气流床煤气化工艺磨煤控制系统优化

张鹏飞

（河南龙宇煤化工有限公司）

磨煤单元的稳定运行和进料煤质的稳定性是保证生产装置连续运转的重要前提，联锁控制系统在高度自动化的化工生产中是保证化工装置安全平稳运行的重要手段。 笔者在保证人员和设备安全的前提下，对气流床煤气化工艺磨煤干燥单元的联锁控制部分进行优化，以满足实际生产需要。

1 工艺原理

在惰性环境和微负压条件下， 粒度约为13mm 的碎煤和石灰石在一定的配比下， 进入磨机中被碾磨和干燥。 干燥的热量是由热风炉提供的，煤粉的粒度由循环气流量、液压辊的压力（通常不调节）和可调速的旋转分离器控制。 惰性气体带动煤粉进入袋式过滤器完成气体和粉煤的分离。 循环气体的能量靠循环风机提供。 过滤后大部分气体被循环用来维持系统的惰性，约20%的循环气体被排放， 以保证系统水含量的平衡，排放气体中固体浓度小于10mg/Nm3。煤粉通过袋式过滤器分离后, 经旋转给料机和螺旋输送机被送到煤加压和给料系统。

2 控制系统及联锁优化

2.1 控制柜供电系统在线监测

控制系统的硬件集成在控制柜内，供电系统的稳定是硬件正常工作的基础。 除柜内风扇、照明、插座和少数现场设备直供220V（AC）外，控制系统硬件工作电压基本全为24V（DC）（如控制器、卡件及安全栅等）。 为此，柜内配置冗余24V（DC）电源转换模块，将220V（AC）转换为24V（DC），并且电压可微调，将电压分别供至各硬件。

为保证电源模块正常工作，需加强系统巡检并测量输出电压， 确保输出电压在正常工作范围，但因此增加了巡检人员的工作强度。 为了能够及时发现输出电压的异常，控制柜电源的在线监测尤为重要。

优化方式：从冗余24V（DC）电源模块的输出电压处，各引出一组信号线，串联后经柜内继电器、端子排至控制系统的DI 卡件，并组态一个DI点，定义为“供电状态”，0 为红色，1 为绿色。 正常情况下，继电器吸合，信号到位，“供电状态”为绿色，当电压较低或因故失电时，继电器断开吸合，信号消失，“供电状态”为红色，并组态报警，当信号为0 时，报警弹出，发出声音警告，提醒工作人员。

效果： 优化后能够及时发现供电异常情况，弥补人员巡检不及时的缺陷。

2.2 石灰石自动下料系统

在碎煤中需加入一定比例的石灰石，其目的是为了调整原料煤的灰熔点。

优化方式：增加石灰石下料顺序控制。 顺控是按照规定的顺序依次完成各种操作的控制系统，即当条件满足时会自动执行动作，逐步往下进行。 增加石灰石下料系统顺控31KS0001，无需工艺人员手动操作，使之能够向石灰石仓自动下料。 尤其是双系列石灰石贮仓下料时，为避免同时向石灰石仓下料导致堵料现象发生，当一个系列顺控在运行时另一个顺控处于暂停状态，并且不允许人员操作。 为有效控制石灰石的添加周期，可提前设置好顺控中的进料时间、等待时间和流化时间。

效果：优化后降低了工艺人员和设备检修人员的劳动强度，提高了控制系统自动化率。

2.3 磨机主电机联锁

磨机主电机联锁的目的是为了保护磨机，避免磨机在危况下运行，造成设备损坏，危及人身安全，影响下游工艺。 原始联锁设计如图1 所示。

图1 原始联锁设计

优化方式为增加以下联锁：

a. 热风炉火检信号消失+旋转分离器混合物温度低；

b. 旋转分离器转速低低；

c. 热风炉膛温度高高；

d. 磨机惰性气体含氧量高高延时60s；

e. 煤粉贮仓称重高高；

f. 磨辊密封氮气与一次风压差低低；

g. 旋转分离器压差高高；

h. 报警复位。

效果： 优化后减少了磨机一些不必要的停机，降低了磨机在危况下的运行风险，提高了磨机安全运行指数。

2.4 磨机控制系统PLC 通信优化

原磨煤系统磨机设备由润滑油站、 液压油站、分离器、主磨机、盘车装置及电仪控制系统等组成，设计控制方案为：

a. DCS 远程监视磨机各设备运行状态和运行数据，包括各机泵启停状态、磨辊温度、减速机推力瓦温度、输出轴温度、振动值、主电机轴温、绕组温度、分离器油池温度、润滑油温度与压力及液压站油压等。

b. 磨机设备配套机泵的远程操作控制经由随主设备配置的PLC 系统进行信号转接后，由PLC 输出控制机泵启停，PLC 实现对密封风机、拉紧电机、润滑油站高低压油泵、分离器变频器的启停控制， 并输出报警和跳车总信号去DCS，由DCS 实现磨机主电机的联锁保护，DCS 系统接收到PLC 送来的总故障信号后执行磨机设备停止指令，其控制信号流程如图2 所示。

因设备监控操作牵连PLC、DCS、电气高低压以及工艺设备，控制信号交叉连接，磨机系统启动异常或异常停机时，故障具体原因难以快速查找。 设备监控操作配置繁杂冗赘，不利于日常维护，不便于集中操作管理，增加日常元器件备件费用。

优化方式为将磨机PLC 系统从整个控制回路中去除， 使磨机设备的控制逻辑在DCS 中实现，具体如下：

a. DCS 远程启停密封风机；

b. DCS 远程启停高低压油泵，实现高低压油泵油压低启备泵的联锁，实现高低压油泵互备联锁；

c. DCS 远程启停液压站电机，实现液压油压力与液压电机自动启停联锁；

图2 磨机设备控制信号流程

d. 磨机设备的仪表测量信号进入DCS 系统实现磨机停机逻辑，增加油泵运行信号联锁磨机停机逻辑，增加高压油泵压力低低联锁磨机停机逻辑；

e. 增加高压油泵压力远传压力信号。

效果有以下方面的表现：

a. 整个控制方案清晰明确，利于日常维护管理，节约元器件备件费用；

b. 无控制器之间的信号反复传递，避免了繁杂的信号回路，降低了设备故障点和故障率；

c. 设备启停故障和运行期间故障的查询与分析更准确、快捷；

d. 所有运行参数均引入DCS 远程监视，所有机泵启停均可在DCS 远程操作， 联锁逻辑明晰；

e. 符合提高工厂自动化水平的要求， 依据“集中操作”原则，整个系统的监控可在中控DCS中实现，降低了现场巡检工作量。

2.5 关键设备生命周期在线监控

为监控磨机等现场关键设备和机泵的生命周期，在程序中实现关键设备和机泵的运行时间累积。

优化方式为增加设备的在线监控：

a. 组态程序，检测设备运行反馈，当运行反馈信号为真时，计时器开始计时，记录设备运行时间；当运行反馈信号消失（即设备停运）时，计时停止；当设备再次运行时，计时器开始累积计时，周而复始。

b. 将计时器累积总时间换算为天、 时、 分、秒，并在运行界面上显示。

c. 增加计时复位功能，根据实际需求，可手动进行运行时间复位操作，在运行界面上制作复位按钮，并辅以二次确认。

d. 实现设备的“总运行时间”和“本次运行时间”两种运行周期监测。 对设备的生命周期有直观的数字认知。

效果：通过观察设备运行总周期，可直观掌握设备使用寿命，工艺方面亦可及时对设备进行倒泵操作或计划检修，预先抑制设备故障发生的苗头。

2.6 增加联锁首出

优化方式：使用因果矩阵功能块，引入磨机、热风炉及给煤机等联锁条件， 当联锁触发时，因果矩阵功能块能够记录跳车数值，通过换算可以定位到具体的联锁条件。 如此，则能够快速地查询到跳车原因。 同时，在上位机监控界面中，在联锁触发条件前以三角形进行标记，联锁未触发时隐藏，联锁触发时显现，并用红黄交替闪烁提醒。当联锁条件消失时，通过手动复位，界面恢复正常。

效果： 工艺人员可以直观地了解跳车原因，及时对跳车原因进行排查并对工艺操作进行优化。

3 结束语

通过对磨煤控制系统进行优化，可使设备在紧急情况下安稳停车，降低设备损坏风险；同时提高了系统的自动化程度，使工艺问题分析更加快捷直观；对设备使用寿命做到心中有数、随时掌控，及时制定检修计划，遏制危及设备正常运行的隐患苗头，实现装置安全、稳定、长周期、满负荷、优质运行。