煤氣化氣力輸送中倉泵控制邏輯的設(shè)計*

由 迪

(艾默生過程控制有限公司)

煤氣化氣力輸送中倉泵控制邏輯的設(shè)計*

由 迪

(艾默生過程控制有限公司)

介紹煤氣化氣力輸送系統(tǒng)中倉泵的基本結(jié)構(gòu)及其運行原理與流程，設(shè)計其控制流程，給出了人機(jī)界面畫面組態(tài)結(jié)果。

氣力輸送系統(tǒng) 倉泵壓力控制 實施方案 DCS組態(tài)

氣力輸送系統(tǒng)主要應(yīng)用于以氣流為載體的干燥粉末和顆粒產(chǎn)品的輸送任務(wù)。一般來說，氣流為普通空氣，但在一些特殊狀態(tài)下，被干燥、冷卻、加熱的空氣或惰性氣體也可以作為輸送氣流。氣流攜帶粉末或顆粒通過一定長度的管道，管道與上料器或旋風(fēng)分離器相連，通過氣力使粉末或顆粒最終分離。氣力輸送系統(tǒng)在煤制天然氣煤粉輸送、電廠粉煤灰輸送及水泥廠物料輸送等行業(yè)廣泛應(yīng)用。氣力輸送系統(tǒng)是煤氣化輸送系統(tǒng)的關(guān)鍵，倉泵壓力控制是氣力輸送系統(tǒng)的核心。

1 倉泵結(jié)構(gòu)

氣力輸送系統(tǒng)中倉泵的結(jié)構(gòu)如圖1所示。倉泵采用上引式出料，出料口位于倉泵上方，優(yōu)點是當(dāng)有塊狀物料進(jìn)入時，倉泵不會堵塞，原因是通過流化盤組件注入的氣流會把這些灰塊分解成很多小塊，其中分解不了的灰塊留在倉泵底部，由檢查孔取出。倉泵一般采用多層帆布板或多孔流化鋼板結(jié)構(gòu)，壓縮空氣通過進(jìn)氣管進(jìn)入倉泵底部的流化室，進(jìn)氣量通過進(jìn)氣閥控制，壓縮空氣透過流化盤充分包裹干灰顆粒，使干灰顆粒形成具有流體性質(zhì)的氣體，通過流動性輸送灰濃相，達(dá)到高濃度物質(zhì)順利輸送的目的[1]。

2 倉泵運行原理與流程

上引式倉泵采用間歇式自控方式循環(huán)運行，每個輸送循環(huán)可分為送料階段、液化階段、輸送階段和吹掃階段。通過采集倉泵運行狀態(tài)信號，輔助工藝流程，輸送過程由程序控制器實現(xiàn)。倉泵控制過程中的壓力變化如圖2所示[2]。

圖1 倉泵結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 倉泵壓力變化曲線

倉泵輸送流程包括單臺倉泵的輸送流程和多臺倉泵協(xié)調(diào)運行的輸送流程，大多情況下為多臺倉泵協(xié)調(diào)運行模式。多臺倉泵輸送流程協(xié)調(diào)運行的要求如下：

a. 系統(tǒng)開機(jī)時要求各倉泵輪流清空一遍，然后進(jìn)入正常運行程序。

b. 系統(tǒng)關(guān)機(jī)時不能直接切斷電源，否則會引起處于輸送狀態(tài)的倉泵堵管，必須通過軟關(guān)機(jī)信號先讓所有倉泵清空一遍，并進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)后才可切斷系統(tǒng)電源。

c.正常輸送過程中，要求各倉泵協(xié)調(diào)動作。

控制系統(tǒng)內(nèi)所有倉泵可根據(jù)工況靈活分組，每種分組方法都稱為一種組態(tài)，連接同一輸送管道的所有倉泵必須處于同一組態(tài)內(nèi)。設(shè)定組態(tài)后，同一組態(tài)內(nèi)的倉泵只能有一臺處于輸送狀態(tài)，各倉泵輪流運行，以減小峰值耗氣量，防止倉泵堵塞。同一組態(tài)內(nèi)多臺倉泵料滿或間隔時間到時，按時間先后次序輪流排隊運行，可以設(shè)置手動優(yōu)先按鈕觸發(fā)優(yōu)先運行。某臺倉泵堵管后，連接此輸送管的所有倉泵禁止輸送，并關(guān)上各自的進(jìn)料閥，直至堵管報警復(fù)位。總氣源上設(shè)有壓力檢測裝置，如雙壓力開關(guān)等，在氣源壓力高于最小壓力設(shè)定值時，倉泵才允許進(jìn)入輸送狀態(tài)。控制系統(tǒng)與灰?guī)炝衔挥嬄?lián)鎖，當(dāng)灰位高于料位時，倉泵不允許進(jìn)入輸送狀態(tài)。

3 工藝流程和控制邏輯

倉泵壓力控制系統(tǒng)的工藝流程如圖3所示。

圖3 倉泵壓力控制系統(tǒng)工藝流程

倉泵控制分為5個階段：開始檢測階段、充壓階段、輸送階段、進(jìn)料階段和間隔階段。每個階段的控制邏輯如圖4所示，其中倉泵控制壓力和控制時間為經(jīng)驗值，組態(tài)時需設(shè)置成可調(diào)參數(shù)。

圖4 控制邏輯

開始檢測階段。程序開始后，檢測倉泵壓力，如果不小于最高臨界值，則退出程序；如果小于最高臨界值，則執(zhí)行程序，并進(jìn)入充壓階段。

充壓階段。來自壓縮空氣管網(wǎng)上的XV1506加壓閥打開，如果倉泵壓力小于設(shè)定值，則繼續(xù)加壓一定時間，如果加壓時間到，倉泵壓力仍未達(dá)到設(shè)定值，則關(guān)閉加壓閥，加壓故障報警，程序終止。加壓過程中倉泵壓力達(dá)到設(shè)定值，說明加壓成功，打開吹堵閥XV1507，沖壓階段結(jié)束，進(jìn)入輸送階段。

輸送階段。打開出料閥XV1505，檢測倉泵壓力，如果大于倉泵臨界壓力，則輸送超壓，出料閥XV1505和加壓閥XV1506關(guān)閉，輸送超壓報警，退出程序。如果倉泵壓力小于臨界壓力值但大于設(shè)定值1，則持續(xù)輸送一定時間，如果輸送時間到，倉泵壓力仍大于設(shè)定值1，則關(guān)閉出料閥XV1505和加壓閥XV1506，輸送超時1報警，程序退出。如果倉泵壓力小于設(shè)定值1，則關(guān)閉加壓閥XV1506，繼續(xù)觀察倉泵壓力，如果倉泵壓力大于設(shè)定值2，就再持續(xù)輸送一定時間，如果輸送時間到，倉泵壓力仍大于設(shè)定值2，則關(guān)閉出料閥XV1505和加壓閥XV1506，輸送超時2報警，程序退出。如果倉泵壓力小于設(shè)定值2，則關(guān)閉吹堵閥XV1507，之后關(guān)閉出料閥XV1505，打開泄壓閥XV1502，泄壓閥開一段時間，如果倉泵壓力大于設(shè)定值，則泄壓故障，報警并退出程序。如果倉泵壓力低于設(shè)定值，則泄壓成功，進(jìn)入進(jìn)料階段。

進(jìn)料階段。進(jìn)料閥XV1504打開，達(dá)到設(shè)定時間或料位開關(guān)檢測信號到達(dá)，則關(guān)閉進(jìn)料閥XV1504，關(guān)閉泄壓閥XV1502，進(jìn)入間隔階段。

間隔階段。程序間隔設(shè)定時間，重復(fù)進(jìn)入沖壓階段，循環(huán)進(jìn)行。

4 DCS組態(tài)

根據(jù)工藝流程和聯(lián)鎖邏輯，程序采用ST語言組態(tài)[3]較為方便直觀，易于現(xiàn)場后續(xù)修改維護(hù)，具體ST語言組態(tài)略。人機(jī)界面畫面如圖5所示，可在人機(jī)界面上顯示各監(jiān)控數(shù)據(jù)點和報警值，設(shè)置倉泵參數(shù)，并顯示各階段進(jìn)行的步驟。

圖5 組態(tài)畫面

5 結(jié)束語

倉泵控制系統(tǒng)主要在于對倉泵的壓力控制，需要將壓力控制在一定的范圍內(nèi)保證倉泵的安全運行。倉泵壓力控制分為檢測、充壓、輸送、進(jìn)料和間隔5個階段，每個階段根據(jù)倉泵壓力的不同對閥門的開關(guān)進(jìn)行控制，采用DCS系統(tǒng)對倉泵邏輯進(jìn)行組態(tài)，達(dá)到自動安全穩(wěn)定運行的目標(biāo)。該系統(tǒng)已在新疆某項目投入運行，截止至目前，已運行有一百多天，運行平穩(wěn)有序且成效顯著。

[1] 張展,曾建峰,邢懷陽.泵的設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.

[2] 魏龍.泵運行與維修實用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2014.

[3] 王常力,羅安.分布式控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2016.

由迪(1989-)，助理工程師，從事化工、電力行業(yè)的自動控制設(shè)計及客戶培訓(xùn)工作，di.you@Emerson.com。

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