天鐵高爐煤氣柜降壓改造

郝 強

（天津天鐵冶金集團有限公司動力廠，河北涉縣056404）

0 前言

天鐵冶金集團有限公司在用高爐8座，正常生產情況下可保持高爐煤氣管網壓力在7 kPa至12 kPa之間。現(xiàn)有30萬m3、16.5萬m3兩座高爐煤氣柜,原設計壓力定為11 kPa。由于煤氣柜距離氣源較遠，煤氣壓力傳遞存在滯后性，同時，煤氣壓力損失很大，氣柜長期獨立于管網之外運行，無法充分發(fā)揮其調節(jié)能力。出現(xiàn)管網壓力波動頻次及幅度加劇，需將氣柜降壓改造重新掛網運行，且煤氣閥為電動蝶閥，手動控制，不能實現(xiàn)煤氣柜的自動運行，聯(lián)系協(xié)調困難，操作復雜，造成煤氣放散率較高，安全隱患大。應用PLC自動控制技術,實現(xiàn)了煤氣柜調整的自動控制改造，使煤氣柜在管網壓力調節(jié)穩(wěn)定以及降低煤氣放散率等方面的優(yōu)越性充分發(fā)揮出來，既滿足了煤氣管網生產工藝過程的需要，又能實現(xiàn)節(jié)能降耗的作用，提高經濟技術指標。

1 高爐煤氣柜改造內容

1.1 高爐煤氣柜原設計參數(shù)

高爐煤氣柜原設計參數(shù)如表1所示。

表1 高爐煤氣柜原設計參數(shù)表

1.2 高爐煤氣柜改造后參數(shù)

高爐煤氣柜改造后參數(shù)如表2所示。

表2 高爐煤氣柜改造后參數(shù)表

1.3 16.5萬煤氣m3柜和30萬m3煤氣柜的控制系統(tǒng)

16.5萬m3煤氣柜和30萬m3煤氣柜在改造前有遠程和就地操作,缺少自動控制和完善的保護功能，無法實現(xiàn)自動掛網運行，無法完全釋放煤氣柜的調節(jié)功能。

2 氣柜改造實施

通過動力廠相關技術人員和中冶京誠工程技術有限公司團隊對16.5萬m3、30萬m3高爐煤氣柜實際運行情況進行充分調研和分析，為了充分利用氣柜的儲氣和穩(wěn)定管網壓力的功能，降低煤氣放散率，提高發(fā)電量，進行了降低氣柜運行壓力可行性方案討論，通過降低煤氣柜內壓力，可提高氣柜利用率，使其在低壓力也可以充柜，同時通過調節(jié)PLC系統(tǒng)，使其能夠在線運行，自動調節(jié)入口閥門，提高調節(jié)效率。氣柜的運行壓力與活塞重量成正比，與活塞的直徑成反比。氣柜的基本外形尺寸已無法進行改變，要想實現(xiàn)降壓的目的只有進行活塞減重，即采取減少活塞配重方式進行降壓。

2.1 16.5萬m3氣柜降壓改造

16.5萬m3稀油密封干式煤氣柜共計24個扇區(qū)，共計配重1237.481噸（17 934塊）。其中柱號15-16之間扇區(qū)配重736塊（原1 054塊），其他23個扇區(qū)配重各747塊（原1 077塊）。此次改造共需移除配重545.696噸，配重塊數(shù)量約為7 908塊,詳見表3。

2.2 30萬m3氣柜降壓改造

根據(jù)工藝及設計要求，30萬m3稀油密封干式煤氣柜降壓方案定為從設計的11 kPa（實際氣柜運行壓力為10.8 kPa）降至9 kPa運行，30萬m3稀油密封干式煤氣柜內部配重分為活配重和死配重。總體降壓改造原則：保留活配重，均勻鑿除死配重共32區(qū)間,壓力9 kPa時鑿除高度為525 mm（根據(jù)實際運行壓力計算需鑿除500 mm）并移出柜外。改造需保證氣柜活塞結構的穩(wěn)定性，及氣柜降壓后運行的平穩(wěn)性。

30萬m3氣柜不同壓力下配重相關參數(shù)（見表4）：

2.3 對控制程序的設計、開發(fā)與調試

根據(jù)生產工藝要求，當管網煤氣壓力高于氣柜壓力時，打開進出口閥門自動充氣；當管網壓力低于氣柜壓力時，自動打開進出口閥門向管網放氣以達到煤氣管網壓力的平衡和穩(wěn)定；煤氣柜在充柜和放氣過程中需保持氣柜活塞上、下行速度在安全值0.5米/分，范圍內，同時在活塞，高低位有相應的連鎖保護和報警信號，以保證氣柜安全運行。

2.3.1 柜速信號的計算設置

根據(jù)控制要求，需計算氣柜活塞上下行運動的速度，由于激光物位計檢測信號受外界環(huán)境、灰塵油污、振動、干擾等信號的影響，會出現(xiàn)偶然性的瞬間波動，為了消除波動帶來的影響，記錄65秒內每秒檢測到的柜位信號，首位取5個數(shù)據(jù)做平均值前后相減，計算1分鐘內的柜位變化，從而得到氣柜活塞速度。消除了偶然誤差帶來的影響，保證了控制的穩(wěn)定。

2.3.2 控制模式的選擇和實現(xiàn)

控制程序設計可實現(xiàn)遠程手動操作和自動控制兩種工作模式。

在兩種工作模式之間要實現(xiàn)無擾切換，第一氣柜活塞速度的手動設定值和自動設定值之間實現(xiàn)自動跟蹤，第二，氣柜進出口閥門手動設定開度值和自動設定開度控制值之間實現(xiàn)自動跟蹤，保證手自動切換、遠程就地切換的時候均能穩(wěn)定過度保證氣柜的安全運行。

2.3.3 PID自動調節(jié)的編程設計

表3 16.5萬m3氣柜不同壓力下配重相關參數(shù)表

表4 30萬m3氣柜不同壓力下配重相關參數(shù)表

因為氣柜進出口閥門為電動蝶閥，不宜連續(xù)快速的頻繁動作，同時柜位及柜速具有滯后的特性為了保證調節(jié)控制的可靠和設備的使用壽命等綜合考慮，通過使用兩個PID功能塊，實現(xiàn)串級調節(jié)控制，閥門動作行程階梯式動作，即滿足了控制工藝的基本要求，又保證了設備的壽命和安全。

2.4 連鎖保護的設置

2.4.1 活塞上行設定三個自動連鎖報警點

（1）活塞上升至第一個高度時，自動發(fā)出聲光報警，關閉進出口閥門，外網壓力低于柜內壓力時，打開進出口閥門向外送氣。

（2）活塞繼續(xù)上升，達到第二個高度，自動發(fā)出聲光報警，自動進出口閥門和煤氣一道門，外網壓力低于柜內壓力時，同時進出口閥門和煤氣一道門，向外送氣。

（3）活塞繼續(xù)上升，達到第三個高度，自動發(fā)出聲光報警，關閉煤氣一道門，同時打開氣柜進出口閥門，并打開緊急放散閥進行放散，放散煤氣至81米后，關閉放散閥，和進出口閥門。外網壓力低于柜內壓力時，打開進出口閥門和煤氣一道門向外送氣。

2.4.2 活塞下行時設置三個自動連鎖報警點

（1）活塞下行至第一個高度，自動發(fā)出聲光報警，關閉進出口閥門停止送氣，當外網壓力高于柜內壓力時進出口閥門向柜內充氣。

（2）活塞繼續(xù)下行至第二個高度，自動發(fā)出聲光報警，關閉進出口閥門的同時，再自動關閉煤氣一道門。當外網壓力高于柜內壓力時打開進出口閥門向柜內充氣。

（3）活塞繼續(xù)下降至第三個高度，自動發(fā)出聲光報警，關閉進出口閥門的同時，再自動關閉煤氣一道門。當外網壓力高于柜內壓力時打進出口閥門向柜內充氣。

2.4.3 活塞超速

活塞速度檢測值超過0.5米/分鐘時，自動發(fā)出聲光報警，關閉進出口閥門。

2.4.4 活塞卡澀

當柜內與官網壓力相差過大超過一定值時，自動判斷為活塞卡澀不動，自動發(fā)出聲光報警，關閉進出口閥門和煤氣一道門，以保證設備的安全。

2.4.5 人機交互界面（HMI）程序的設計：

通過對原人機界面進行完善的方式改造，重新設計繪制進出口閥門手自動操作調節(jié)界面，使界面與原系統(tǒng)界面風格及操作相近，可實現(xiàn)快速加減柜速調整和閥門手動的精確控制，操作方便界面友好。

3 改造后的效果

16.5萬m3稀油密封干式煤氣柜和30萬m3稀油密封干式煤氣柜降壓改造后，實現(xiàn)了兩座氣柜的高低搭配、壓力互補，有效避開了因管網用戶多而造成的壓力波動大、高爐爐況不穩(wěn)定造成產出量波動較大等一系列不利因素，實現(xiàn)了管網壓力區(qū)間內可自動調節(jié)的效果。

目前兩座氣柜均已掛線運行一年，氣柜的水平度和傾斜度等各項運行指標均在氣柜安全規(guī)程規(guī)定的安全區(qū)間內運行，且相關參數(shù)均優(yōu)于改造前記錄的原始值。氣柜在線運行小時數(shù)明顯增加，用戶端的壓力穩(wěn)定程度得到了明顯改善，確保了各主體廠礦的安全穩(wěn)定運行。

通過對16.5萬m3稀油密封干式煤氣柜和30萬m3稀油密封干式煤氣柜的降壓改造，使得氣柜運行壓力與管網運行壓力保持同步，同時滿足了現(xiàn)行工況要求。對穩(wěn)定高爐煤氣的輸供效果顯著，穩(wěn)定管網壓力成果明顯。

4 結束語

通過對兩座氣柜降壓改造，提高了高爐煤氣回收率，降低了高爐煤氣放散率，穩(wěn)定了管網壓力，解決了高爐煤氣不能及時高效回收利用等一系列問題。同時，也為天鐵煤氣柜檢修維護和生產運行方面提供了重要的借鑒作用。