可编程控制器在干熄焦循环气体取样装置吹扫的应用

安耀栋

（河钢唐钢信息自动化部，河北唐山 063000）

0 引言

在焦化行业生产中，例如干熄焦生产线，焦炭的显热借助于循环气体（主要成分是N2）回收并可用于生产水蒸汽。每吨红焦可产生400 kg 蒸汽（温度约450 ℃、压力4 MPa）。1000 ℃左右成熟的红焦从干熄炉顶部的装入装置装入，130 ℃左右的低温惰性循环气体由循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内，气体吸收红焦显热，并将红焦冷却至低于200 ℃后从干熄炉底部排出。从干熄炉环形烟道出来的高温惰性气体流经干熄焦锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽。冷却后的惰性气体由循环风机重新鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的系统内循环使用。干熄焦生产线上的惰性循环气体主要由N2、CO2、CO、H2和O2等组成，还有不到1%的其他气体。本文介绍的使用工业用仪表氮气全自动反吹疏通气体取样采集装置的方法，适用于管道通径为DN5.5～DN20的易燃易爆气体过滤布袋取样装置的吹扫和疏通。目前，已在唐钢美锦干熄焦生产线成功应用。

1 唐钢美锦干熄焦工艺简介

焦化行业的干熄焦生产线连续生产过程中，焦炉推焦车推出的高温焦炭（1000 ℃）经拦焦车接入焦罐中，然后经焦罐运送电机车、提升机和装入装置等将高温焦炭装入干熄炉。高温焦炭在干熄炉顶存留约1.5 h 后，进入冷却段，与低温的惰性循环气体（主要成分为N2）逆流换热。高温焦炭被冷却至200 ℃以下，经排焦装置输送至筛焦楼。在筛焦楼内完成对焦炭的分级工作，焦炭的分级工作是为了适应不同用户对焦炭块度的要求，块度大于60～80 mm 的焦炭可供铸造使用，40～60 mm 的焦炭供大型高炉使用，25～40 mm 的焦炭供高炉和耐火材料厂竖窑使用，10～25 mm 的焦炭用作烧结机或供小高炉、发生炉使用，小于10 mm 的焦炭供烧结矿石使用。在干熄炉内换热后的循环气体被加热至650 ℃，经斜道、下环道、上环道、一次除尘进入余热锅炉，与水进行热交换，产生热蒸汽。被冷却的循环气体经二次除尘后再经循环风机作用，进入干熄炉循环使用。唐钢美锦干熄焦工艺流程如图1 所示。

图1 唐钢美锦干熄焦工艺流程

2 循环气体成分控制的必要性

循环气体组分中主要控制的是CO2、CO、H2、O2。其中，CO、H2、O2在合理范围内是允许的，CO 组分控制在小于6%，H2组分控制在小于3%，O2组分控制在小于3%。若生产过程中这些组分超出控制允许范围，会给干熄焦连续输出带来影响。干熄焦工艺生产中可通过判断组分气体的含量，及时监测生产系统的运行稳定情况。若负压段泄漏，则O2含量将升高，导致生产能力下降；若循环气体中可燃组分气体成分升高，则表明焦炭成熟度差；干熄炉内循环气体组分的变化表征干熄炉的处理量是否降低；若循环气体内H2含量升高，则反映锅炉存在爆管的安全可能性变大；预存室压力调节阀及放散阀的开度，同样影响循环气体中可燃气体的组分。综上所述，生产工艺要实现对循环气体组分中CO2、CO、H2、O2的准确监测，关键是自动化仪表设备系统必须采取一套实时可行的气体取样分析装置，才能满足生产线的高效稳定运行。

3 干熄焦生产中循环气体取样装置现状

在焦化行业生产中，例如干熄焦生产过程，设计施工人员通常将被测气体经过取样装置引至分析仪表进行测量。由于生产线工艺条件粉尘浓度大或者其他原因，这些取样装置（或过滤布袋）、导管、阀门和取样口的通道部分易被堵塞，导致测量不正常或者不能取样，无法对循环气体组分CO2、CO、H2、O2进行实时测量。为了保障数据可以实时准确测量，不影响生产线高效稳定运行，自动化仪表技术人员要快速响应，及时到现场排除故障。技术人员到现场后要依次拆除装置的取样部件，查找堵塞点，然后使用敲振、升温、冲吹等方法清除堵塞物。特殊情况下，他们还要冒险进入有毒有害的工艺设备现场，或者进行高空危险性作业，有时还必须对工艺设备、保温设施进行破坏性维修。显然，这些方法不但中断了连续生产，又存在安全风险，改进势在必行。

4 方案分析

首先，分析介质取样装置及配套阀门现状，估算出疏通用氮气的上限压力，针对性地制定相应疏通方案。然后，准备一套能提供压力氮气的供气来源，包括一套氮气储气罐（带压力指示的减压器），气源由工业用仪表氮气提供。准备工作完成后，关闭仪表截止阀，吹扫阀门保持全部开启；将疏通系统氮气的出口通过匹配的过程接头与吹扫阀门的进气口相连，检查并确保安全、牢固、可靠；手动开启/关闭吹扫阀门，缓缓打开/关闭吹扫阀门，记录阀门的开度，注意听过滤布袋的响声。当听到气体流过且无明显阻力时，说明过滤布袋已经干净。记录吹扫阀门开度、吹扫时间和吹扫用氮气的压力。通过多次手动取得的数据，在自动吹扫控制系统里标定吹扫时序和吹扫时间。

本文控制部分采用可编程控制器，控制系统硬件部分依托施耐德昆腾67160 系列可编程控制器，软件部分依托UNITY XL6.0 PLC 可编程软件。依据科学、准确的逻辑控制功能，实现控制现场设备的合理启停。程序段如图2 和图3 所示，本应用中的分析仪取样装置如图4 所示。

图2 设备合理启停程序

图3 基于UNITY XL6.0 PLC 可编程软件实现的程序段

图4 本应用中的分析仪取样装置

5 应用效果

本文介绍的采用工业用仪表氮气反吹疏通气体取样装置的方法，能够安全、轻松地清除堵物，达到清理过滤布袋的目的。方法简单，无需人工参与，可以实现全自动，无需破坏原取样系统或者工艺设备，经济实用。避免了高压力气体危险性作业，使用工业用氮气作为吹扫载体，成本低、安全可靠。已经应用于通径DN5.5～DN20 的易燃易爆气体过滤布袋取样装置的吹扫和疏通，效果显著，有效减少了自动化技术人员维护循环气体取样装置的工作量。