一鍵趕引煤氣方案在高爐生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘要：在高爐休風(fēng)、送風(fēng)過程中，熱風(fēng)爐系統(tǒng)都要進(jìn)行趕、引煤氣作業(yè)?，F(xiàn)在都是通過操作人員在現(xiàn)場直接操作各手動閥門，勞動強度大，作業(yè)效率低，且操作人員處于煤氣放散區(qū)域，存在安全隱患。本文討論對某鋼廠已有煤氣凈化系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)相關(guān)閥門進(jìn)行改造，實現(xiàn)在中控趕引煤氣的自動操作，以提高生產(chǎn)效率，保障人員安全。

關(guān)鍵詞：熱風(fēng)爐;自動化系統(tǒng);一鍵趕引煤氣

引言

高爐趕引煤氣屬危險作業(yè)，為保障安全，故提出一鍵趕引煤氣方案。此方案包括燃?xì)庠O(shè)施的改造、電氣及自動化控制系統(tǒng)的改造、儀表改造，本文從以上方面展開討論。

1燃?xì)庠O(shè)施

為實現(xiàn)中控趕引煤氣的自動操作，需將煤氣凈化系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)現(xiàn)有電動放散閥、蒸汽引射閥、水封給排水閥等全部改為中控室操作，并將控制信號引入自動趕引煤氣控制系統(tǒng)。具體閥門設(shè)備包括快速水封水配管系統(tǒng)的給排水閥及溢流閥，環(huán)縫洗滌凈化系統(tǒng)的給水閥及排污閥，煤氣凈化自動趕引煤氣系統(tǒng)的放散閥、引射閥及吹掃閥，BFG/LDG/COG水封水配管系統(tǒng)的給排水閥，熱風(fēng)爐一鍵吹掃系統(tǒng)的BFG/COG/LDG等管道上的放散閥及引射閥。

另外，在高爐煤氣主管快速水封、熱風(fēng)爐用高爐煤氣水封、熱風(fēng)爐用焦?fàn)t煤氣水封放散管處設(shè)置一氧化碳及氧氣檢測裝置，以確定系統(tǒng)內(nèi)煤氣吹掃達(dá)標(biāo);在高爐煤氣主管快速水封放散管處設(shè)置煤氣爆破自動點火裝置，以確定管網(wǎng)內(nèi)煤氣達(dá)到用戶使用要求。

2電氣及自動化控制

2.1供配電

（1）改造方案

1）設(shè)計范圍：

主要包括某鋼廠高爐熱風(fēng)爐及煤氣清洗一鍵趕引煤氣相關(guān)新增或改造電動閥的供配電、控制、自動化及相應(yīng)電氣工程。

2）電壓等級：

低壓動力配電：380V、220V AC /50Hz/三相

低壓控制電源：AC220V、DC110V、DC24V AC /50Hz

3）改造方案：

a）新增電動閥根據(jù)現(xiàn)場布置情況設(shè)置現(xiàn)場集中控制柜，控制柜內(nèi)包含斷路器、接觸器、熱繼電器、中間繼電器、操作按鈕及指示燈、端子排等。控制柜電源引自原高爐中控室備用配電回路。

b）對于目前僅有現(xiàn)場手動功能的電動閥，本次新增遠(yuǎn)程控制單動與聯(lián)動功能，并對現(xiàn)場控制盤內(nèi)繼電器及PLC控制回路作適應(yīng)性改造。

c）對于目前僅有現(xiàn)場手動功能但已經(jīng)在現(xiàn)場控制柜內(nèi)預(yù)留了遠(yuǎn)程控制功能的電動閥，現(xiàn)場控制盤利舊無需改造。改造只需增加現(xiàn)場控制盤至現(xiàn)有PLC柜的控制電纜。

（2）設(shè)備裝備水平：

1）現(xiàn)場控制柜防護(hù)等級不小于IP54。

2）低壓元器件采用合資產(chǎn)品或國內(nèi)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

2.2自動化

（1）系統(tǒng)構(gòu)成

本次改造新增電氣檢測信號送至高爐電氣控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)硬件改造現(xiàn)有PLC柜，增加DI和DO模塊。操作員站、工程師站不考慮新增。需對PLC程序、HMI畫面及模型進(jìn)行適應(yīng)性改造，使其滿足一鍵趕引煤氣功能需求。

（2）基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)，直接面向煤氣趕引生產(chǎn)過程，完成生產(chǎn)過程的控制與聯(lián)鎖，并直接監(jiān)視各生產(chǎn)過程的運行狀態(tài)，其主要控制功能如下

1）電氣控制功能：

系統(tǒng)設(shè)備運轉(zhuǎn)連鎖控制：主要完成各系統(tǒng)設(shè)備運轉(zhuǎn)的順序控制，按程序設(shè)定的順序起、停設(shè)備流程，采集現(xiàn)場的設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況信號控制設(shè)備運轉(zhuǎn)。

設(shè)備運轉(zhuǎn)監(jiān)視及故障處理：PLC通過IO模塊采集現(xiàn)場、儀表、MCC及高壓柜的故障信號，根據(jù)故障等級控制設(shè)備啟停，采集到重故障信號則設(shè)備停止運轉(zhuǎn);輕故障則設(shè)備保持運轉(zhuǎn)，所有報警統(tǒng)一做報警記錄，同時在畫面上進(jìn)行報警顯示。

2）儀表控制功能：

詳見第3章節(jié)：自動化儀表。

3）畫面功能：

為了便于生產(chǎn)操作人員的操作、監(jiān)視、控制和管理，儀表和電氣所有畫面的編制需考慮高爐系統(tǒng)的功能需求，并參考其多年來生產(chǎn)和操作的特點和習(xí)慣以及制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。具體畫面包括：

設(shè)備運轉(zhuǎn)監(jiān)視畫面——監(jiān)視設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)及閥門類的開閉狀態(tài)

設(shè)備操作畫面——設(shè)備的啟停操作，閥門的開閉操作，系統(tǒng)的啟停操作

故障報警畫面——記錄各設(shè)備故障狀態(tài)便于故障查詢和排除

趨勢記錄畫面——記錄模擬量的趨勢變化

操作記錄畫面——記錄操作工的操作記錄

（3）操作方式

考慮到操作工的操作習(xí)慣，新增設(shè)備的操作方式與原有高爐控制系統(tǒng)保持一致。設(shè)備控制采用中央聯(lián)動和機旁手動兩種操作方式：

1）聯(lián)動操作方式：現(xiàn)場操作箱轉(zhuǎn)換開關(guān)在聯(lián)動位置，由操作人員在HMI操作。聯(lián)動操作分自動和手動兩種模式。

手動模式——在滿足聯(lián)鎖的前提下，由操作人員通過HMI畫面，手動遠(yuǎn)程操作單體設(shè)備。

自動模式——操作人員在HMI畫面上對系統(tǒng)進(jìn)行啟停操作，各設(shè)備根據(jù)PLC程序按照連鎖順序執(zhí)行開或閉動作，出現(xiàn)故障，系統(tǒng)自動停，各設(shè)備回到安全狀態(tài)，并根據(jù)要求在主畫面或報警畫面彈出報警。

2）機旁手動操作方式：現(xiàn)場操作箱轉(zhuǎn)換開關(guān)在機旁位置，由操作人員在現(xiàn)場直接對設(shè)備進(jìn)行操作，現(xiàn)場手動操作時各設(shè)備之間沒有電氣連鎖，該操作方式一般僅用于設(shè)備現(xiàn)場調(diào)試或檢修時使用。

2.3 電氣工程

（1）設(shè)備布置：本項目不新增電氣室及操作室，新增電動閥控制柜安裝在現(xiàn)場電動閥門附近。

（2）電氣照明

1）電源及電壓：照明系統(tǒng)采用380/220V三相四線制。工作照明電壓采用AC220V，移動照明電壓采用36V。電源引自就近的照明配電箱。

2）照明燈具：采用防水防塵LED投光燈，防爆區(qū)域采用防爆燈具。燈具配置燈具配置按照《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB50034-2013》中照度要求進(jìn)行。

3）電纜工程：所有電纜均選用銅芯阻燃型電纜，控制及信號電纜根據(jù)需要使用屏蔽電纜。電纜敷設(shè)以現(xiàn)有電纜橋架、電纜井為主，局部輔以鋼管敷設(shè)。

（3）防雷及接地

本工程為改造項目，在現(xiàn)有電氣室或現(xiàn)場增加設(shè)備，防雷及接地裝置利舊。

所有電氣設(shè)備正常不帶電的金屬外殼均可靠接地。

3自動化儀表

3.1 概述

本次改造為實現(xiàn)煤氣區(qū)域趕引煤氣自動操作，儀表主要設(shè)計范圍為燃?xì)庠O(shè)施相關(guān)儀表。

3.2 設(shè)計原則

（1）防爆區(qū)域設(shè)計：煤氣放散管管口區(qū)域?qū)儆诜辣?區(qū)，相關(guān)儀表設(shè)備按防爆區(qū)域要求設(shè)計。

（2）信號處理：新增儀表信號直接接入高爐控制系統(tǒng)，按區(qū)域接入煤氣清洗PLC和熱風(fēng)爐PLC?？刂葡到y(tǒng)硬件不做改造，軟件及畫面需做相應(yīng)更改。

3.3 儀表選型

（1）儀表類型

溫度測量：熱電阻;

壓力測量：智能型壓力變送器;

氣體流量測量：孔板+差壓變送器;

分析儀表：CO分析儀，O2分析儀;

（2）儀表選型

本工程新增檢測儀表應(yīng)盡可能與原系統(tǒng)所用的設(shè)備型號和功能相同， 以便維護(hù)和備品的配置。

3.4 主要儀表檢測功能

重力除塵器放散管CO、O2濃度檢測;

快速水封CO、O2濃度檢測;

熱風(fēng)爐BFG水封CO、O2濃度檢測;

熱風(fēng)爐COG水封CO、O2濃度檢測;

BFG水封液位檢測（已有）;

LDG水封液位檢測（已有）;

COG水封液位檢測（已有）;

熱風(fēng)爐區(qū)域吹掃氮氣流量檢測;

3.5電源介質(zhì)

儀表用電源為交流單相電源220V、50Hz。

本次改造所需儀表電源由現(xiàn)有儀表配電柜中備用回路接出。

3.6儀表接地

接地系統(tǒng)儀表與電氣合用，儀表接地納入統(tǒng)一的電氣接地網(wǎng)。

4結(jié)語

總之，為確保趕引煤氣作業(yè)區(qū)域及在引送和使用煤氣過程中的人員生命和設(shè)備安全，杜絕各類事故的發(fā)生，為安全順利生產(chǎn)創(chuàng)造條件，提出一鍵趕引煤氣的要求。為實現(xiàn)這個功能，需要對原有煤氣設(shè)施、電氣及自動化控制功能及自動化儀表進(jìn)行完善和改造，并做好充足的軟硬件功能測試，制定合理的高爐煤氣引送方案，從而實現(xiàn)高爐趕引煤氣中控自動操作，提高生產(chǎn)效率，保障人員安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 2019年我國煉鐵技術(shù)發(fā)展評述 [J].王維興. 世界金屬導(dǎo)報.2020（5）

[2] 低氮、低碳、高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐 [J].張蓓. 世界金屬導(dǎo)報.2020（6）

[3] 三座熱風(fēng)爐采用“一燒兩送熱并聯(lián)”創(chuàng)新工藝 [J]. 馮燕波.天津冶金.2016（14）

[4] 邯鋼環(huán)保新形勢下停開爐技術(shù)進(jìn)步[J].邵久剛. 2018年全國高爐煉鐵學(xué)術(shù)年會摘要集

[5] 關(guān)于我國冶金行業(yè)安全生產(chǎn)的現(xiàn)狀、問題及對策研究 [J].楊馥羽.世界有色金屬.2013（18）

[6] 淺析冶金工業(yè)冶金生產(chǎn)安全問題及其對策[J].姚恒棟.當(dāng)代化工研究.2013（18）

[7] 冶金行業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀與對策研究[J].王志，陶婷婷.世界有色金屬.2013（18）

作者介紹：

毛金玲（1981.11.29-）;女;遼寧朝陽;漢;碩士;中級職稱;工程師;冶金自動化;上海市寶信軟件股份有限公司。