蘭炭冶煉的自動化控制與探討

付錦東，任曉慧，李強，劉誠誠

（陜西北元集團錦源化工有限公司，陜西 神木 719319）

0 引言

近年來，蘭炭產業逐漸成為了新疆、陜西、寧夏等地區的重要煤炭轉化工業之一，當前我們國家電石以及冶金行業對蘭炭的需求量日益增加。蘭炭的生產工藝并不復雜，并且產成品也比較單一，沒有很高的技術難度，因此想要在蘭炭行業實現高質量的發展，就一定要加強企業技術創新與應用，積極研發新技術與新手段提高工作效率。文章闡述了陜西北元集團錦源化工有限公司在蘭炭冶煉過程中的工作現狀，并根據其在蘭炭冶煉生產過程中存在的一些安全隱患以及影響工作效率的問題，進行了自動化控制的方案實施探討。

1 蘭炭冶煉基本情況概要

蘭炭作為一種新型的碳物質，是通過將煤炭進行低溫干餾得到的，憑借著高含量固定碳、高化學活性、低灰分、低硫等優勢，逐漸代替冶金焦進行電石、鐵合金等物質的生產中，并且還能夠取代焦炭進行冶金行業的應用。經過近30年的發展，已經初具生產規模，其產值也在不斷攀升，并且成為了榆林市的重要經濟支柱。但是其目前還存在很多技術缺陷有待進一步優化。

陜西北元集團錦源化工有限公司經營范圍包括蘭炭的加工銷售，之前蘭炭的生產過程主要還是依靠人為手工操作和控制，人工勞動強度也相對比較高，再有生產設備之間沒有形成良好的自動相互協調，需要依靠工作人員豐富的工作經驗來完成作業操控[1]。大量人工對生產過程的干預，對于生產過程的順利開展以及生產效率的提升非常不利。因此錦源化工進行了蘭炭冶煉過程的自動化改造工作，來滿足日益增長的蘭炭產量需求，提升企業經營效益，加速現代化建設進程。

2 蘭炭冶煉工作現狀

輸煤系統主要是進行蘭炭冶煉原料的供應，也就是將原料由原料廠經過皮帶機等工具運送至生產爐的過程，在整個蘭炭冶煉的過程中是非常重要的工作基礎與前提，對于保障冶煉工作順利開展極其重要。在實行自動化改造前企業蘭炭冶煉工作運轉相對穩定，但是還是存在一些亟待解決的問題。

2.1 煤氣風機和空氣風機未進行連鎖控制

錦源化工有限公司原料分廠的碳化工序一共有四臺離心式空氣風機、兩臺羅茨煤氣風機以及兩臺離心式煤氣風機。其中，在工作電壓方面：四臺離心式空氣風機工作需要使用380 V的低壓電，而兩臺離心式煤氣風機工作時則需要10 kV的高壓電；在總管壓力方面：機器正常運轉的時候，空氣的總管壓力需要控制到7～10 kPa，而回爐煤氣的總管壓力需要控制到4～7 kPa。一旦出現低壓失電的情況，空氣風機就會停止工作，但是煤氣風機還會繼續處于工作狀態，這樣就會導致復合爐內的煤氣倒竄到空氣系統當中，引發爆炸，因而具有較大的安全事故隱患。

2.2 電液閥故障頻繁

錦源化工原料分廠共有24臺復合爐電液閥：包括6臺空氣總管供氣閥門，6臺回爐煤氣總管供氣閥門，6臺爐頂放散閥門以及6臺集氣閥門。但是在實際使用過程中經常會出現漏油問題，還會出現自動關閉甚至無法打開的現象。較高的故障率給我公司蘭炭冶煉生產過程造成了很大影響，不利于生產過程的穩定運行。

2.3 煤氣系統調控繁瑣

自動化改造以前需要有專門的職工負責復合爐爐內壓力的調控工作。工作人員需要經過對煤氣風機回流閥、回爐煤氣至氣柜出口閥門、大放散等閥門進行操作進而完成復合爐爐內壓力的調整控制工作。而閥門的調整需要工作人員進行現場人為操作，需要占用較多的勞動力，并且勞動強度較大，操作不慎還會造成復合爐爐頂冒煙，對于工作人員的生命安全具有較大的威脅。

2.4 上煤系統效率較低

上煤系統需要將原煤經過皮帶機等工具運送到生產爐中，在整個過程中還需要進行原煤的運送、破碎以及篩分等工作。改造前的復合爐上煤系統的插板閥門、皮帶機的控制等工作，都需要工作人員在實施現場使用系統按鍵進行設備運轉或停止的操作，這種傳統人工方式一方面是需要較多的人力，較大的工作強度，不僅造成人力資源的浪費，也不利于工作效率的提升。另一方面操作過程中作業環境差，對于工作位人員人身健康也會產生較大的不良影響。

2.5 氨水罐區液位

榆林市在推進蘭炭行業升級改造高質量發展的實施方案中，對蘭炭企業污水處理工作提出了較高要求，要求全部蘭炭或涉及蘭炭的單位都要完成廢水處理的全覆蓋。但是錦源化工原料分廠的氨水罐區只能進行遠傳液位計報警，不能夠根據氨水液位進行自動調節，如有人員操作不到位，將會造成氨水溢流污染環境的事件。

3 蘭炭冶煉的自動化控制方案

3.1 實行煤氣風機與空氣風機聯鎖

針對因為空氣風機與煤氣風機工作電壓不同造成的生產安全事故隱患問題，對煤氣風機與空氣風機實施聯鎖裝置。在工作過程中，實時監測空氣風機總管的壓力，當其壓力≤2 kPa的時候，強制煤氣風機也停止工作，并且自動關閉各臺復合爐內空氣總管的供氣閥門，避免因為空氣總管壓力的降低造成復合爐內煤氣倒竄至空氣系統，降低安全事故隱患。

3.2 電液閥更換為氣動遠程調節控制閥

錦源化工有限公司針對原料分廠的24臺復合爐電液閥門（其中包括6臺空氣總管供氣閥門，6臺回爐煤氣總管供氣閥門，6臺爐頂放散閥門以及6臺集氣閥門），進行全部更換，調換為氣動調節控制閥門，實現DCS遠程調節操作功能。在DCS操作臺中設置緊急停爐按鈕，能夠實現復合爐內空氣閥門、煤氣閥門以及集氣閥門等的自動關閉功能，并且自動開啟爐頂放散。當有閥門出現故障的時候也能夠執行同樣的操作。

3.3 煤氣系統總管增加遠程控制回流閥門

在煤氣風機進出口總管管線處增加一個型號為DN350的遠程控制閥門，隨時監測復合爐內的壓力并進行調整。該閥門能夠通過遠程操控以及實地現場操作雙重功能，在檢修或者維修的時候能夠進行獨自隔離，不會影響到其他設備或程序的正常運行，當鎖解除以后也具備遠程單臺設備的操控功能[2]。通過DCS遠程調節煤氣系統壓力的方式，減少人員占用與人力資源的浪費，降低復合爐爐頂冒煙的安全隱患。

3.4 上煤系統實現遠程操控改造

錦源化工有限公司針對原料分廠的備料系統主要包括3臺受煤坑、1#原煤皮帶、2臺原煤振動篩、面煤皮帶、2#原煤皮帶以及3臺緩沖煤倉。1#原煤皮帶及2#原煤皮帶可以在DCS控制臺操控的基礎上，將2#原煤皮帶至3臺緩沖倉之間的備料小車，由現場控制修改為使用DCS操作臺進行遠程控制。

在上料系統上，將3臺加料可逆移動小車修改為配備DCS遠程控制系統，在每個備煤倉口上方安裝小車限位開關，負責進行每個備煤倉安裝料位計；其次，由針對單向驅動小車皮帶很容易發生跑偏的現象，將每臺小車都修改為前后雙向驅動，以此解決皮帶跑偏問題。；此外，在每個備煤倉的倉口安裝料位計、限位開關以及視頻監控，開啟備煤小車、煤倉閘板閥的聯鎖裝置，保證小車備煤的倉口視頻監控畫面能夠在DCS操作臺單獨出現，這樣能夠降低由于操作失誤出現的操作問題；最后，將目前擁有的72臺電動閘板閥控制系統全部引至碳化工段的DCS操作室，全部實現遠程控制操作。

在每臺備煤小車的車頭與車尾跟隨皮帶支架設置2臺防爆攝像頭，該攝像頭可以進行遠程旋轉與焦距調節功能，在信號傳輸方面使用無線Wifi網絡，DCS操作室的操作人員可以通過調整攝像頭來觀察上煤情況。

3.5 氨水罐區液位聯鎖

蘭炭的尾氣中具有甲烷、氨氣、一氧化碳、二氧化碳等多種成分，在這些成分當中，氨氣極容易溶于水生成氨水，而氨水又因為是一種弱堿性的物質會對多種的合金物質產生腐蝕作用。所以，蘭炭的尾氣經常會對燃氣或內燃機中的一些部分形成損害，降低生產裝置的使用壽命[3]。依據榆林市推進蘭炭行業升級改造高質量發展實施方案中的工作要求以及發電機組的需求，需要對蘭炭尾氣進行脫氨操作，而水洗脫氨則是一種性價比最高的方式。

由于水洗脫氨技術是采用水作為主要的吸附物質，所以對于氨水罐區液位的監測極其重要。在遠傳液位計報警裝置的基礎上，增加低液位遠程補水操作，實時對液位進行監測，實現氨水罐區低液位遠程補水。避免因為液位不足形成的脫氨故障，避免對大氣形成污染。

4 蘭炭冶煉的自動化控制達到的目的

蘭炭冶煉的自動化控制達到的目的在于：當空氣風機總管壓力≤2 kPa時，聯鎖煤氣風機停止運行，各臺復合爐空氣總管供氣閥門自動關閉；通過將24臺電液閥門更換為氣動遠程調節控制閥門，并實現遠程調節操作，在DCS設置緊急停爐按鈕；實現DCS遠程調節煤氣系統壓力；實現上煤系統遠程DCS操控，減少現場人員操作；實現氨水罐區低液位遠程補水。

5 結語

綜上所述，當前蘭炭冶煉技術已經得到了較大發展，隨之而來的是市場競爭日益激烈。在當前蘭炭行業發展形勢下，實行蘭炭冶煉的自動化改造與控制，對于進行蘭炭產業的技術創新升級具有重要意義，能夠幫助企業起到很好的節能作用。蘭炭冶煉的自動化控制與技術創新升級能夠促進企業工作人員技術能力提升，提高管理水平與生產效率，進而實現企業高速以及高質量發展。