焙燒爐燃燒站中泄漏控制檢測

孟 靜 ，趙彥如

（1.河南理工大學機械與動力工程學院，河南 焦作454000；2.中鋁中州鋁業有限公司，河南 焦作454174）

氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產工藝中最后一道工序，焙燒的目的是在1000℃左右的高溫下把氫氧化鋁的附著水和結晶水脫除，從而生產出符合電解要求和其他用途的氧化鋁[1]。在國外，美國多數采用的是流態化閃速焙燒爐，德國采用的是循環流態焙燒爐，國內氧化鋁企業包括中國鋁業、山東信發等大多數采用的是丹麥的氣體懸浮焙燒爐，氣體懸浮爐采用了在干燥段設計安裝干燥加熱燃燒站，當供料氫氧化鋁附水含量增加時，只需啟動干燥熱發生站來增加干燥段的熱量，從而避免了廢氣量大增而大量熱能損失，同時采用多段燃燒站的控制方式，將固體顆粒與熱氣流直接混合接觸并均勻分布于其中，強化了傳質、傳熱的過程，其熱效利用率可達80%[2]。本文詳細介紹了焙燒爐燃燒站的構成、工作原理、安全及連鎖控制的使用和測試結果。通過合理的配置燃燒站和控制燃燒站的運行，防止煤氣泄漏，達到使焙燒爐安全穩定運行的目的。

1 泄漏檢測系統的構成和工作原理

氣體懸浮焙燒爐采用的燃氣絕大部分是熱值較高的焦爐煤氣或者天然氣，因此用氣的安全條件較為嚴格，同時燃燒站配套設備的泄漏檢測也必須細化[3]。為了實現泄漏控制程序，一般采用三套氣動開關閥（分別為放散閥V05、安全閥V03和切斷閥V04），并配合兩個壓力開關（46B1和46B2）以及泄漏控制器LDU11來分別檢測三套閥門之間的泄漏情況（LDU11為SIEMENS公司生產的專門用于氣體泄漏檢測的機械裝置）。

泄漏控制系統中的控制閥門和各種變送器均采用防爆型，主要是在系統啟動時測試V04、V03、V05閥門是否泄漏，是整個燃燒站的核心部分。快關閥V04、V03、V05是否泄漏，關系到燃燒站設備和運行人員的安全。因此，在燃燒站運行前，首先必須對其進行泄漏檢測。

從圖1中可以看出，燃氣由右側首先通過V02閥，進入管道，燃燒站點起時V02閥一般開至20%左右即可，待燃燒站完全點燃，焙燒爐穩定燃燒后，V02閥交由主控控制，操作工根據工藝實際情況進行V02閥的調節，以控制進入爐膛內的燃氣量。煤氣進入爐體內之前，必須要進行泄漏控制檢測，檢漏測試前必須確認安裝在爐體之前的兩道安全截止閥即V03安全閥和V04切斷閥無泄漏。煤氣安全檢漏在點火前一次完成，點火前只有V05放散閥為打開狀態，其他閥均為關閉狀態[4]。

圖1 泄漏控制檢測示意圖

煤氣從V02閥進入后，開始充滿V03閥的前側，此時V03閥為關閉狀態，V05放散閥為打開狀態，此時V04閥亦為關閉狀態。這樣在V03閥至V04閥這一段，即形成泄漏控制檢測管道段，用以檢測煤氣是否在這兩個安全截止閥門處有泄漏，從而在燃燒站點起之前，為焙燒爐的安全穩定運行提供保障。

1.1 泄漏控制檢測相關配置

進行泄漏控制檢測，是整個燃燒站系統的安全中心。不僅僅要使用三套氣動開關閥，實現對閥門V03、V04、V05的泄漏控制檢測，還要有配套的高低壓力開關，即46B1高壓壓力開關和46B2低壓壓力開關，在配合LDU11泄漏控制器使用的時候，能夠有效地幫助進行對V03安全閥和V04切斷閥的泄漏檢測。

LDU11泄漏控制器機械裝置的運轉，還牽涉到8個隔離繼電器（包含輸入及輸出），分別為：高低壓力開關信號隔離46K1/46K2；LDU11控制信號隔離166K2；復位信號隔離166K3；泄漏釋放信號隔離45K2；泄漏報警信號隔離45K1；V03/V05閥門控制信號隔離45K4/45K3[5]。

1.2 一次設備控制模式和配置

1.2.1 高、低壓壓力開關

46B1高壓壓力開關現場的接線端子有三個，分別為：1、2、3.進PLC的線是1和3即常閉觸點，分別進PLC柜內的X3端子排的21和20端子，用于觸發46K1繼電器，正常時失電吸合，繼而進入泄漏控制器程序控制當中，用以在泄漏控制檢測中進行判斷46K1繼電器是否動作，高壓壓力開關是否觸發[6]。

46B2低壓壓力開關現場的接線端子有三個，分別為：1、2、3.進PLC的線是2和3即常開觸點，分別進PLC柜內的X3端子排的23和22端子，用于觸發46K2繼電器，正常時失電斷開，繼而進入泄漏控制器程序控制當中，用以在泄漏控制檢測中進行判斷46K2繼電器是否動作，低壓壓力開關是否觸發。1.2.2 V03、V04閥限位開關在PLC上的燈指示

V03、V04閥采用限位開關向控制系統傳送信號，使用直流檔測量電壓值，接近時為8.32DCV，遠離時為4.37DCV.

經過隔離以后的限位信號送至PLC的DI模塊，接通時為0DCV，斷開時為24DCV，同時對應的DI指示燈亮。V03閥接近開關限位進PLC柜內后，進145N2隔離器，PLC上通道指示為E1.2（開CH1）和E1.3（關CH2）；V04閥接近開關限位進PLC柜內后，進145N3隔離器，PLC上通道指示為E1.4（開CH1）和E1.5（關CH2），如圖2所示。

圖2 V03、V04閥在PLC上的限位指示圖

2 結合泄漏控制原理圖、時序圖實現檢漏過程

2.1 泄漏控制原理圖

泄漏控制器的工作原理如圖3所示，當燃燒站走至第八步需要進行泄漏檢測時，由PLC程序發出命令控制166K2繼電器得電吸合，同時在燃氣壓力開關43K、助燃風壓力開關43K4以及壓縮風壓力開關43K6均得電吸合的情況下，即當前燃氣量、助燃風量、壓縮風量均達到壓力開關的低限值后，泄漏控制器LDU11開始工作[7]。

圖3 泄漏控制原理圖

而在泄漏控制進行的過程當中，一旦有報警，就會觸發45K1繼電器，此時泄漏控制器終止程序運行，燃燒站點起失敗，需要按下166K3復位按鈕，使泄漏控制器回至初始狀態，重新進行下一輪的泄漏控制檢測。而泄漏控制檢測一旦通過，則會通過45K2繼電器觸發進行泄漏控制結束的一個釋放動作，告知PLC泄漏控制檢測已經完全結束，可以讓燃燒站進行下一個步驟[8]。

而具體是如何對V03閥和V04閥進行泄漏控制檢測的，還要結合時序圖來分析。

2.2 時序圖

圖4為泄漏控制器的時序圖。從圖中可以看出，在機械式的LDU11從開始運轉到最后燃氣泄漏控制檢測結束期間，按照時間順序，都產生了哪些動作。以橫軸為坐標軸可以看到，泄漏控制器LDU11是從一個三角形標志開始機械運轉的，持續時間為2.5 s，經過一個空心的矩形塊，持續時間為5 s的t4之后，到達TEST1階段，也即持續時間為22.5 s的t1，再經過一個實心的矩形塊，也即持續時間為5 s的t3之后，到達TEST2階段，即持續時間為27.5 s的t2，最后經過釋放持續時間為22.5 s的t20階段以后，重新回到三角形標志起始位置，總共時長為90 s.

圖4 泄漏控制時序圖

在時序圖的頂端，有A、B、C三個點位，AB之間代表了控制閥門向泄漏檢測區域即V03閥到V04閥之間排氣和充氣進行實際的泄漏控制檢測，BC之間代表了泄漏通過之后的釋放階段，將泄漏控制器循環機械運動至初始位置。AB之間持續時間為66.3 s的t5，是閥門驗證測試時間總計，包含了T4、T6、T1、T3、T2階段。BC之間是持續時間為22.5 s的t20，是泄漏控制檢測完畢釋放階段[9]。

2.2.1 檢測V03閥是否泄漏

其中t4階段持續時間為5 s，主要動作是測試區域排氣，將V05放散閥打開，此時觸發繼電器45K3（見圖1）。t6階段為泄漏控制器從啟動到自身主繼電器動作的時間，包含了t4階段。而t1階段即TEST1，持續22.5 s，主要動作過程是將V05放散閥關閉，檢查V03閥的泄漏情況。此時由于V03閥前充滿煤氣，大約400 mbar，如若V03泄漏，管道內泄漏檢測測試區域泄入一定量的燃氣，到達低壓開關的低限值后，將會導致46B2低壓壓力開關觸點吸合，此信號經過隔離繼電器送至LDU11，促使LDU11報警45K1，停止檢漏，并將報警信號送至PLC，使燃燒器站無法繼續啟動。如若V03無泄漏，46B2開關保持常開位置，執行下一步。

2.2.2 檢測V04閥是否泄漏

而t3階段持續時間為5 s，將V03閥打開5 s后關閉，使泄漏檢測測試區域充滿煤氣，其壓力同樣為400 mbar.t2階段即TEST2，持續27.5秒，主要目的在于檢查V04的泄漏情況。如若V04泄漏，泄漏檢測測試區域煤氣壓力值將低于高壓壓力開關限值，46B1高壓壓力開關保持常閉位置，此信號經過隔離繼電器送至LDU11，促使LDU11報警45K1，停止檢漏，報警信號送至PLC，使燃燒器站無法繼續啟動。如若V04無泄漏，測試區域沒燃氣壓力值高于高壓壓力開關限值，46B1開關常閉觸點斷開，執行下一步。

2.2.3 泄漏檢測通過

t20持續時間為22.1 s，即為泄漏檢測完成，LDU11送出釋放信號45K2到PLC，PLC繼續執行其它任務。

3 結束語

泄漏控制檢測能夠檢測出設備10 mbar范圍內的燃氣泄漏，在確認安全，燃氣無泄漏的前提下提高了焙燒爐一次點火成功率，縮短焙燒爐啟動時間20%，有效提高故障判斷和處理效率。在燃燒站點火之前，進行泄漏控制檢測，是對安全方面提出的一個巨大考量，這種結合三套氣動閥進行泄漏檢測的方式，完全滿足了焙燒爐燃燒站安全上的需要。

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