高爐TRT靜葉電液伺服同步系統改造

李華 吳建華

(中國寶武鋼鐵集團上海梅山鋼鐵股份有限公司煉鐵廠 江蘇南京 210039)

1 前言

梅鋼四號高爐TRT機組，型號為MPG24.0，制造廠家為陜西鼓風機集團有限公司，于2009年5月投運。

電液伺服控制系統在TRT裝置中，屬于幾個關鍵系統之一[1]。其主要的工作原理是根據主控室的指令，來實現TRT的開機、停機、轉速控制、爐頂壓力控制以及過程檢測等系統控制。透平機的轉速控制，需從控制透平機的進口蝶閥和透平靜葉的開度做起，而控制靜葉開度的手段就是電液伺服控制系統。電液伺服控制系統的精度、誤差，直接影響著TRT系統各階段過程的控制。

TRT靜葉電液伺服同步系統用于調節透平機靜葉開度，TRT靜葉開度隨高爐頂壓波動進行調節，進而保持高爐頂壓穩定[2]。靜葉調節伺服油缸是控制TRT靜葉開度的關鍵設備，原設計由一組閥臺同時控制兩臺伺服油缸，兩臺伺服油缸油管采用并聯的方式。靜葉調節伺服油缸是整個靜葉動作的執行元件，作業時要求同步性非常高。若靜葉調節油缸不同步，整個靜葉調節機構將會受到損壞，從而使TRT機組的正常運行受到嚴重影響。

梅鋼四號高爐TRT由于靜葉調節不同步問題，已多次造成靜葉調節機構損壞、機組停機，主要的故障有：偏拉力造成的伺服油缸和調節缸之間的連接板斷裂，調節缸安全銷、螺栓斷裂及調節缸變形。四號TRT機組靜葉伺服油缸不同步問題引起的設備故障率非常高，統計2017年由于靜葉伺服油缸不同步問題引起的設備故障影響TRT總發電時間為74.45小時。

2 影響同步的主要因素

2.1 控制閥出口至伺服油缸管路長度

現有控制閥臺位于四號TRT南側，其到兩側靜葉伺服油缸之間的配管長度有非常明顯的不同，其到北側的靜葉伺服油缸長度超過5米。靜葉調節伺服油缸使用的控制油經分油器后分出兩路分別到南北兩個伺服油缸。而從分油器分出兩路油路的現場管線長度不等長，這是造成兩個伺服油缸工作不能同步運行、影響機組的穩定運行的原因之一。

2.2 伺服油缸驅動時阻力不同

靜葉調節缸兩側的阻力不完全相同，驅動的阻力來自于靜葉調節氣流的阻力、油缸自身內部活塞運動阻力及活塞桿至調節缸傳動鏈的阻力。靜葉磨損的部位和磨損量不同，將直接導致伺服油缸動作時靜葉調節的阻力不同[3]。另外，靜葉油缸活塞采用活塞環密封，這種密封對加工的精度非常高，稍微有些偏差將造成油缸活塞自身的運動阻力相差較大，而在實際加工過程中，加工偏差不可避免。

2.3 控制系統對應伺服油缸的控制模式

鑒于TRT靜葉調節有同步控制要求，原有系統采用的是一對二的控制模式，這種控制模式主要是基于壓力相等的原理來進行控制，但對于整個系統的阻力、管線長度、伺服油缸自身差異等均未考慮。這種控制模式最大的弊端是不能對單個伺服油缸行程的差異進行主動調節，不能突破自身控制產生的局限性。

2.4 單側位移傳感器的局限性

目前四號TRT靜葉控制伺服油缸僅一側伺服油缸帶位移傳感器。在實際運行過程中，一側的伺服油缸位置反饋并不能真實的反饋另一組油缸的實際位置；另外由于位移自身偏差也將導致控制系統的偏差，并且無法在線發現，只能在檢修時標定調整，反應較慢。在伺服油缸快速運行過程中，兩側位置的實際偏差逐步加大將對靜葉調整機構形成強大的破壞力。

3 改造技術方案

原控制系統為一套液壓控制閥臺控制，通過中間管路同時控制兩套靜葉伺服油缸。液壓控制閥臺包括一套伺服控制系統和一套應急常規控制系統，靜葉伺服油缸位置反饋采用外置式位移傳感器反饋，伺服油缸僅單側配置一套外置式位移傳感器。其原控制原理圖詳見改造前靜葉伺服油缸液壓控制原理圖(圖1)。

圖1 改造前靜葉伺服油缸液壓控制原理圖

3.1 伺服油缸改造

將伺服油缸改造為新型的伺服油缸機構，這種機構有三方面改進：對新的伺服油缸機構內部的油路進行了優化設計，取消原前后缸節流油路；保留現有伺服油缸活塞密封，增加斯特密封軟密封；取消缸頭的外泄油口。

在現有每組伺服油缸的基礎上新增一組位移傳感器，使得每組伺服油缸有兩組位移傳感器。這可以使系統每組油缸有兩組位移反饋數據，兩路互為備用且可以互相校正，確保監測數據同步真實趨勢，提高設備操作的安全性。

3.2 液壓系統改造

每套伺服油缸設置兩套獨立的液壓控制系統，與伺服油缸上兩套位移傳感器一一對應，形成兩套獨立的控制系統，同時針對目前液壓系統使用過程部分閥塊無法在線檢修等問題進行有針對性的改造。液壓動力系統利舊，僅對液壓系統的控制單元進行更新改造，改造后的液壓控制原理圖詳見圖2。

圖2 改造后靜葉伺服油缸液壓控制原理圖

為保證液壓系統油液Nas6級的清潔度等級，系統每組閥塊進口管路各增加一組雙筒高壓過濾器。當高壓過濾器堵塞時，采用人工方式進行切換，并且可以在不停機的情況下對高壓濾芯進行更換。

為保證系統壓力的安全穩定，在閥塊現場設置溢流閥，同時在兩組閥臺的現場各設置兩組皮囊式蓄能器。在現場遠端閥臺設置一套壓力傳感器，實現現場壓力的在線監控。

比例閥的閥前P口和閥后A、B口設置外控形液控單向閥，以保證比例閥在備用狀態下不受各管路系統壓力波動的影響。每套伺服油缸控制系統單獨設置一套手動控制系統，以滿足現場手動操作和調試、檢修的需要。為便于液壓系統出現故障時能夠在線切換檢修，在每套閥的閥前P、T口和閥后A、B口分別設置檢修球閥。兩套伺服油缸控制液壓閥臺分開布置，管路均勻配置，確保現場閥臺到現場伺服油缸的管路相等且不超過5m。

每組伺服油缸有兩組獨立的比例閥閉環控制，每組比例系統分別采用伺服油缸上兩組獨立的位移傳感器進行位置反饋。

3.3 現場液壓管道改造

液壓系統的管路改造主要由以下幾點：閥臺分開布置，分別布置在4號TRT機組平臺兩側，閥臺至伺服油缸的液壓管路等距；為保證伺服油缸控制精度，閥臺至伺服油缸的管路不超過5米。改造后液壓系統的閥臺及管路布置詳見圖3。

圖3 改造后液壓系統的閥臺及管路布置

3.4 電氣系統改造

電氣系統對現有DCS控制系統進行了改造。新增閥臺控制信號，進入現有DCS系統，新增點數約20點。其中，DI模塊可利用現有備用設備，需新增1個DO模塊及繼電器等。相關程序和畫面均進行了相應修改。

3.5 自動化控制系統改造

兩伺服油缸要求運動時位置保持同步，通過伺服油缸的位置傳感器反映其實際位置信號，在控制單元中對反饋信號P1/P2進行比較(見圖4)。當兩伺服油缸有位置誤差，即不同步時，信號的偏差經控制單元處理后將調整指令送給對應的電液伺服閥進行調整，進而實現實時對比、單側補償使兩伺服油缸始終保持同步的要求。

圖4 控制單元工作示意圖

4 改造效果

⑴高爐TRT靜葉電液伺服同步系統改造投入運行后，系統運行穩定，運行速度快。控制精度由原±3kPa提升到±1kPa，控制精度得到了很大幅度的提升。技術改造完全滿足靜葉伺服控制系統對高爐頂壓穩定的控制。

⑵當高爐爐況發生管道氣流等異常工況時，系統能夠快速響應，對高爐頂壓進行快速調整。

⑶完善了各控制系統的功能，實現靜葉伺服油缸的高精度同步運行，減少機組的維修次數，提高了機組的運行效率，相應的提高了機組的發電量。

5 經濟效益

改造完成后由于靜葉電液伺服同步系統問題引起的設備故障降為零。四號TRT機組2017年發電量為1.2×109kWh， 扣除檢修及非計劃停機等停機因素平均每小時發電量為1.4×105KWh。2017年同步系統設備故障影響四號TRT發電時間為：74.45h。

四號TRT機組按照平均每小時的發電量1.4×105KWh計算，則年故障時間產生的發電效益為：74.45×1.4×105=104.23×105kWh；按照每度電0.61元計算，則年發電直接效益：104.23×105kWh×0.61元/kWh=63.58萬元。

按照投資130萬元，十年平均折舊計算：130萬÷10=13萬元。

則本項目實施后的直接經濟效益為：63.58-13=50.58萬元。

6 結論

高爐TRT靜葉電液伺服同步系統是控制、穩定高爐頂壓的關鍵設備，同步系統的運行穩定與整個大高爐的穩定順行息息相關。近年來國內同類型的TRT機組由伺服同步系統故障引起的機組停機故障較多，在行業中造成的影響較大。通過對高爐TRT靜葉電液伺服同步系統的技術改造，解決了由于不同步造成的機組停機問題，可供同行業參考。