煉鐵高爐富氧系統檢測控制原理及維護

何全武

（河鋼承鋼工作自動化中心，河北 承德 067000）

富氧是大型煉鐵高爐冶煉中不可缺少的能源介質，通過不斷穩定提高富氧率可以優化高爐鐵水質量、減少焦比、增加噴煤量，提高冶煉系數和鐵水產量。因此，研究煉鐵高爐如何穩定提高富氧率，成為一項技術熱點。本文已承鋼公司煉鐵廠5#爐富氧儀控系統為例進行闡述。5#爐富氧儀控系統于2006年12月投產使用。采用鼓風機后富氧方式，由總管進入富氧站，經過壓力調節和流量調節后加入冷風管道。也是降低焦比、提高鐵產量的有效措施。

1 5#高爐富氧儀表檢測控制系統結構及檢測設備

圖1 高爐富氧儀表檢測控制流程圖

上圖為5#高爐富氧儀表檢測控制流程圖，其中儀表檢測點包括：富氧進站壓力、富氧出站壓力、富氧流量、富氧溫度。

儀表檢測設備具體為：富氧進站、出站壓力使用壓力變送器：EJA530A-DCS9N。富氧溫度使用鉑熱電阻：WZP230 Pt100。富氧流量使用差壓使流量計，差壓變送器：EJA110ADMS5A。另外壓力、流量檢測加裝隔離配電器，保障安全的同時減少干擾提高系統穩定性，隔離配電器：NPPD-111D。下圖為壓力、流量檢測結構圖。

圖2 壓力、流量檢測結構圖

富氧流量計算及溫壓補償

式中：F：未補償流體流量；k：流量系數；Δp：流量差壓值；p：差壓變送器量程

由于氣體的可壓縮性，富氧流量測量值要統一轉換為標準狀態(0℃，1標準大氣壓)下的體積流量QVN,因此就需要對測量到的富氧流量值進行溫度、壓力補償換算：

式中：f：補償后的流體流量；T實：流體實際溫度；P實：流體實際壓力；P設：流量計設計壓力；T設：流量計設計溫度

2 5#高爐富氧系統控制方式及設備

富氧壓力流量調節的給定信號增加NPGL-111D型隔離器，防止因為干擾影響富氧測量的準確性，提高測量系統的穩定性，確保對富氧系統的控制準確有效。調節執行器選用氣動調節閥，控制簡單，反應快速，且本質安全。

富氧控制系統功能：實現對富氧出站壓力、流量的測量變送、轉換運算、溫壓補償后在監控計算機畫面顯示。操作崗位人員通過監控計算機設定工藝需要的出站壓力和流量值，在PLC控制系統中將測量值與給定值在PID控制塊中完成PID運算，然后將給定閥位開度信號通過AO模板輸出到現場執行器，實現對閥位的控制，最終完成對壓力流量的控制。富氧壓力、流量控制回路如下圖所示。

圖3 調節系統結構圖

5#爐壓力調節：氣動調節閥；產品型號：HCP-V；執行機構：HA3R；公稱通徑：100mm；公稱壓力：4.0Mpa；額定行程：38mm；額定流量系數：CV220；彈簧壓力范圍：80Kpa～240Kpa；閥體材料：SCS13A；閥內組件材料：SUS304；流量特性：對數；設計位號：FV-101。

5#爐流量調節：氣動調節閥；產品型號：HCB；執行機構：HA3R；公稱通徑：150mm；公稱壓力：4.0Mpa；額定行程：50mm；額定流量系數：CV420；彈簧壓力范圍：80Kpa～240Kpa；閥體材料：SCS13A；閥內組件材料：SUS316；流量特性：對數；設計位號：FV-101。

3 富氧聯鎖保護系統

表1為富氧安全保護系統數據表：（5#高爐富氧站未設置單獨的富氧快切閥，不滿足安全連鎖條件時有壓力調節閥配合快排實現氧氣的快速切斷。）同時要對富氧系統在日常點檢時要觀察在線趨勢是否正常，如有異常及時處理。另外還要對現場儀表定期檢查、確認導壓管路有無泄漏、定期清掃富氧室衛生，檢查儀表線路及接線盒外觀有無損壞，是否完好。檢查盤后現場儀表接線是否牢靠，端子是否松動。富氧用壓力、流量變送器要按照校準周期進行校準，確保儀表準確可靠。

4 富氧系統日常維護

①富氧溫度測量故障，因為富氧管道震動較大，測溫電阻常因震動損壞，溫度異常的話，連帶著會影響到富氧流量的溫度壓力補償，甚至因此富氧連鎖系統誤動作。使用熱電阻芯為鎧裝的型號可以適當延長使用壽命，減少故障。②富氧壓力測量故障，EJA530A系列變送器運行穩定，正常使用中富氧系統壓力測量故障率極低。壓力變送器故障檢查的方式一般都可以先看表頭顯示，然后用萬用表檢測輸出信號。③富氧流量故障，富氧流量因為溫度壓力補償的原因，會受到溫度和壓力的影響，所以在檢查流量故障時，不能只檢查差壓變送器，還要同時排查壓力、和溫度測量元件是否正常。以便更快的解決故障，提高作業效率。④氣動調節閥常見故障，如調節閥不動作，常見原因主要是沒有信號壓力，可以先確認動力氣源閥門是否打開，可以通過觀察減壓閥后氧氣表頭指示確認。⑤閥門定位器是控制閥的主要附件.它將閥桿位移信號作為輸入的反饋測量信號,以控制器輸出信號作為設定信號，進行比較，當兩者有偏差時，改變其到執行機構的輸出信號，使執行機構動作，建立了閥桿位移倍與控制器輸出信號之間的一一對應關系。

表1

5 高爐富氧調節故障應急預案

事故特征：因各種原因引起的高爐富氧調節不動作，全開、全關情況。

應急措施：①檢查富氧連鎖條件，判斷是否因富氧條件不滿足導致富氧切斷。②如確定非安全連鎖條件觸發，詢問煉鐵當班工長高爐爐況及需要富氧量。③攜帶對講機并要求崗位人員一同前往富氧閥門室。④現場手動關閉調節閥所在氣路截止閥。在滿足富氧條件下，手動緩慢開啟富氧旁路截止閥使富氧流量達到工藝要求。⑤保持與值班室通訊，在故障處理期間手動調節旁通截止閥調節富氧流量。⑥確保安全的情況下，2人以上處理調節閥現場故障。一人監護一人操作。⑦故障排除后遠離故障點并通知崗位操作人員對調節閥進行測試。⑧確認無問題后，需2人同時操作旁路截止閥及主氣路調節閥。保持與值班室聯系，緩慢關閉旁路、打開主氣路。⑨完成故障處理完成，調節閥投自動后。現場觀察10min～15min，待設平穩運行后離開現場。

6 注意事項

①準備好使用工具和儀表設備。②及時聯系需要配合作業的工種。③確保人身安全及設備安全的情況下才可作業。④到達現場后盡快恢復高爐富氧。

7 總結

20世紀90年代早期，高爐焦比就實現了300kg/tHM。然而，由于高爐富氧太低，進一步降低焦比的步伐至今仍十分緩慢。研究指出，富氧煉鐵將有效降低爐頂煤氣溫度，增大噴煤量，降低焦比和提高高爐生產率。