風控制系統只有一套上位機，一旦死機，撥風系統將無法正常操作。

4.2 壓力檢測的可靠性問題

如撥風壓力檢測是關鍵信號，原設計只有一個壓力檢測信號，由于檢測裝置的可靠性不高，影響撥風條件的判斷；

4.3 撥風系統單電源供電問題

高爐鼓風機站原設計系統為單電源供電，一旦發生對應供電系統停電事故，將造成電動撥風閥無操作電源，不能實現撥風功能；

4.4 撥風閥電源質量問題

撥風閥設計是電動閥，撥風操作要求在事故發生后很短時間內完成，所以對其操作電源的電能質量要求高，但高爐風機停機事故往往是由于電網事故引發，事故狀態下其電能質量很難保證對操作撥風閥的要求。

4.5 撥風閥的行程開關問題

由于止回閥行程開關安裝不合理，造成動作不準確，致使幾次撥風不成功；

4.6 撥風壓力參數的確定

撥風壓力參數的確定是撥風條件滿足的關鍵參數之一，關系到確保故障風機對應高爐不堵風口及非故障風機對應高爐的安全運行。

5 技術研究與改進

5.1 PLC控制系統改進

3臺風機與撥風系統是獨立的4套PLC控制系統，信號采集采用的是通訊方式，為了提高信號傳輸的可靠性，重新敷設通訊光纖，采用環網方式組網，避免信號采集的中斷；為了防止一臺計算機死機，撥風系統將無法操作，增加一個冗余的操作站，保證控制系統的可靠性。

5.2 壓力檢測信號的整改

在三個送風管道上各增加了2個壓力檢測遠傳信號，壓力信號采用三選二邏輯方式，提高壓力信號可靠性。

5.3 電源系統的改造

高爐鼓風機站撥風系統原設計為單電源供電，一旦本站對應母線發生停電事故，將造成電動撥風閥無操作電源，不能實現撥風功能，為此對電源系統進行了優化整改，由單電源供電改為雙路電源供電。

5.4 增設電源

為了確保在事故狀態下撥風閥的可靠供電，增設了一臺容量為15kVA的EPS電源，當市電正常時撥風閥由市電供電，一旦市電失電或系統發生大幅度電壓跌落時，EPS將在2~4 ms內提供逆變電源；同時為PLC控制系統和儀表系統增設了一臺UPS電源，保證了撥風閥和撥風PLC控制系統的供電可靠性。

5.5 對止回閥行程開關的改進，增加了雙行程開關

由于止回閥行程開關安裝的原因，造成幾次撥風不成功。主要原因是止回閥安裝不合理，當止回閥在關閥過程中，由于重錘的作用力度較大，導致行程開關位置傾斜，接點未閉合，信號未發出。經過多次的研究與分析，進行了改造：準確測量行程開關的動作范圍，調整了行程開關的安裝位置，制作了專門固定行程開關的支架，并在重錘轉動的圓盤上加裝了一個圓弧面，當與行程開關接觸時，不會造成行程開關損壞或傾斜；在設計安裝行程開關90毅的位置，新加裝一個同樣的行程開關，接線并聯，組成或門邏輯，其中任何一個開關動作，均能發出止回閥到位信號。

5.6 撥風參數壓力的確定

利用高爐修風時間，在不影響高爐生產情況下，多方配合，對撥風條件的重要參數風機出口壓力進行多次試驗，將原設計的小于或等于0.15 MPa動作條件修改為小于0.22 MPa，達到了防止故障風機所供高爐風口不發生灌渣事故，且正常供風的高爐不發生爐況急劇變化而休風運行的目標。

5.7 控制邏輯的確定及撥風順序的實驗

目前鼓風機站電動風機是三用一備，分別對應三座高爐。為了實現：“二撥一”控制的可靠性。確定了撥風控制邏輯，撥風控制順序（避免2個送風管道同時向一臺故障風機對應的送風管道撥風，影響正常高爐的運行）。做了撥風順序的實驗：2#風管撥1#風管、3#風管撥2#風管、1#風管撥3#風管。

5.8 撥風條件的反復確認

撥風成功與否，撥風條件的確定至關重要。經過項目組反復開會討論，確定了撥風條件：主電機跳閘信號到；放風閥全開或風機安全運行信號到；止回閥全關信號到；正常風管高爐送風壓力大于0.22 MPa，故障風管壓力低于0.22 MPa。滿足這些條件，就開始撥風。

5.9 系統設置重要參數的歷史趨勢記錄，便于動作后分析判斷

在撥風系統增加撥風閥閥位開度信號、出口壓力（新增2點）等歷史趨勢；還增加了風機運行狀態信號記錄，對每次撥風動作過程進行跟蹤記錄，有利于對每次動作過程進行分析評價。

6 應用效果

6.1 重鋼新區高爐風機撥風控制系統從2010年投入試運行，由于在工藝、控制、電氣設計上存在一些缺陷，設備存在一些隱患，致使2011年發生的幾次撥風動作都不成功，給公司生產帶來較大影響。

6.2 經過研究和改進后，系統運行穩定可靠，在2012年內撥風5次，2013年內撥風4次，成功率均達到100%，實現了對高爐高可靠的撥風保安功能。

The Application of Air Dispense Protection System for Blast Furnace Blower in Chongqing Steel

Shen Yongge,Huang Longqiang,Shun Hong
(Chongqing Iron and Steel Co.,Ltd.,Chongqing 401220,China)

To ensure stable production of the blast furnace and prevent the occurrence of wind supply failure of the blower,the air dispensation protection system of blast furnace was studied and some improvement measures were taken to modify the original system,which achieved significant effect and improved the operation reliability of the air dispensation sys原tem.

BF blower;air dispensation;protection

TH44

B

1006-6764（2014）10-0033-05

2014-06-10

沈勇革（1963-），男，大學本科學歷，高級工程師，現從事能源技術管理工作。