提高大型高炉自控系统安全防护性能实践

河钢集团宣钢检修公司　樊　磊

提高大型高炉自控系统安全防护性能实践

河钢集团宣钢检修公司樊磊

河钢宣钢四座大型高炉的自动控制系统均为自主研发，现代化的高炉必须配备现代化的高精度的检测手段和完整严谨的控制方案、控制逻辑加以软件实现，否则直接影响高炉生产，严重时还会造成人身、设备的安全事故，所以提高大型高炉自控系统的安全防护性能是急需解决的问题。

隐患；自动；冗余；语音报警；安全连锁

0　引言

在实际生产过程中，设备管理人员发现了一些设备存在的安全隐患，和生产工艺相关的不完善地方，针对这些问题，组织相关技术人员对大型高炉自控系统进行了安全性能的评估，并对其中存在的问题和隐患进行项目改造，其中涉及到高炉自控系统的几大部分，即炉顶系统、本体系统、热风炉系统，内容包括了现场设备安全性改造，重要设备的安全连锁重新修改，预警和报警系统的完善，设备的安全保护，设备的自动控制等。

1　高炉调压阀组自动安全保护程序

高炉减压阀组自动调节顶压属于本体系统，宣钢的四座大型高炉均采用以下方法来进行炉顶顶压的调节：四个调节用执行机构和差压发电系统串联起来，进行高炉顶压的调节。当设备无事故的正常模式下，四个调节用执行机构中，会有一个执行机构设置在自动调节方式，与差压发电设备中的调节装置配合使用，最终达到调节高炉顶压的目的。而另外三个执行机构都设置为手动模式。如果处在自动调节状态的那个执行机构突然出现故障，操作人员如果不能及时发现并进行手动操作来干预其设备动作，差压发电系统中的调节装置又与四个执行机构为串联调节方式，会直接造成高炉炉顶顶压的波动，而当设备故障不能及时解除，当顶压升高到炉顶放散设备的极限时，炉顶放散会打开，高炉直接进入停风、减产操作，影响正常生产。为了避免此类事故发生，对高炉的调压阀组增加了自动保护程序。当高炉的实际顶压与设定值相差15Kpa时，会在操作人员的操作用电脑弹出提示小窗口，显示内容为：顶压异常！此时，可按照画面提示切换其他执行机构为自动方式，相关操作人员只需要简单地点击一下鼠标，就可以将目前为自动调节方式的执行机构变为手动调节方式，而之前其他三个手动调节方式下的执行机构，根据操作人员的操作，变为自动调节方式。

2　炉顶自动注水程序

在高炉的炉顶系统工艺中，高炉放料在放完焦炭之后，在炉顶安装的顶温都会显示升高，当顶温数值升高达到报警极限，并且高炉探料尺还没有到达程序设定的数值，无法完成放料动作，此时就需要操作人员开启洒水球阀，给高炉炉内部注水，以达到降温目的。利用冷水对高温的高炉内部进行打水操作，本身就存在危险性，如果未能及时对炉内进行打水降温，会对炉顶设备造成损坏；而如果打水过多，势必会对高炉造成很大影响，严重时还会出现安全事故，在正常生产的实际操作，高炉工长需要操作设备和观察高炉相关数据和趋势，很容易忘记向高炉注水或注水较多后仍没有关闭阀门。

针对这一隐患，我们在程序中对四个顶温显示数值做了高、低极限报警输出，并将报警输出程序与炉顶注水设备的开启和关闭进行连锁控制，当四个炉顶温度显示中有任意一个数值超过高极限报警后，程序会自动打开炉顶注水设备，对高炉内部进行注水，以达到降温的目的，而当四个炉顶温度显示数值全部低于报警低极限后，程序又会自动关闭炉顶注水设备，停止对炉内打水。在炉顶注水设备的控制上，将之前的手动操作方式变成可以在手动和自动上随时切换，当此设备处于“自动”下，程序才会根据顶温数据进行阀门的自动开启。

3　炉顶设备增加反馈备用信号

高炉自控系统中的核心部分是炉顶自动装料、放料，自动装料、放料程序能否正常运行，设备能否正常动作，直接关系到高炉的顺产。

在炉顶的所有设备中，正常生产时只要有一个设备的反馈信号出现故障，就会使整个自动装料、放料程序无法顺利运行，直接影响高炉的正常生产，如果设备问题未能及时发现，还会引发安全事故。为此需要给重要阀位增加冗余信号，以保证高炉正常自动上料。

新加的冗余点，采用现场总线设计方式，现场增加总线箱，总线箱内安装总线模件，将设备相关信号直接接入总线模件内，通过DP协议通讯，信号进入主控系统，操作人员可以随时切换现用备用信号。在程序中也增加了报警，当每个设备相对应的两个反馈点超过10秒信号未一致时，也会发出报警，及时通知相关操作人员。

4　热风炉系统安全连锁

大型高炉热风炉系统通过煤气和助燃空气混合燃烧来达到提高为高炉送风温度的目的，其煤气和助燃空气的混合燃烧本身就是危险因素，而当设备出现故障或操作失误后，煤气、空气比例一旦失调，会造成重大安全事故，在保护热风炉系统中，我们通过完成以下安全改造，保证了热风炉系统的正常运行。

（1）转闷炉程序保护。即在热风炉的正常生产时，三座使用中的热风炉必须有一座处于“送风”状态，其它两座热风炉才可以执行“送风状态至闷炉状态”的程序。程序中还设计有应急按钮，按下应急按钮后，可跳过保护程序。

（2）设备状态提前报警。热风炉系统中每个设备中都有：开信号和关信号，在程序中预设开信号和关信号与开命令和关命令的相互对应关系，当程序发出开、关命令信号后，在程序中设定的等待时间内，控制的设备实际反馈信号要与程序中设置的一致时，系统会显示设备正常，否则程序会发出该设备的报警提示。如果一个设备在控制命令发出后长时间停留在原设备状态并超过程序设定的等待时间，程序也会对该设备发出报警。并且将每个设备的报警信息组合，在程序中将其设为热风炉总报警。在换炉程序执行过程中只要有一个设备发出报警，该座热风炉的所有程序将停止执行，并及时提醒相关的操作人员，及时处理设备出现的故障，可避免更大的安全事故的发生。

（3）设备自动复位。热风炉现场机械设备可能受天气或其他方面的影响，阀门会离开原位置，并失去其状态的反馈信号，使热风炉失去其状态，直接影响程序向下继续执行。也可能导致人为误操作，通过反复修改控制程序的自定义功能块，有效防止设备误操作。

（4）后烧控制先送。即如果有两座正在使用的热风炉都已燃烧并达到可以送风的状态，只允许程序将后烟道温度数值较高的热风炉先执行“送风”。并且，已经进入“送风状态”的热风炉，其处在送风状态的时间必须大于30分钟，才能被程序允许执行闷炉或燃烧。

（5）自动闷炉的程序。即任意一座正在使用的热风炉处于燃烧状态下，当热风炉后烟道温度数值达到350℃时，该热风炉程序会自动程序闷炉，从而减少燃气消耗，节约炼铁成本。

5　结束语

此项改造在河钢宣钢1#、2#2500M3高炉成功实施，标志着宣钢高炉自动化控制系统在安全性上有了一个新的突破，设备的自动控制的实现，安全性能的提高，报警系统的完善，其新颖的系统设计理念，是基于对软、硬件控制系统平台的熟悉，和对炼铁工艺系统的了解，对提高高炉系统安全操作、管控水平，减少人力资源和系统资源的浪费都具有相当的借鉴作用和推广意义。