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降低高炉顶压失控危害的可靠性措施探讨

时间:2019-08-22 14:01来源:陕钢集团龙钢公司炼铁厂 作者:王 军 点击:
  • 摘  要  本文论述了高炉顶压在异常失控情况下,对控制系统优化后取得的良好效果。对控制系统从软硬件上均进行了针对性改进,提高了系统的可靠性,达到了预期目的。

    关键词  顶压失控  事故扩大


    1  前言

    在高炉控制参数中,炉项压力是非常重要的参数之一。高炉生产要求炉顶压力必须稳定。炉顶压力不稳定,会影响炉况顺行,严重时可导致炉况失常,结构强度薄弱的地方被吹开,气密箱煤气窜入,炉顶设备密封损坏,煤气管道移位,大量煤气泄露,风机喘振等重大危害的产生。

    2  现状

    目前龙钢的5座高炉,正常时顶压均由TRT系统来调节。调压阀组采用一组电动(或液压驱动)调节蝶阀,作为非正常工况下的短时使用。

    TRT通过自动调节静叶开度来调节顶压,控制原理采用的是传统的PID控制方式。自动控制系统采用的是高可靠性的西门子S7-400H 冗余PLC,达到了通讯、电源、CPU的冗余热备,具备很高的可靠性和可用性,平均无故障运行时间充分满足要求。

    TRT接收来自高炉控制系统的顶压设定值和实际值标准仪表信号,通过PID运算,以增量方式输出静叶角度的实际控制值,取得了良好的控制精度,偏差可以控制在±3kPa以内,能满足高炉工艺的实际需求和高温高压煤气的综合利用。下图1是龙钢某高炉的顶压实时曲线。(红线为设定值,白线为实际值)

    image.png

    3  存在问题及解决措施

    高炉顶压的连续稳定可调,在现有的控制系统中均能实现。但一个可靠的控制系统还应能在异常突发情况下具有良好的响应,能抑制事态向恶性发展,将危害降低到最小,这也是每个控制系统在设计和后期运行时应该关注的地方。龙钢高炉在生产过程中,也曾发生过由于各种原因造成顶压突然升高的现象。幅度较小时,TRT系统能够积极响应。但在由于各种原因引起的大幅升高时,TRT机组由于保护机制会自动退出,由旁通阀来实施短时自动调节。理论上确实应该如此,但实际上有的设备由于长期处于备用或待机状态,其动作可靠性不能及时掌握,曾造成了高炉憋压,煤气管道移位达数10cm的险肇事故。

    单靠操作人员时刻监测工况的变化,并不能有效解决存在的问题:“人防不如技防”。针对这些实际存在的问题,龙钢公司炼铁厂组织电仪及自动化专业人员,对顶压控制可靠性进行了专门的讨论研究,提出了一系列改进措施,也收到了良好的效果,具体有以下几方面。

    3.1  信号采集回路改进

    3.1.1  存在问题

    高炉上升管处安装了两台用来测量顶压的压力变送器,但原来的信号传输仅送出了一路信号到TRT。当该台变送器故障、取压管堵塞或电缆线路故障时,造成检测值非正常降低或回零,此时TRT静叶会自动调节以维持某个既定的设定值。而此时的实际顶压肯定会向更加高的方向发展,顶压控制无疑会失控,存在明显的安全隐患。

    3。1。2  改进方案

    将两路信号均送入高炉侧PLC系统中,手动选取其中的一个或自动选取示值高的一个为顶压实际值。在高炉PLC系统将被选择的顶压实际值一分为二,从两个模块分别送出到TRT,TRT同时接收这两个信号,也自动选择一个示值较高的值作为顶压的过程值来参与自动调节,即PID调节中的PV值。这个好处是信号和传输均实现了硬件冗余。自动选取示值较高的过程值,一定程度上避免了高炉由于信号采集缺陷引起的憋压。

    3。2  信号量程的差异化处理

    高炉PLC对采集到的顶压信号量程进行差异化处理,如两台压力变送器的量程均为0-600kPa,在程序中可将其中一台设为0-602kPa等,使得两台变送器的示值略有偏差,方便自动选取一个高值,而无需在两个实时数据间之间频繁切换。同时仪表量程的微小偏差不会导致顶压的控制效果变差。

    经过以上两个改进,在示值为自动选择方式时,仪表工对任意一台变送器进行排污、疏通,甚至断电更换,均可在线进行,而不会对顶压控制产生任何影响,系统会自动切换,方便了维护。信号通过两路电缆送给TRT,如果任意一根电缆故障,系统也会自动切换为正常的一路,同时岗位监护人员在监控画面上能够看到其中的一个信号处于明显的不正常状态,系统的可靠性得到了进一步的提高。

    3.3  优化控制逻辑

    采用多重措施保证高炉系统和管网不发生重大险肇事件。考虑到TRT故障或设备工艺原因,顶压不能得到有效及时的控制,导致压力大幅提高,造成高炉憋压。在程序中通过TRT重故障信号或顶压过高信号来自动控制减压阀组管道阀门打开到设定角度(该值可以在工长电脑上修改,并做了权限设置和上下限幅,以防出现数据输入错误),此功能在操作画面上设有投入/切除按钮,顶压过高设定值及减压阀开度均可在画面设定,有助于高炉操作人员根据具体情况采取合适的控制参数。系统的可靠性得到了提高,达到防憋压的目的。下图2为基本控制流程。

    以上的设备动作均由控制系统自动完成,无需人工干预。

    4  结语

    需要强调的是,再完善的控制系统也需设备作支撑。炼铁厂针对该项隐患,提出了高炉单位应定期对调压阀组的电动蝶阀进行检查,并作小幅度的开启关闭试验,确保阀门不会因煤气中的杂质导致卡死或动作太慢等现象的出现,时刻处于可控状态。

    通过上述改进,高炉再未因顶压过高而引发重大事件的发生,在后期运行中曾经有供电系统闪络引起的憋压现象,控制系统均能可靠动作进行泄压,确保了高炉的安全稳定运行。

    image.png

    (责任编辑:zgltw)
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