氣流床煤氣化工藝磨煤控制系統(tǒng)優(yōu)化

張鵬飛

（河南龍宇煤化工有限公司）

磨煤單元的穩(wěn)定運行和進料煤質(zhì)的穩(wěn)定性是保證生產(chǎn)裝置連續(xù)運轉(zhuǎn)的重要前提，聯(lián)鎖控制系統(tǒng)在高度自動化的化工生產(chǎn)中是保證化工裝置安全平穩(wěn)運行的重要手段。 筆者在保證人員和設(shè)備安全的前提下，對氣流床煤氣化工藝磨煤干燥單元的聯(lián)鎖控制部分進行優(yōu)化，以滿足實際生產(chǎn)需要。

1 工藝原理

在惰性環(huán)境和微負壓條件下， 粒度約為13mm 的碎煤和石灰石在一定的配比下， 進入磨機中被碾磨和干燥。 干燥的熱量是由熱風爐提供的，煤粉的粒度由循環(huán)氣流量、液壓輥的壓力（通常不調(diào)節(jié)）和可調(diào)速的旋轉(zhuǎn)分離器控制。 惰性氣體帶動煤粉進入袋式過濾器完成氣體和粉煤的分離。 循環(huán)氣體的能量靠循環(huán)風機提供。 過濾后大部分氣體被循環(huán)用來維持系統(tǒng)的惰性，約20%的循環(huán)氣體被排放， 以保證系統(tǒng)水含量的平衡，排放氣體中固體濃度小于10mg/Nm3。煤粉通過袋式過濾器分離后, 經(jīng)旋轉(zhuǎn)給料機和螺旋輸送機被送到煤加壓和給料系統(tǒng)。

2 控制系統(tǒng)及聯(lián)鎖優(yōu)化

2.1 控制柜供電系統(tǒng)在線監(jiān)測

控制系統(tǒng)的硬件集成在控制柜內(nèi)，供電系統(tǒng)的穩(wěn)定是硬件正常工作的基礎(chǔ)。 除柜內(nèi)風扇、照明、插座和少數(shù)現(xiàn)場設(shè)備直供220V（AC）外，控制系統(tǒng)硬件工作電壓基本全為24V（DC）（如控制器、卡件及安全柵等）。 為此，柜內(nèi)配置冗余24V（DC）電源轉(zhuǎn)換模塊，將220V（AC）轉(zhuǎn)換為24V（DC），并且電壓可微調(diào)，將電壓分別供至各硬件。

為保證電源模塊正常工作，需加強系統(tǒng)巡檢并測量輸出電壓， 確保輸出電壓在正常工作范圍，但因此增加了巡檢人員的工作強度。 為了能夠及時發(fā)現(xiàn)輸出電壓的異常，控制柜電源的在線監(jiān)測尤為重要。

優(yōu)化方式：從冗余24V（DC）電源模塊的輸出電壓處，各引出一組信號線，串聯(lián)后經(jīng)柜內(nèi)繼電器、端子排至控制系統(tǒng)的DI 卡件，并組態(tài)一個DI點，定義為“供電狀態(tài)”，0 為紅色，1 為綠色。 正常情況下，繼電器吸合，信號到位，“供電狀態(tài)”為綠色，當電壓較低或因故失電時，繼電器斷開吸合，信號消失，“供電狀態(tài)”為紅色，并組態(tài)報警，當信號為0 時，報警彈出，發(fā)出聲音警告，提醒工作人員。

效果： 優(yōu)化后能夠及時發(fā)現(xiàn)供電異常情況，彌補人員巡檢不及時的缺陷。

2.2 石灰石自動下料系統(tǒng)

在碎煤中需加入一定比例的石灰石，其目的是為了調(diào)整原料煤的灰熔點。

優(yōu)化方式：增加石灰石下料順序控制。 順控是按照規(guī)定的順序依次完成各種操作的控制系統(tǒng)，即當條件滿足時會自動執(zhí)行動作，逐步往下進行。 增加石灰石下料系統(tǒng)順控31KS0001，無需工藝人員手動操作，使之能夠向石灰石倉自動下料。 尤其是雙系列石灰石貯倉下料時，為避免同時向石灰石倉下料導(dǎo)致堵料現(xiàn)象發(fā)生，當一個系列順控在運行時另一個順控處于暫停狀態(tài)，并且不允許人員操作。 為有效控制石灰石的添加周期，可提前設(shè)置好順控中的進料時間、等待時間和流化時間。

效果：優(yōu)化后降低了工藝人員和設(shè)備檢修人員的勞動強度，提高了控制系統(tǒng)自動化率。

2.3 磨機主電機聯(lián)鎖

磨機主電機聯(lián)鎖的目的是為了保護磨機，避免磨機在危況下運行，造成設(shè)備損壞，危及人身安全，影響下游工藝。 原始聯(lián)鎖設(shè)計如圖1 所示。

圖1 原始聯(lián)鎖設(shè)計

優(yōu)化方式為增加以下聯(lián)鎖：

a. 熱風爐火檢信號消失+旋轉(zhuǎn)分離器混合物溫度低；

b. 旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速低低；

c. 熱風爐膛溫度高高；

d. 磨機惰性氣體含氧量高高延時60s；

e. 煤粉貯倉稱重高高；

f. 磨輥密封氮氣與一次風壓差低低；

g. 旋轉(zhuǎn)分離器壓差高高；

h. 報警復(fù)位。

效果： 優(yōu)化后減少了磨機一些不必要的停機，降低了磨機在危況下的運行風險，提高了磨機安全運行指數(shù)。

2.4 磨機控制系統(tǒng)PLC 通信優(yōu)化

原磨煤系統(tǒng)磨機設(shè)備由潤滑油站、 液壓油站、分離器、主磨機、盤車裝置及電儀控制系統(tǒng)等組成，設(shè)計控制方案為：

a. DCS 遠程監(jiān)視磨機各設(shè)備運行狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)，包括各機泵啟停狀態(tài)、磨輥溫度、減速機推力瓦溫度、輸出軸溫度、振動值、主電機軸溫、繞組溫度、分離器油池溫度、潤滑油溫度與壓力及液壓站油壓等。

b. 磨機設(shè)備配套機泵的遠程操作控制經(jīng)由隨主設(shè)備配置的PLC 系統(tǒng)進行信號轉(zhuǎn)接后，由PLC 輸出控制機泵啟停，PLC 實現(xiàn)對密封風機、拉緊電機、潤滑油站高低壓油泵、分離器變頻器的啟?？刂?， 并輸出報警和跳車總信號去DCS，由DCS 實現(xiàn)磨機主電機的聯(lián)鎖保護，DCS 系統(tǒng)接收到PLC 送來的總故障信號后執(zhí)行磨機設(shè)備停止指令，其控制信號流程如圖2 所示。

因設(shè)備監(jiān)控操作牽連PLC、DCS、電氣高低壓以及工藝設(shè)備，控制信號交叉連接，磨機系統(tǒng)啟動異?；虍惓ＭC時，故障具體原因難以快速查找。 設(shè)備監(jiān)控操作配置繁雜冗贅，不利于日常維護，不便于集中操作管理，增加日常元器件備件費用。

優(yōu)化方式為將磨機PLC 系統(tǒng)從整個控制回路中去除， 使磨機設(shè)備的控制邏輯在DCS 中實現(xiàn)，具體如下：

a. DCS 遠程啟停密封風機；

b. DCS 遠程啟停高低壓油泵，實現(xiàn)高低壓油泵油壓低啟備泵的聯(lián)鎖，實現(xiàn)高低壓油泵互備聯(lián)鎖；

c. DCS 遠程啟停液壓站電機，實現(xiàn)液壓油壓力與液壓電機自動啟停聯(lián)鎖；

圖2 磨機設(shè)備控制信號流程

d. 磨機設(shè)備的儀表測量信號進入DCS 系統(tǒng)實現(xiàn)磨機停機邏輯，增加油泵運行信號聯(lián)鎖磨機停機邏輯，增加高壓油泵壓力低低聯(lián)鎖磨機停機邏輯；

e. 增加高壓油泵壓力遠傳壓力信號。

效果有以下方面的表現(xiàn)：

a. 整個控制方案清晰明確，利于日常維護管理，節(jié)約元器件備件費用；

b. 無控制器之間的信號反復(fù)傳遞，避免了繁雜的信號回路，降低了設(shè)備故障點和故障率；

c. 設(shè)備啟停故障和運行期間故障的查詢與分析更準確、快捷；

d. 所有運行參數(shù)均引入DCS 遠程監(jiān)視，所有機泵啟停均可在DCS 遠程操作， 聯(lián)鎖邏輯明晰；

e. 符合提高工廠自動化水平的要求， 依據(jù)“集中操作”原則，整個系統(tǒng)的監(jiān)控可在中控DCS中實現(xiàn)，降低了現(xiàn)場巡檢工作量。

2.5 關(guān)鍵設(shè)備生命周期在線監(jiān)控

為監(jiān)控磨機等現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備和機泵的生命周期，在程序中實現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備和機泵的運行時間累積。

優(yōu)化方式為增加設(shè)備的在線監(jiān)控：

a. 組態(tài)程序，檢測設(shè)備運行反饋，當運行反饋信號為真時，計時器開始計時，記錄設(shè)備運行時間；當運行反饋信號消失（即設(shè)備停運）時，計時停止；當設(shè)備再次運行時，計時器開始累積計時，周而復(fù)始。

b. 將計時器累積總時間換算為天、 時、 分、秒，并在運行界面上顯示。

c. 增加計時復(fù)位功能，根據(jù)實際需求，可手動進行運行時間復(fù)位操作，在運行界面上制作復(fù)位按鈕，并輔以二次確認。

d. 實現(xiàn)設(shè)備的“總運行時間”和“本次運行時間”兩種運行周期監(jiān)測。 對設(shè)備的生命周期有直觀的數(shù)字認知。

效果：通過觀察設(shè)備運行總周期，可直觀掌握設(shè)備使用壽命，工藝方面亦可及時對設(shè)備進行倒泵操作或計劃檢修，預(yù)先抑制設(shè)備故障發(fā)生的苗頭。

2.6 增加聯(lián)鎖首出

優(yōu)化方式：使用因果矩陣功能塊，引入磨機、熱風爐及給煤機等聯(lián)鎖條件， 當聯(lián)鎖觸發(fā)時，因果矩陣功能塊能夠記錄跳車數(shù)值，通過換算可以定位到具體的聯(lián)鎖條件。 如此，則能夠快速地查詢到跳車原因。 同時，在上位機監(jiān)控界面中，在聯(lián)鎖觸發(fā)條件前以三角形進行標記，聯(lián)鎖未觸發(fā)時隱藏，聯(lián)鎖觸發(fā)時顯現(xiàn)，并用紅黃交替閃爍提醒。當聯(lián)鎖條件消失時，通過手動復(fù)位，界面恢復(fù)正常。

效果： 工藝人員可以直觀地了解跳車原因，及時對跳車原因進行排查并對工藝操作進行優(yōu)化。

3 結(jié)束語

通過對磨煤控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，可使設(shè)備在緊急情況下安穩(wěn)停車，降低設(shè)備損壞風險；同時提高了系統(tǒng)的自動化程度，使工藝問題分析更加快捷直觀；對設(shè)備使用壽命做到心中有數(shù)、隨時掌控，及時制定檢修計劃，遏制危及設(shè)備正常運行的隱患苗頭，實現(xiàn)裝置安全、穩(wěn)定、長周期、滿負荷、優(yōu)質(zhì)運行。