高爐風(fēng)機撥風(fēng)保安系統(tǒng)在重鋼的應(yīng)用

沈勇革,黃龍強,孫 紅

熱電

高爐風(fēng)機撥風(fēng)保安系統(tǒng)在重鋼的應(yīng)用

沈勇革,黃龍強,孫 紅

(重慶鋼鐵股份有限公司,重慶401220)

為保證重鋼新區(qū)保證高爐安全穩(wěn)定生產(chǎn)，防止風(fēng)機斷風(fēng)事故發(fā)生，對高爐風(fēng)機撥風(fēng)保安系統(tǒng)進行了一系列研究，在原系統(tǒng)上采取了一些改進措施，取得了顯著效果，提高了撥風(fēng)系統(tǒng)安全運行的可靠性。

高爐風(fēng)機；撥風(fēng)；保安

1 引言

鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，煉鐵是最關(guān)鍵的工藝，具有連續(xù)性生產(chǎn)的特點；煉鐵是向高爐內(nèi)部鼓風(fēng)，讓有一定壓力和流量的空氣托起礦石和焦炭，進行高溫化學(xué)反應(yīng)；高爐風(fēng)機因故斷風(fēng)后，會引起高爐設(shè)備損壞，恢復(fù)時間長。根據(jù)送風(fēng)管口灌渣鐵的程度，高爐要恢復(fù)生產(chǎn)需要10~20 h；恢復(fù)到正常狀態(tài)一般需要3~ 7 d，嚴(yán)重時需要半個月；灌渣事故將嚴(yán)重影響高爐乃至整個鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營，直接和間接損失巨大，所以必須為高爐配置高可靠性的供風(fēng)設(shè)備，保證高爐供風(fēng)系統(tǒng)安全可靠運行。為了避免高爐在供風(fēng)系統(tǒng)突發(fā)故障時發(fā)生的突然斷風(fēng)，致使高爐發(fā)生“坐料”及“風(fēng)口灌渣”重大事故，還必須配備可靠的安全冗余保障措施，即高爐風(fēng)機撥風(fēng)保安系統(tǒng)，實現(xiàn)各套鼓風(fēng)機組之間在緊急情況下的撥風(fēng)互保系統(tǒng)，實現(xiàn)對高爐的不間斷供風(fēng)。本文重點敘述高爐風(fēng)機撥風(fēng)保安系統(tǒng)在重鋼新區(qū)的應(yīng)用及如何提高撥風(fēng)系統(tǒng)的可靠性。

2 高爐風(fēng)機撥風(fēng)保安系統(tǒng)建設(shè)的基本情況

重鋼新區(qū)能控中心1#、2#、3#、4#電動風(fēng)機是分別為股份公司1#高爐、2#高爐、3#高爐配套的工業(yè)風(fēng)供給設(shè)備。電動風(fēng)機配套為大型同步電動機，對電網(wǎng)可靠性和電能質(zhì)量要求很高，受電網(wǎng)供電可靠性及風(fēng)機系統(tǒng)自身可靠性的影響，單臺風(fēng)機很難做到不出現(xiàn)故障停機事故。如果運行的風(fēng)機因故停機“斷風(fēng)”后，將造成高爐風(fēng)口灌渣的嚴(yán)重事故，給高爐造成重大損失。因此，高爐生產(chǎn)對高爐風(fēng)機提出了高可靠性供風(fēng)的技術(shù)要求，重鋼新區(qū)在建設(shè)時就采用了當(dāng)今先進的高爐風(fēng)機撥風(fēng)保安技術(shù)，并與高爐同步建設(shè)投運。

重鋼新區(qū)高爐風(fēng)機撥風(fēng)系統(tǒng)是由中冶賽迪設(shè)計和設(shè)備成套，程序設(shè)計是由上海德左編制的，2011年投運以來，由于在工藝、控制、電氣設(shè)計上存在一些缺陷，設(shè)備存在一些隱患，致使2011年發(fā)生的幾次撥風(fēng)動作都不成功，給公司生產(chǎn)帶來較大影響。針對存在的問題，相關(guān)技術(shù)人員對撥風(fēng)系統(tǒng)存在的缺陷和隱患進行了全面的分析和清理，對工藝、電氣、控制系統(tǒng)在提高可靠性上進行了一系列的研究和改進，使撥風(fēng)系統(tǒng)的可靠性得到大幅度的提高，在2012年和2013年的數(shù)次風(fēng)機故障斷風(fēng)時，撥風(fēng)系統(tǒng)都可靠動作，對高爐安全穩(wěn)定生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

3 高爐風(fēng)機撥風(fēng)保安系統(tǒng)工藝簡介

3.1 撥風(fēng)系統(tǒng)組成

撥風(fēng)系統(tǒng)組成：撥風(fēng)保安系統(tǒng)由以下主要部分組成：3組撥風(fēng)管道、6個電動隔離閥及三個電動撥風(fēng)閥?，F(xiàn)場檢測儀表、PLC控制系統(tǒng)及上位機操作站。工藝流程圖見圖1。

圖1 重鋼新區(qū)高爐電動風(fēng)機撥風(fēng)保安系統(tǒng)工藝流程圖

撥風(fēng)閥動作時間是10 s，保證快速撥風(fēng)。壓力變送器采用三點檢測，確保壓力值的準(zhǔn)確可靠。開關(guān)量：高爐休風(fēng)信號、風(fēng)機安全運行、送風(fēng)閥狀態(tài)、防逆流閥狀態(tài)、電機跳閘等信號。

3.2 撥風(fēng)條件

(1)主電機跳閘信號；

(2)放風(fēng)閥全開或風(fēng)機安全運行信號；

(3)止回閥全關(guān)信號；

(4)正常風(fēng)管高爐送風(fēng)壓力（大于0.22 MPa），故障風(fēng)管壓力（低于0.22 MPa）。

3.3 控制原理

(1)高爐撥風(fēng)保安系統(tǒng)：當(dāng)一臺運行的風(fēng)機發(fā)生故障供風(fēng)中斷后，立即由另一臺正常運行風(fēng)機向故障風(fēng)機所對應(yīng)供風(fēng)管道調(diào)撥一定量的工業(yè)風(fēng)，來防止故障風(fēng)機所供高爐風(fēng)口灌渣事故發(fā)生，同時又要保證風(fēng)機正常供風(fēng)的高爐不受影響。

(2)動作過程：當(dāng)高爐均正常生產(chǎn)時，對應(yīng)的電機運行狀態(tài)、止回閥、送風(fēng)閥均開啟。當(dāng)高爐風(fēng)機故障時，其對應(yīng)止回閥都將關(guān)閉，送風(fēng)總管流量減少、壓力降低，自動控制裝置按照程序設(shè)定進行邏輯分析判斷。當(dāng)滿足撥風(fēng)條件：安全運行、電機跳閘、止回閥關(guān)閉信號PLC系統(tǒng)收到，正常風(fēng)管高爐送風(fēng)壓力（大于0.22 MPa），故障風(fēng)管壓力（低于0.22 MPa），PLC系統(tǒng)發(fā)出控制撥風(fēng)的信號，撥風(fēng)閥快速打開（時間10 s內(nèi)），保證故障風(fēng)機對應(yīng)高爐不發(fā)生灌渣現(xiàn)象。

(3)待事故高爐渣鐵出完后，解除撥風(fēng)系統(tǒng)連鎖信號，根據(jù)鼓風(fēng)機風(fēng)壓及被撥風(fēng)高爐的工況，緩慢關(guān)閉撥風(fēng)閥，撥風(fēng)系統(tǒng)退出完成。以后根據(jù)高爐需要并投入連鎖信號，使撥風(fēng)系統(tǒng)處于準(zhǔn)備撥風(fēng)狀態(tài)。

3.4 撥風(fēng)控制順序

PLC可以按事先設(shè)定的程序?qū)崿F(xiàn)控制。在3座高爐同時運行時，為了防止兩臺正常風(fēng)機同時向事故風(fēng)機撥風(fēng)，設(shè)定了1#、2#、3#撥風(fēng)管的動作優(yōu)先級：2#風(fēng)管撥1#風(fēng)管（1#撥風(fēng)閥動作）,3#風(fēng)管撥2#風(fēng)管（2#撥風(fēng)閥動作）,1#風(fēng)管撥3#風(fēng)管（3#撥風(fēng)閥動作）；假設(shè)1，2，3號風(fēng)機運行，對應(yīng)給1，2，3號風(fēng)管送風(fēng)。1對1，2對2，3對3。

1，2號風(fēng)管之間為1#撥風(fēng)閥，2，3號風(fēng)管為2#撥風(fēng)閥，1，3號風(fēng)管道為3#撥風(fēng)閥；如果在運行過程中，1#風(fēng)機重故障停止，1#風(fēng)管壓力小于0.22 MPa, 2#風(fēng)管道壓力高與0.22 MPa,則1#撥風(fēng)閥開,2#管道為1#管道撥風(fēng),如果2#管道壓力小于0.22 MPa,3#管道高于0.22 MPa,則3#撥風(fēng)閥開,3#管道為1#管道撥風(fēng)。

3.5 控制邏輯

撥風(fēng)保安系統(tǒng)控制邏輯設(shè)計圖（以1#撥風(fēng)調(diào)節(jié)閥控制為例）見圖2。

圖2 撥風(fēng)保安系統(tǒng)控制邏輯設(shè)計圖

4 高爐風(fēng)機撥風(fēng)保安系統(tǒng)運行狀況及存在問題

因檢測設(shè)備故障、通訊故障、控制系統(tǒng)異常、撥風(fēng)閥操作電源異常、控制參數(shù)設(shè)置不合理等原因，都將造成高爐風(fēng)機撥風(fēng)保安系統(tǒng)撥風(fēng)動作失敗，經(jīng)過實際運行，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

4.1 控制系統(tǒng)設(shè)計不完善問題

撥風(fēng)系統(tǒng)采集的1#、2#、3#風(fēng)機運行信號是通過通訊方式傳送的，一旦通訊出現(xiàn)問題，撥風(fēng)將不能可靠實現(xiàn)；撥風(fēng)控制系統(tǒng)只有一套上位機，一旦死機，撥風(fēng)系統(tǒng)將無法正常操作。

4.2 壓力檢測的可靠性問題

如撥風(fēng)壓力檢測是關(guān)鍵信號，原設(shè)計只有一個壓力檢測信號，由于檢測裝置的可靠性不高，影響撥風(fēng)條件的判斷；

4.3 撥風(fēng)系統(tǒng)單電源供電問題

高爐鼓風(fēng)機站原設(shè)計系統(tǒng)為單電源供電，一旦發(fā)生對應(yīng)供電系統(tǒng)停電事故，將造成電動撥風(fēng)閥無操作電源，不能實現(xiàn)撥風(fēng)功能；

4.4 撥風(fēng)閥電源質(zhì)量問題

撥風(fēng)閥設(shè)計是電動閥，撥風(fēng)操作要求在事故發(fā)生后很短時間內(nèi)完成，所以對其操作電源的電能質(zhì)量要求高，但高爐風(fēng)機停機事故往往是由于電網(wǎng)事故引發(fā)，事故狀態(tài)下其電能質(zhì)量很難保證對操作撥風(fēng)閥的要求。

4.5 撥風(fēng)閥的行程開關(guān)問題

由于止回閥行程開關(guān)安裝不合理，造成動作不準(zhǔn)確，致使幾次撥風(fēng)不成功；

4.6 撥風(fēng)壓力參數(shù)的確定

撥風(fēng)壓力參數(shù)的確定是撥風(fēng)條件滿足的關(guān)鍵參數(shù)之一，關(guān)系到確保故障風(fēng)機對應(yīng)高爐不堵風(fēng)口及非故障風(fēng)機對應(yīng)高爐的安全運行。

5 技術(shù)研究與改進

5.1 PLC控制系統(tǒng)改進

3臺風(fēng)機與撥風(fēng)系統(tǒng)是獨立的4套PLC控制系統(tǒng)，信號采集采用的是通訊方式，為了提高信號傳輸?shù)目煽啃?，重新敷設(shè)通訊光纖，采用環(huán)網(wǎng)方式組網(wǎng)，避免信號采集的中斷；為了防止一臺計算機死機，撥風(fēng)系統(tǒng)將無法操作，增加一個冗余的操作站，保證控制系統(tǒng)的可靠性。

5.2 壓力檢測信號的整改

在三個送風(fēng)管道上各增加了2個壓力檢測遠傳信號，壓力信號采用三選二邏輯方式，提高壓力信號可靠性。

5.3 電源系統(tǒng)的改造

高爐鼓風(fēng)機站撥風(fēng)系統(tǒng)原設(shè)計為單電源供電，一旦本站對應(yīng)母線發(fā)生停電事故，將造成電動撥風(fēng)閥無操作電源，不能實現(xiàn)撥風(fēng)功能，為此對電源系統(tǒng)進行了優(yōu)化整改，由單電源供電改為雙路電源供電。

5.4 增設(shè)電源

為了確保在事故狀態(tài)下?lián)茱L(fēng)閥的可靠供電，增設(shè)了一臺容量為15kVA的EPS電源，當(dāng)市電正常時撥風(fēng)閥由市電供電，一旦市電失電或系統(tǒng)發(fā)生大幅度電壓跌落時，EPS將在2~4 ms內(nèi)提供逆變電源；同時為PLC控制系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)增設(shè)了一臺UPS電源，保證了撥風(fēng)閥和撥風(fēng)PLC控制系統(tǒng)的供電可靠性。

5.5 對止回閥行程開關(guān)的改進，增加了雙行程開關(guān)

由于止回閥行程開關(guān)安裝的原因，造成幾次撥風(fēng)不成功。主要原因是止回閥安裝不合理，當(dāng)止回閥在關(guān)閥過程中，由于重錘的作用力度較大，導(dǎo)致行程開關(guān)位置傾斜，接點未閉合，信號未發(fā)出。經(jīng)過多次的研究與分析，進行了改造：準(zhǔn)確測量行程開關(guān)的動作范圍，調(diào)整了行程開關(guān)的安裝位置，制作了專門固定行程開關(guān)的支架，并在重錘轉(zhuǎn)動的圓盤上加裝了一個圓弧面，當(dāng)與行程開關(guān)接觸時，不會造成行程開關(guān)損壞或傾斜；在設(shè)計安裝行程開關(guān)90毅的位置，新加裝一個同樣的行程開關(guān)，接線并聯(lián)，組成或門邏輯，其中任何一個開關(guān)動作，均能發(fā)出止回閥到位信號。

5.6 撥風(fēng)參數(shù)壓力的確定

利用高爐修風(fēng)時間，在不影響高爐生產(chǎn)情況下，多方配合，對撥風(fēng)條件的重要參數(shù)風(fēng)機出口壓力進行多次試驗，將原設(shè)計的小于或等于0.15 MPa動作條件修改為小于0.22 MPa，達到了防止故障風(fēng)機所供高爐風(fēng)口不發(fā)生灌渣事故，且正常供風(fēng)的高爐不發(fā)生爐況急劇變化而休風(fēng)運行的目標(biāo)。

5.7 控制邏輯的確定及撥風(fēng)順序的實驗

目前鼓風(fēng)機站電動風(fēng)機是三用一備，分別對應(yīng)三座高爐。為了實現(xiàn)：“二撥一”控制的可靠性。確定了撥風(fēng)控制邏輯，撥風(fēng)控制順序（避免2個送風(fēng)管道同時向一臺故障風(fēng)機對應(yīng)的送風(fēng)管道撥風(fēng)，影響正常高爐的運行）。做了撥風(fēng)順序的實驗：2#風(fēng)管撥1#風(fēng)管、3#風(fēng)管撥2#風(fēng)管、1#風(fēng)管撥3#風(fēng)管。

5.8 撥風(fēng)條件的反復(fù)確認

撥風(fēng)成功與否，撥風(fēng)條件的確定至關(guān)重要。經(jīng)過項目組反復(fù)開會討論，確定了撥風(fēng)條件：主電機跳閘信號到；放風(fēng)閥全開或風(fēng)機安全運行信號到；止回閥全關(guān)信號到；正常風(fēng)管高爐送風(fēng)壓力大于0.22 MPa，故障風(fēng)管壓力低于0.22 MPa。滿足這些條件，就開始撥風(fēng)。

5.9 系統(tǒng)設(shè)置重要參數(shù)的歷史趨勢記錄，便于動作后分析判斷

在撥風(fēng)系統(tǒng)增加撥風(fēng)閥閥位開度信號、出口壓力（新增2點）等歷史趨勢；還增加了風(fēng)機運行狀態(tài)信號記錄，對每次撥風(fēng)動作過程進行跟蹤記錄，有利于對每次動作過程進行分析評價。

6 應(yīng)用效果

6.1 重鋼新區(qū)高爐風(fēng)機撥風(fēng)控制系統(tǒng)從2010年投入試運行，由于在工藝、控制、電氣設(shè)計上存在一些缺陷，設(shè)備存在一些隱患，致使2011年發(fā)生的幾次撥風(fēng)動作都不成功，給公司生產(chǎn)帶來較大影響。

6.2 經(jīng)過研究和改進后，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，在2012年內(nèi)撥風(fēng)5次，2013年內(nèi)撥風(fēng)4次，成功率均達到100%，實現(xiàn)了對高爐高可靠的撥風(fēng)保安功能。

The Application of Air Dispense Protection System for Blast Furnace Blower in Chongqing Steel

Shen Yongge,Huang Longqiang,Shun Hong
(Chongqing Iron and Steel Co.,Ltd.,Chongqing 401220,China)

To ensure stable production of the blast furnace and prevent the occurrence of wind supply failure of the blower,the air dispensation protection system of blast furnace was studied and some improvement measures were taken to modify the original system,which achieved significant effect and improved the operation reliability of the air dispensation sys原tem.

BF blower;air dispensation;protection

TH44

B

1006-6764（2014）10-0033-05

2014-06-10

沈勇革（1963-），男，大學(xué)本科學(xué)歷，高級工程師，現(xiàn)從事能源技術(shù)管理工作。