鍍鋅線過熱水循環(huán)系統(tǒng)技術(shù)改造

供稿|方錕，胡俊，余瓊 / FANG Kun, HU Jun, YU Qiong

作者單位：馬鋼(合肥)板材有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230001

內(nèi)容導(dǎo)讀本文介紹了連續(xù)熱鍍鋅線過熱水循環(huán)系統(tǒng)的工作原理，并從實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的硬件和軟件存在原始設(shè)計(jì)不足和操作不便。通過對(duì)過熱水補(bǔ)水系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)了過熱水運(yùn)行的穩(wěn)定性，解決了膨脹罐壓力波動(dòng)大影響整個(gè)過熱水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的問題；新增的儲(chǔ)水罐解決了氣體進(jìn)入過熱水系統(tǒng)的問題，無需手動(dòng)去爐頂對(duì)過熱水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行排氣，減輕了工作強(qiáng)度；過熱水補(bǔ)水操作畫面修改等優(yōu)化改造大大提高了操作的便捷性，實(shí)現(xiàn)了過熱水循環(huán)系統(tǒng)的可靠高效使用。

在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線中，清洗段需要熱脫鹽水用于清洗帶鋼表面的油污和鐵粉[1]。熱脫鹽水采用與余熱回收及蒸汽加熱的過熱水循環(huán)系統(tǒng)換熱制取。馬鋼(合肥)板材有限責(zé)任公司連續(xù)熱鍍鋅線過熱水循環(huán)系統(tǒng)采用節(jié)能優(yōu)化技術(shù)，根據(jù)流體力學(xué)與熱交換原理，通過對(duì)系統(tǒng)中水泵、閥門與管網(wǎng)、換熱器、補(bǔ)水罐等單元進(jìn)行優(yōu)化控制，將閉路循環(huán)的過熱水終端的溫度、流量和工藝參數(shù)嚴(yán)格控制在設(shè)定的區(qū)間內(nèi)，達(dá)到吸收退火爐排放的熱量并加熱清洗脫鹽水的目的。

過熱水循環(huán)系統(tǒng)的工藝原理

工藝流程

連續(xù)熱鍍鋅線CGL機(jī)組過熱水循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)流程：過熱水循環(huán)系統(tǒng)中閉路循環(huán)的過熱水與清洗段清洗脫鹽水換熱后溫度下降到80 ℃左右，通過增壓泵將過熱水水壓提升到8.5 bar后，輸送到退火爐冷卻段及廢氣排放的熱交換器，吸收這兩個(gè)區(qū)域的氣體熱量并使氣體介質(zhì)冷卻，過熱水溫度會(huì)上升到110～125 ℃。過熱水在進(jìn)入清洗段換熱前，過熱水還會(huì)經(jīng)過一個(gè)蒸氣換熱器，根據(jù)需要補(bǔ)充熱量，確保過熱水溫度高于120 ℃。在過熱水循環(huán)系統(tǒng)中還配置了一臺(tái)膨脹罐，使用減壓后的瓶裝氮?dú)獗３止迌?nèi)壓力在5～6 bar，以穩(wěn)定從清洗段回來的過熱水壓力，并通過補(bǔ)水以保持罐內(nèi)液位。過熱水循環(huán)系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 過熱水循環(huán)系統(tǒng)工藝流程圖

電氣控制組成

本系統(tǒng)采用西門子S7-400PLC作為核心控制器。通過Profibus網(wǎng)絡(luò)分別連接ET200遠(yuǎn)程站，采集現(xiàn)場壓力和溫度等信號(hào)；連接DP耦合器，連接G120變頻器，來驅(qū)動(dòng)增壓泵進(jìn)行循環(huán)水壓力控制。

系統(tǒng)工作原理

兩臺(tái)循環(huán)水泵一用一備，根據(jù)水泵出口的實(shí)際壓力通過PID閉環(huán)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定壓力(一般設(shè)置為8.5 bar)。FCV03A、FCV03B兩個(gè)調(diào)節(jié)閥使用分程調(diào)節(jié)方式，控制與爐子冷卻段換熱的過熱水水量，并使用PID閉環(huán)控制使此段換熱出口溫度穩(wěn)定。TCV04為蒸汽換熱調(diào)節(jié)閥，也使用PID閉環(huán)控制自動(dòng)調(diào)節(jié)方式，保證過熱水溫度超過120 ℃。FCV05則是一個(gè)旁通調(diào)節(jié)閥，當(dāng)清洗段用水流量變化時(shí)，此閥門根據(jù)泵前的流量計(jì)檢測的實(shí)際流量與設(shè)定流量比較，通過PID自動(dòng)調(diào)節(jié)方式控制閥門的開口度，以滿足過熱水循環(huán)系統(tǒng)的流量要求。

原設(shè)計(jì)存在的問題

原設(shè)計(jì)存在的問題：(1)補(bǔ)水管網(wǎng)不能保證水量，補(bǔ)水時(shí)會(huì)將補(bǔ)水管網(wǎng)中的空氣帶入膨脹罐；(2)膨脹罐內(nèi)過熱水和加壓的氮?dú)獠桓綦x，空氣氮?dú)庠谒杏幸欢ǖ娜芙舛龋㈦S著溫度升高而增加。過熱水中含有氣體的危害：一是使實(shí)際循環(huán)的過熱水水量降低；二是會(huì)使水水換熱系統(tǒng)向水氣換熱變化，造成換熱能力降低，不能滿足工藝要求；三是會(huì)產(chǎn)生氣蝕，損壞水泵葉輪。

優(yōu)化方案

如圖2所示，在補(bǔ)水管網(wǎng)中增加儲(chǔ)水罐作為緩沖，以保證補(bǔ)水量，去除補(bǔ)水時(shí)帶來的空氣；增加新膨脹罐，設(shè)置于原補(bǔ)水口與原膨脹罐之間，新膨脹罐配有氣囊，補(bǔ)水進(jìn)入囊中，使水氣分離。

圖2 系統(tǒng)改造示意圖

改造后系統(tǒng)工作原理

在日常使用時(shí)，儲(chǔ)水罐一直保持一定水位，當(dāng)儲(chǔ)水罐上安裝的液位計(jì)檢測到水位低于設(shè)定值時(shí)會(huì)自動(dòng)開啟YV01電磁閥加水至設(shè)定值。圖2中的新膨脹罐是水氣分離的，配有一個(gè)充氣到3 bar的氣囊并裝有一個(gè)壓力變送器。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，新膨脹罐里面會(huì)充入水?dāng)D壓氣囊使壓力達(dá)到5 bar。隨著過熱水循環(huán)管網(wǎng)中過熱水損耗，原膨脹罐的滿罐水會(huì)在新膨脹罐氣囊壓力下擠進(jìn)過熱水管道，在此過程中氣囊內(nèi)壓力會(huì)減小，當(dāng)壓力小于閥值時(shí)，會(huì)啟動(dòng)補(bǔ)水向新膨脹罐中補(bǔ)水加壓使之壓力回到5 bar。

控制軟件修改

(1)根據(jù)當(dāng)前Step7-400PLC，在原補(bǔ)水系統(tǒng)程序的基礎(chǔ)上增加一個(gè)液位傳感器和一個(gè)壓力變送器，修改控制邏輯，使補(bǔ)水系統(tǒng)補(bǔ)水穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)需求。(2)修改后的程序流程如圖3所示。

圖3 改造后程序流程設(shè)計(jì)

HMI畫面修改

改造后的HMI畫面如圖4所示：(1)增加儲(chǔ)水罐，儲(chǔ)水罐液位始終保持在420～500 mm；(2)增加新膨脹罐，新膨脹罐壓力由補(bǔ)水增加壓力，將膨脹罐壓力保持在5 bar左右；(3)在畫面添加一鍵切換新老系統(tǒng)按鈕(在改造設(shè)計(jì)及施工時(shí)，已考慮新舊系統(tǒng)均可獨(dú)立運(yùn)行)。

圖4 改造后的HMI畫面

結(jié)束語

通過對(duì)過熱水補(bǔ)水系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)了過熱水運(yùn)行的穩(wěn)定性，有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量；同時(shí)，解決了膨脹罐壓力波動(dòng)大影響整個(gè)過熱水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的問題。此外，新增的儲(chǔ)水罐解決了氣體進(jìn)入過熱水系統(tǒng)的問題，無需手動(dòng)去爐頂對(duì)過熱水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行排氣，減輕了工作強(qiáng)度。另外，過熱水補(bǔ)水操作畫面修改等優(yōu)化改造，大大提高了操作的便捷性。經(jīng)過實(shí)際操作驗(yàn)證，各項(xiàng)功能運(yùn)行良好。