煤粉過濾器反吹控制系統(tǒng)升級改造

王常凱

（河南中原大化集團儀表工程公司，河南濮陽 457004）

0 引 言

河南煤業(yè)化工集團中原大化公司500kt／a甲醇項目，其煤氣化裝置采用殼牌（Shell）干煤粉加壓氣化工藝。其中，氣化裝置煤粉袋式過濾器S1103A／B、S1201A／B，為磨煤及輸送單元重要設備。S1103A／B、S1201A／B中任何一臺出現(xiàn)問題，將造成氣化煤粉輸送單元單系列運行，氣化爐負荷減半，帶來非常大的經(jīng)濟損失。其煤粉反吹控制系統(tǒng)，均為西門子S7－300系統(tǒng)獨立控制，其處理器為單卡，不符合現(xiàn)代自動化控制的安全要求，另外，沒有通信卡，監(jiān)控操作必須到現(xiàn)場操作，十分不便；并且其控制方案有不是很完善的地方，存在一定的安全隱患。公司決定在2012年年度大修中對S1103A／B、S1201A／B進行升級改造。

S1103A／B、S1201A／B反吹控制系統(tǒng)由S7－300PLC系統(tǒng)升級為S7－400PLC冗余系統(tǒng)，并把現(xiàn)場S7－300PLC控制盤指示的二次表顯示引入DCS顯示；在利用原有控制柜中信號線的基礎(chǔ)上，優(yōu)化I／O點，僅對PLC進行冗余改造，既節(jié)省投資，又可以節(jié)約施工周期。

1 工藝簡介

殼牌煤氣化工藝的給煤系統(tǒng)采用干粉加壓給料法。中原大化采用2套磨煤系統(tǒng)對應2套輸送系統(tǒng)進行煤粉的加壓輸送，每套系統(tǒng)向氣化爐的兩個對置的煤燒嘴供煤。煤粉過濾器位于煤粉鎖斗上部，對輸送合格煤粉起著非常重要的作用。

以煤粉袋式過濾器S1103A／B為例，其技術(shù)參數(shù)及工作原理簡介如下。

1.1 S1103A／B技術(shù)參數(shù)（表1）

1.2 工作原理

（1）工作工況

含塵氣體從灰斗進入裝有濾袋的過濾室，粉塵被阻留在濾袋外面，干凈氣體則透過濾袋，并經(jīng)凈氣室、排風管、風機和排氣筒排入大氣中。

（2）清灰工況

當濾袋外壁的粉塵層逐漸增厚，除塵器阻力隨之增高，在達到設定的壓力值或清灰時間后，即逐漸輪流進行脈沖噴吹清灰。清灰開始時，電磁控制閥打開脈沖閥，噴吹管便與氣包相通，壓縮空氣（p＝0.15～0.25MPa）經(jīng)噴吹口噴向濾袋，在噴吹的瞬間（0.065～0.085s），高速的壓縮空氣流在其周圍產(chǎn)生負壓，形成引射作用，又可從周圍吸入約5～7倍于壓縮空氣的氣體，壓縮空氣和引射氣流一道射入濾袋內(nèi)部；由于噴射時濾袋發(fā)生全面抖動和由里向外的反吹氣流的作用，便可有效地清除掉附著、堆積在濾袋外表的粉塵（掉入灰斗中），如此完成全部濾袋的清灰過程。清灰完畢后，恢復正常過濾狀態(tài)，進入運行周期。落入灰斗的粉塵由空氣斜槽排放。

表1 S1103A／B技術(shù)參數(shù)

2 反吹控制系統(tǒng)的升級改造

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（圖1）

據(jù)給煤系統(tǒng)工藝要求，在原S7－300系列PLC的基礎(chǔ)上，將控制系統(tǒng)升級改造為S7－400系列PLC，并與DCS系統(tǒng)結(jié)合，按分散控制、集中管理的原則對整個控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)控及對現(xiàn)場設備的控制。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

2.2 總體改造思路

（1）增加一面控制柜，用于安裝S7－400CPU安裝導軌。并在其上安裝電源模塊PS407、S7－400冗余CPU，及配套同步模塊和通信模塊CP。

（2）采用西門子分布式PROFIBUS－DP冗余通信方式，將原四套粉煤反吹系統(tǒng)S1103A／B、S1201A／B整合為一套冗余控制系統(tǒng)，通過接口模塊IM153－2與CPU通信。

（3）在原S1103A／B系統(tǒng)上分別增加3塊16點DO數(shù)字量輸出模塊，原S1201A／B系統(tǒng)上分別增加1塊16點DO數(shù)字量輸出模塊。并相應完善控制方案，將各倉室脈沖閥分開激勵。

（4）完善控制柜內(nèi)控制回路，增加中間繼電器及配套底座和安裝導軌。增加端子排，并完善接線。系統(tǒng)預留工程師維護編程接口，實現(xiàn)操作人員在主控室即可進行管理、調(diào)試和監(jiān)控。

2.3 編程設計

以S1103A為例進行介紹。S7－400PLC在S1103A控制系統(tǒng)中所實現(xiàn)的功能：80臺反吹閥（A1～A80）實現(xiàn)了順序啟動，每個閥門觸發(fā)時間200ms，閥門之間動作間隔為5s、8s、10s三種動作頻率可選擇（如圖2），啟動PLC現(xiàn)場啟動與DCS遠程啟動可選擇，監(jiān)控點（溫度、壓差、壓力、開關(guān)等）全部以現(xiàn)場總線方式引入DCS控制系統(tǒng)監(jiān)控，從而實現(xiàn)各倉室脈沖閥分開激勵。

圖2 脈沖閥自動運行程序流程

3 結(jié) 語

西門子S7－400H冗余系統(tǒng)較之原S7－300系統(tǒng)，可實現(xiàn)冗余控制，在安全和處理速度上均有質(zhì)的飛躍。通過接口模塊，可以實現(xiàn)與原4套系統(tǒng)的無縫連接；通過安裝通信模塊，主控可實現(xiàn)監(jiān)控和操作。同時，對原系統(tǒng)中的隱患進行整改，增加模塊、繼電器和端子排，徹底消除影響生產(chǎn)穩(wěn)定的不安全因素。S7－400H系統(tǒng)具備很高的可用性，其應用領(lǐng)域廣泛：

·控制器發(fā)生故障后再啟動的費用十分昂貴的場合（一般為過程控制工業(yè)），如發(fā)生停機，將會造成重大的經(jīng)濟損失；

·過程控制中包含有貴重的材料；

·無人管理的應用場合；

·需減少維護人員的場合。

自動化控制領(lǐng)域中，有容錯功能和高可靠性的自動化系統(tǒng)的應用越來越多。如氣化煤粉反吹系統(tǒng)，系統(tǒng)停機將帶來巨大的經(jīng)濟損失。在這種情況下，只有冗余系統(tǒng)才能滿足高可靠性的要求。高可靠性的SIMATIC S7－400H能充分滿足這些要求。它能連續(xù)運行，即使控制器的某些部件（一個或幾個）出現(xiàn)故障而失效也不受影響。