一键赶引煤气方案在高炉生产中的应用

摘要：在高炉休风、送风过程中，热风炉系统都要进行赶、引煤气作业。现在都是通过操作人员在现场直接操作各手动阀门，劳动强度大，作业效率低，且操作人员处于煤气放散区域，存在安全隐患。本文讨论对某钢厂已有煤气净化系统、热风炉系统相关阀门进行改造，实现在中控赶引煤气的自动操作，以提高生产效率，保障人员安全。

关键词：热风炉;自动化系统;一键赶引煤气

引言

高爐赶引煤气属危险作业，为保障安全，故提出一键赶引煤气方案。此方案包括燃气设施的改造、电气及自动化控制系统的改造、仪表改造，本文从以上方面展开讨论。

1燃气设施

为实现中控赶引煤气的自动操作，需将煤气净化系统、热风炉系统现有电动放散阀、蒸汽引射阀、水封给排水阀等全部改为中控室操作，并将控制信号引入自动赶引煤气控制系统。具体阀门设备包括快速水封水配管系统的给排水阀及溢流阀，环缝洗涤净化系统的给水阀及排污阀，煤气净化自动赶引煤气系统的放散阀、引射阀及吹扫阀，BFG/LDG/COG水封水配管系统的给排水阀，热风炉一键吹扫系统的BFG/COG/LDG等管道上的放散阀及引射阀。

另外，在高炉煤气主管快速水封、热风炉用高炉煤气水封、热风炉用焦炉煤气水封放散管处设置一氧化碳及氧气检测装置，以确定系统内煤气吹扫达标;在高炉煤气主管快速水封放散管处设置煤气爆破自动点火装置，以确定管网内煤气达到用户使用要求。

2电气及自动化控制

2.1供配电

（1）改造方案

1）设计范围：

主要包括某钢厂高炉热风炉及煤气清洗一键赶引煤气相关新增或改造电动阀的供配电、控制、自动化及相应电气工程。

2）电压等级：

低压动力配电：380V、220V AC /50Hz/三相

低压控制电源：AC220V、DC110V、DC24V AC /50Hz

3）改造方案：

a）新增电动阀根据现场布置情况设置现场集中控制柜，控制柜内包含断路器、接触器、热继电器、中间继电器、操作按钮及指示灯、端子排等。控制柜电源引自原高炉中控室备用配电回路。

b）对于目前仅有现场手动功能的电动阀，本次新增远程控制单动与联动功能，并对现场控制盘内继电器及PLC控制回路作适应性改造。

c）对于目前仅有现场手动功能但已经在现场控制柜内预留了远程控制功能的电动阀，现场控制盘利旧无需改造。改造只需增加现场控制盘至现有PLC柜的控制电缆。

（2）设备装备水平：

1）现场控制柜防护等级不小于IP54。

2）低压元器件采用合资产品或国内优质产品。

2.2自动化

（1）系统构成

本次改造新增电气检测信号送至高炉电气控制系统，控制系统硬件改造现有PLC柜，增加DI和DO模块。操作员站、工程师站不考虑新增。需对PLC程序、HMI画面及模型进行适应性改造，使其满足一键赶引煤气功能需求。

（2）基础自动化系统，直接面向煤气赶引生产过程，完成生产过程的控制与联锁，并直接监视各生产过程的运行状态，其主要控制功能如下

1）电气控制功能：

系统设备运转连锁控制：主要完成各系统设备运转的顺序控制，按程序设定的顺序起、停设备流程，采集现场的设备运转状况信号控制设备运转。

设备运转监视及故障处理：PLC通过IO模块采集现场、仪表、MCC及高压柜的故障信号，根据故障等级控制设备启停，采集到重故障信号则设备停止运转;轻故障则设备保持运转，所有报警统一做报警记录，同时在画面上进行报警显示。

2）仪表控制功能：

详见第3章节：自动化仪表。

3）画面功能：

为了便于生产操作人员的操作、监视、控制和管理，仪表和电气所有画面的编制需考虑高炉系统的功能需求，并参考其多年来生产和操作的特点和习惯以及制定的相关标准。具体画面包括：

设备运转监视画面——监视设备运转状态及阀门类的开闭状态

设备操作画面——设备的启停操作，阀门的开闭操作，系统的启停操作

故障报警画面——记录各设备故障状态便于故障查询和排除

趋势记录画面——记录模拟量的趋势变化

操作记录画面——记录操作工的操作记录

（3）操作方式

考虑到操作工的操作习惯，新增设备的操作方式与原有高炉控制系统保持一致。设备控制采用中央联动和机旁手动两种操作方式：

1）联动操作方式：现场操作箱转换开关在联动位置，由操作人员在HMI操作。联动操作分自动和手动两种模式。

手动模式——在满足联锁的前提下，由操作人员通过HMI画面，手动远程操作单体设备。

自动模式——操作人员在HMI画面上对系统进行启停操作，各设备根据PLC程序按照连锁顺序执行开或闭动作，出现故障，系统自动停，各设备回到安全状态，并根据要求在主画面或报警画面弹出报警。

2）机旁手动操作方式：现场操作箱转换开关在机旁位置，由操作人员在现场直接对设备进行操作，现场手动操作时各设备之间没有电气连锁，该操作方式一般仅用于设备现场调试或检修时使用。

2.3 电气工程

（1）设备布置：本项目不新增电气室及操作室，新增电动阀控制柜安装在现场电动阀门附近。

（2）电气照明

1）电源及电压：照明系统采用380/220V三相四线制。工作照明电压采用AC220V，移动照明电压采用36V。电源引自就近的照明配电箱。

2）照明灯具：采用防水防尘LED投光灯，防爆区域采用防爆灯具。灯具配置灯具配置按照《建筑照明设计标准GB50034-2013》中照度要求进行。

3）电缆工程：所有电缆均选用铜芯阻燃型电缆，控制及信号电缆根据需要使用屏蔽电缆。电缆敷设以现有电缆桥架、电缆井为主，局部辅以钢管敷设。

（3）防雷及接地

本工程为改造项目，在现有电气室或现场增加设备，防雷及接地装置利旧。

所有电气设备正常不带电的金属外壳均可靠接地。

3自动化仪表

3.1 概述

本次改造为实现煤气区域赶引煤气自动操作，仪表主要设计范围为燃气设施相关仪表。

3.2 设计原则

（1）防爆区域设计：煤气放散管管口区域属于防爆2区，相关仪表设备按防爆区域要求设计。

（2）信号处理：新增仪表信号直接接入高炉控制系统，按区域接入煤气清洗PLC和热风炉PLC。控制系统硬件不做改造，软件及画面需做相应更改。

3.3 仪表选型

（1）仪表类型

温度测量：热电阻;

压力测量：智能型压力变送器;

气体流量测量：孔板+差压变送器;

分析仪表：CO分析仪，O2分析仪;

（2）仪表选型

本工程新增检测仪表应尽可能与原系统所用的设备型号和功能相同， 以便维护和备品的配置。

3.4 主要仪表检测功能

重力除尘器放散管CO、O2浓度检测;

快速水封CO、O2浓度检测;

热风炉BFG水封CO、O2浓度检测;

热风炉COG水封CO、O2浓度检测;

BFG水封液位检测（已有）;

LDG水封液位检测（已有）;

COG水封液位检测（已有）;

热风炉区域吹扫氮气流量检测;

3.5电源介质

仪表用电源为交流单相电源220V、50Hz。

本次改造所需仪表电源由现有仪表配电柜中备用回路接出。

3.6仪表接地

接地系统仪表与电气合用，仪表接地纳入统一的电气接地网。

4结语

总之，为确保赶引煤气作业区域及在引送和使用煤气过程中的人员生命和设备安全，杜绝各类事故的发生，为安全顺利生产创造条件，提出一键赶引煤气的要求。为实现这个功能，需要对原有煤气设施、电气及自动化控制功能及自动化仪表进行完善和改造，并做好充足的软硬件功能测试，制定合理的高炉煤气引送方案，从而实现高炉赶引煤气中控自动操作，提高生产效率，保障人员安全。

参考文献

[1] 2019年我國炼铁技术发展评述 [J].王维兴. 世界金属导报.2020（5）

[2] 低氮、低碳、高风温顶燃式热风炉 [J].张蓓. 世界金属导报.2020（6）

[3] 三座热风炉采用“一烧两送热并联”创新工艺 [J]. 冯燕波.天津冶金.2016（14）

[4] 邯钢环保新形势下停开炉技术进步[J].邵久刚. 2018年全国高炉炼铁学术年会摘要集

[5] 关于我国冶金行业安全生产的现状、问题及对策研究 [J].杨馥羽.世界有色金属.2013（18）

[6] 浅析冶金工业冶金生产安全问题及其对策[J].姚恒栋.当代化工研究.2013（18）

[7] 冶金行业安全生产标准发展现状与对策研究[J].王志，陶婷婷.世界有色金属.2013（18）

作者介绍：

毛金玲（1981.11.29-）;女;辽宁朝阳;汉;硕士;中级职称;工程师;冶金自动化;上海市宝信软件股份有限公司。