高爐煤氣放散監控系統設計

孟特　宋超　馮英翹　王海濤++劉炳陟

摘要：該文通過具體實施的項目，詳細論述了所設計高爐煤氣放散監控系統的軟硬件結構，給出了相應的設計方法和監控流程。運行情況表明，該系統可實現可靠放散點火和熄火，為工礦企業低熱值氣體放散系統的設計提供了一種參考途徑。

關鍵詞：高爐煤氣；放散點火；組態監控

中圖分類號：TP542 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）02-0197-02

Blast Furnace Gas Bleeder Monitoring System Design

MENG Te1 ， SONG Chao2 ，FENG Ying-qiao2 ，WANG Hai-tao2 ， LIU Bing-zhi 4

（1.Tangshan Changshuo Electrical Co.Ltd， Tangshan 063000， China； 2. Information Engineering College，North China University of Science and Technology， Tangshan 063210，China； 3. North China University of Science and Technology， Tangshan 063210，China；4.Hebei Locomotive Technician College，Tangshan 063030， China）

Abstract： This paper introduced the software and hardware architecture of gas bleeder igniting system of shaft furnace in detail via a real implemented project， as well as providing the related design method and monitoring process. Actual operation circumstance shows that the provided system could ignite and cutoff reliably，which enabled to provide a reference for the gas bleeder igniting system in lower calorific value to the industrial and mining enterprises.

Key words： blast furnace gas；bleeding ignition；configuration monitoring

1 煤氣放散系統構成

高爐煤氣是冶金企業高爐煉鐵過程中的副產品，若未經燃燒直接釋放到空氣中，既會產生嚴重大氣污染，也極易造成周邊群眾發生煤氣中毒事故。行業一般通過高爐煤氣放散系統，監控點燃煤氣并充分燃燒，使高爐煤氣排放安全環保。

放散系統通常為塔架結構，由3組高爐煤氣引燃管組成。為保證人身安全，減少對地面的污染，放散火炬高度約為70～100米。為確保放散火炬的氣體能可靠點燃，通常在放散火炬口設置3個點火器點火引燃。

所設計放散系統分為機械和電氣二部分：機械部分由火炬塔架、放散火炬（高爐煤氣流通管道）、長明燈（天然氣管道，起引燃放散煤氣管高爐氣的作用）、吹掃氮氣管（為防止管路回火產生爆炸危險，在火炬引燃前和熄滅后都將用惰性氣體氮氣吹掃，以使管路口處無火焰。）以及各管路閥門組成；電氣部分由點火槍、火焰檢測、壓力檢測、各管路電動閥門的開閉、點火監控柜、現場監控柜以及中控室的中控柜等組成。其結構如圖1所示。

2 煤氣放散監控流程

放散系統的監控主要是根據放散氣體管路壓力的大小，自動或手動開啟1#、2#或3#火炬各管路閥門，并自動引燃氣體，同時對火炬的燃燒狀態進行檢測；反之，當放散氣體管路的氣壓減小時，自動或手動關閉3#、2#或1#火炬各管路閥門，將其熄火。根據用戶需要，制定的監控流程如圖2所示。

根據放散監控發出的點火信號（或按監控按鈕），啟動點火程序，先對火炬筒體口進行氮氣吹掃（前吹掃），之后打開引燃氣主閥門，點燃長明燈，繼而點燃主火炬，點燃成功之后關閉相應各長明燈閥，熄滅長明燈。而熄火程序則由放散監控系統自行監控，先將熄火信號反饋，再進行氮氣吹掃（后吹掃）。

自動程序點火操作步驟及順序具體實施為：按下1#點火信號按鈕（或煤氣主管路氣壓達到設定值A），系統將自動啟動1#放散火炬點火子程序：先開1#氮氣閥進行2分鐘吹掃， 5s后打開1#長明燈閥，同時自動打開1#主氣閥，然后開1#點火器（延時15s），將1#火炬的3個長明燈點燃，繼而點燃1#火炬；若主管路氣壓上升到設定值B，系統將啟動2#放散火炬點火子程序：打開2#氮氣閥進行2分鐘吹掃，5s后打開2#長明燈閥，同時自動打開2#主氣閥，然后自動打開2#點火器（延時15s），將2#火炬的3個長明燈點燃，繼而點燃2#火炬；當主管路氣壓再次上升到設定值C時，系統啟動3#放散火炬點火子程序，其順序同上。

當1#火炬系統處于現場或手動狀態，或1#火炬管主氣閥門故障，若此時高爐煤氣主管氣壓值達到點火值A時，此時系統自動將1#放散火炬系統切除，將1#、2#、3#放散火炬系統的循環，改為自動啟動2#放散火炬系統，若主管氣壓值繼續上升，達到點火值B時，此時系統自動啟動3#放散火炬系統，若主管氣壓值仍然繼續上升，達到點火值C時，此時系統除了維持2#、3#管點火子系統繼續運行外，發出主管氣壓超限報警。若2#、3#管點火子系統發生如上1#放散火炬狀態時，以此類推處理。另，若系統處于2#、3#放散火炬系統循環狀態時，1#放散火炬系統的狀態為自動時，系統仍維持原態，直到2#、3#放散火炬系統有一個切除循環系統后，1#放散火炬系統才能補進系統循環圈。同時，當高爐煤氣氣壓值為A值，并且1#放散火炬系統已經運行啟動時，系統要不斷檢測高爐煤氣氣壓，當氣壓值為A時（防止因主管壓力漂浮變化，引起點火子系統不斷啟停），1#放散火炬系統將自動熄滅，其余類推。endprint

布置在火炬頂部的熱電偶檢測火炬溫度，通過二次表將檢測到的溫度信號上傳輸入到PLC，當檢測到的溫度達到設定值（300℃）時，即視為長明燈點火成功；當檢測到的溫度值未達到設定值時，則長明燈點火失敗，延時報警并再次點火；若長明燈點燃后1.5分鐘內未點燃火炬，或點火三次后仍未點燃火炬，點火失敗并報警，系統自動關閉所有閥門（主氣閥和引燃氣主閥），分析并檢查點火失敗原因。

如需熄火按下熄火信號按鈕，或根據放散氣體氣壓的大小自動熄滅3#、2#或1#火炬，并關閉其相應的管路閥門。熄火流程與上面點火流程反之，此處不再贅述。

3 PLC監控程序設計

放散系統分程序監控、自動監控和手動監控三種方式。電氣監控設備分別置于現場監控柜和中控柜中。中控柜置于中控室內，與上位監控計算機通訊聯絡；現場監控柜用于現場手動監控，其監控級別最高。現場柜可實現就地單步操作，并配有與遠程中控柜的通訊接口。由于中控室距離現場火炬較遠，為方便監控和操作，現場柜所控設備為操作方便，在柜面操作板上也設有相應的操作按鈕及狀態指示燈。

當放散系統處于手動或現場監控時，監控程序關閉，系統交由手動按鈕監控。當系統處于自動狀態時，程序設計功能如下：主程序擔任高爐煤氣主管路氣壓檢測，下設1#放散火炬點火子程序、2#放散火炬點火子程序、3#放散火炬點火子程序分別完成1#、2#、3#放散火炬的點火監控。由于煤氣燃燒屬于高危場合，特別對管路閥門的故障在監控上做了如下處理：

4 組態軟件程序設計

本項目在中控室的上位機中，由組態軟件（亞控Kingview）設計的操作界面做系統監控，通過PPI接口與PLC通訊， 進入系統監控。

根據壓力傳感器和熱電偶傳感器所傳數據，系統可監控實時工作狀態。

高爐煤氣燃燒是高危操作，一旦煤氣未經燃燒大量進入空氣，后果嚴重。因此在3個放散火炬口附近安裝有攝像頭，可在組態軟件程序中實時監控放散系統工作狀態。

5 總結

本高爐煤氣放散點火監控系統自投入運行已經兩年多，其現場運行狀態良好，充分滿足了用戶設備廢氣處理的排放需求，達到了環保監測的允許值。由于本放散點火監控系統的設計，具有一定的通用性和可移植性，可為同類行業的相關設計提供一個參考范例。

參考文獻：

[1] 西門子公司.S7-200可編程序監控器硬件與安裝手冊，2005.

[2] 孟如.基于WINCC的水泥生產線監控系統的研究[J].微計算機信息，2007（6）.endprint