高爐爐頂壓力調(diào)節(jié)閥控制

                              高爐爐頂壓力調(diào)節(jié)閥控制

                               上海申弘閥門有限公司

之前介紹高壓管路氮?dú)鉁p壓閥組協(xié)調(diào)工作，現(xiàn)在介紹高爐爐頂壓力調(diào)節(jié)閥控制在高爐煉鐵中，爐頂煤氣壓力的控制對(duì)高爐穩(wěn)定生產(chǎn)，降低高爐焦比，增加TRT發(fā)電量起到了重要的作用，過大的爐頂壓力波動(dòng)會(huì)對(duì)料流速度、氣流分布、爐況順行有較大的制約，甚至?xí)?dǎo)致崩料、懸料。隨著國家加速淘汰落后產(chǎn)能，新上的高爐項(xiàng)目都是在1000m3以上，均采用高壓操作，頂壓一般達(dá)到0.2～0.25MPa，本文對(duì)某鋼廠1580m3高爐建立了模糊PID組合調(diào)節(jié)的高爐爐頂調(diào)壓閥組控制系統(tǒng)，投產(chǎn)后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，本文介紹的調(diào)壓閥組控制系統(tǒng)快速響應(yīng)爐頂壓力的劇烈波動(dòng)的同時(shí)控制精度也很好，對(duì)穩(wěn)定爐況起到了積極的作用。介紹了高爐煤氣調(diào)壓閥組先后使用的3種閥液壓系統(tǒng)的性能特點(diǎn)，通過分析，采用液壓比例閥的液壓系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)閥的快開功能。針對(duì)高爐調(diào)壓閥組設(shè)備易磨損、泄漏等故障問題,進(jìn)行了原因分析與改進(jìn),延長了設(shè)備壽命,為高爐生產(chǎn)奠定了良好的設(shè)備基礎(chǔ)。TYFZ型煤氣調(diào)壓閥組適用于煉鐵廠高爐系統(tǒng)，通過對(duì)氣體介質(zhì)流量調(diào)節(jié)來保證爐頂壓力穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。安裝于除塵裝置(濕式除 塵或干式除塵)之后的凈煤氣管道上。也適用干其它對(duì)需要通過流量、壓力調(diào)節(jié)保持穩(wěn)定生產(chǎn)的氣體介質(zhì)管路系統(tǒng)。

高爐調(diào)壓閥組TYFZ-10

電動(dòng)三偏心硬密封蝶閥，中間連通管為手動(dòng) 介質(zhì)：高爐煤氣 調(diào)壓閥組接口尺寸： Φ1220x8 閥前壓力：0.10Mpa 閥后壓力：10Kpa 工作溫度：80-300℃ 環(huán)境溫度： -0~55℃ 煤氣流量： 正常：4x104Nm3/h 大：5x104Nm3/h 泄露率：0 煤氣含塵量： ≤10mg/ Nm4

臺(tái)

1

1.調(diào)壓閥組工藝概況 高爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高爐煤氣，通過爐頂上升管、中立除塵器、干式布袋除塵器，進(jìn)入調(diào)壓閥組與TRT，經(jīng)過調(diào)壓閥組與TRT流量調(diào)節(jié)，匯入凈煤氣環(huán)網(wǎng)。整個(gè)煉鐵過程是在密閉容器內(nèi)，過程參數(shù)間的關(guān)系是非線性、強(qiáng)耦合、不均勻的，高爐內(nèi)化學(xué)物理變引起的煤氣量變化，熱風(fēng)爐換爐，間歇上料，料罐均壓放散，鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量風(fēng)壓變化都會(huì)影響爐頂頂壓穩(wěn)定。調(diào)壓閥組是由3個(gè)DN900、一個(gè)DN500口徑閥門所組成的閥組，與TRT設(shè)備并列。傳統(tǒng)控制方法有逐個(gè)閥門開關(guān)和所有閥門聯(lián)合動(dòng)作兩種方式，前一種方式動(dòng)作較慢，遇到頂壓波動(dòng)大時(shí)響應(yīng)速度慢，后一種方式響應(yīng)速度快但是控制精度低。

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥高爐煤氣減壓閥消聲器系阻性片式消聲裝置，內(nèi)部采用煤塵清洗措施，吸聲結(jié)構(gòu)可靈活更換，整個(gè)系列可與不同規(guī)格的煤氣減壓閥組配套。

二、適用范圍 主要用于控制高爐煤氣除塵系統(tǒng)中減壓閥組所帶來的氣流噪聲。 氣體流量：200000～700000m3/h；適用壓力：0.01～0.013MPa。

三、
JD-GMX型高爐煤氣減壓閥消聲器

一 結(jié)構(gòu)型式 高爐煤氣減壓閥消聲器系阻性片式消聲裝置 內(nèi)部采用煤塵清洗措施 吸聲結(jié)構(gòu)可靈活更換 整個(gè)系列可與不同規(guī)格的煤氣減壓閥組配套。

二 適用范圍 主要用于控制高爐煤氣除塵系統(tǒng)中減壓閥組所帶來的氣流噪聲。 氣體流量：200000～700000m3/h；適用壓力：0.01～0.013MPa。

三 高爐爐頂壓力調(diào)節(jié)閥控制規(guī)格 性能 外形尺寸 消聲器號(hào) 減 壓 



2.模糊PID控制設(shè)計(jì) 模糊控制和PID控制是兩種應(yīng)用廣泛的控制方式。模糊控制不依賴對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型，適應(yīng)能力強(qiáng)，但穩(wěn)態(tài)精度差。PID控制算法簡(jiǎn)單，可靠性高，但對(duì)滯后、時(shí)變、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)適應(yīng)力差。兩者的優(yōu)點(diǎn)和不足存在明顯的互補(bǔ)性。根據(jù)調(diào)壓閥組微調(diào)閥和普通閥的不同作用，我們?cè)O(shè)計(jì)了如下的模糊PID聯(lián)合控制：

（1）當(dāng)系統(tǒng)偏差較小時(shí)，被控對(duì)象的非線性不是很強(qiáng)，采用微調(diào)閥PID控制，具有良好的靜態(tài)性能。 （2）當(dāng)系統(tǒng)偏差較大時(shí)，存在較強(qiáng)的非線性，PID控制輸出作用力滯后、偏小，無法快速抑制系統(tǒng)大的偏差，如果增加P的作用，系統(tǒng)容易產(chǎn)生震蕩，對(duì)偏差較小的情況也無法有效控制，因此在偏差較大時(shí)調(diào)節(jié)閥采用模糊控制聯(lián)合作用，改善了系統(tǒng)的抗干擾能力，解決了PID對(duì)非線性大偏差的控制不力，提高了穩(wěn)定精度和動(dòng)態(tài)跟蹤性。

3.系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境 系統(tǒng)采用施耐德過程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)主要分為三層：生產(chǎn)過程層、下位機(jī)系統(tǒng)、上位機(jī)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。生產(chǎn)過程層主要由現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)設(shè)備組成，如壓力變送器。調(diào)壓閥組等，下位機(jī)系統(tǒng)是高爐本體PLC控制系統(tǒng)，采用Quantum系列PLC和UNITY4.0軟件編程，主要負(fù)責(zé)各個(gè)生產(chǎn)過程的程序執(zhí)行，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，上位機(jī)系統(tǒng)是由若干服務(wù)器、操作員站和工程師站組成。采用WindowsXPSP3操作系統(tǒng)。人機(jī)界面軟件使用組態(tài)軟件Intouch10.0工程軟件包，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)督控制。下位機(jī)系統(tǒng)之間，下位機(jī)和上位機(jī)之間均采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。 圖1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖



4．調(diào)壓閥組控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)高爐的生產(chǎn)工藝，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)人員的操作需求，高爐頂壓控制系統(tǒng)包含的主要功能有：實(shí)時(shí)監(jiān)控、操作控制、數(shù)據(jù)查詢等，爐頂主畫面如圖2所示。 圖2爐頂監(jiān)控畫面

4．1頂壓的選擇 爐頂上升管四個(gè)方位安裝了四個(gè)壓力變送器，可選擇其中一個(gè)為頂壓控制對(duì)象，一般有高選、低選、中間值、平均值選擇四種方式。在生產(chǎn)中，會(huì)出現(xiàn)壓力變送器堵塞、信號(hào)斷線等異?，F(xiàn)象，本系統(tǒng)主要由操作員選擇被控頂壓。 4．2閥門的控制方式選擇 四個(gè)調(diào)節(jié)閥有機(jī)旁手動(dòng)、PLC手動(dòng)、PLC自動(dòng)三種控制方式，操作界面如圖3。 圖3調(diào)壓閥組操作畫面 結(jié)合與TRT切換頂壓控制的要求，把4個(gè)閥的功能區(qū)分如下，除了DN500的閥門作為微調(diào)閥以外，其它三個(gè)DN900的閥門功能是可以互換的。

（1）微調(diào)閥PV12101(DN500)：在頂壓初步穩(wěn)定的狀態(tài)下實(shí)行頂壓的調(diào)節(jié)，采用PID控制。

（2）自動(dòng)閥HV12111(DN900)：在調(diào)壓閥組控制頂壓時(shí)進(jìn)行粗調(diào)，采用模糊法控制，也可以作為手動(dòng)閥保持一定開度，TRT控制頂壓時(shí)不參與控制，但是在煤氣壓力過高或者TRT故障停機(jī)時(shí)具備快開功能。

（3）量程閥HV12112(DN900)：在微調(diào)閥PID調(diào)節(jié)時(shí)，根據(jù)閥位采用模糊法調(diào)節(jié)，控制微調(diào)閥的閥位在有效的控制范圍內(nèi)，煤氣壓力過高的情況下具有快開功能。
3.2中波天、饋線的維護(hù)要點(diǎn) 針對(duì)于上述出現(xiàn)的故障，維護(hù)技術(shù)人員就必須制定出細(xì)致的維護(hù)檢修計(jì)劃、檢修周期和可行性較高的應(yīng)急預(yù)案。

3.2.1日常巡視工作加強(qiáng) 天饋線日常巡視工作，看似簡(jiǎn)單，其實(shí)責(zé)任重大。對(duì)天、饋線系統(tǒng)日常進(jìn)行簡(jiǎn)單的檢查巡視時(shí)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決解決，并且有大風(fēng)、大雨、暴雪等特殊天氣時(shí)對(duì)重點(diǎn)部位增加次數(shù)巡視，做到防患于未然；重要播出保障時(shí)段，不定時(shí)增加白天和夜間的巡視次數(shù)，確保安全播出*。

3.2.2天饋線系統(tǒng)的月檢制定 按照不同季節(jié)和氣候的變化，對(duì)天饋線系統(tǒng)進(jìn)行有所側(cè)重的檢查。每次冬季換頻和夏季換頻前，需要及時(shí)對(duì)饋線調(diào)整、對(duì)天線拉線檢查；對(duì)于灰塵較大的地方，定期對(duì)絕緣子進(jìn)行清潔檢查，對(duì)底座絕緣子和穿墻絕緣子的檢查清潔尤為重要。在條件的允許情況下，對(duì)中波各穿墻絕緣子及饋電點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)溫測(cè)試記錄比對(duì)，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決問題。

3.2.3天饋線系統(tǒng)的年檢制定 天饋線系統(tǒng)年檢，要求每年對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面普查，包括各部分性能的測(cè)試與比對(duì)，并做好記錄。進(jìn)行全面檢查時(shí)特別強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：

（1）饋線的線卡有無缺失松動(dòng)；

2）各饋電點(diǎn)連接螺絲有無松動(dòng)。天、饋線上全部的花籃螺絲涂抹黃油，灰塵較大地區(qū)使用麻布片捆綁，確保調(diào)整時(shí)靈活可靠；檢查所有地錨坑并夯實(shí)；在冬夏季對(duì)天饋線進(jìn)行接地電阻搖測(cè)，逐年進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)找到原因并加以解決；檢測(cè)饋線的行波系數(shù)，測(cè)量饋線對(duì)地的絕緣大??；制定合理的大修計(jì)劃，根據(jù)實(shí)際的水土條件、氣候環(huán)境對(duì)天饋線系統(tǒng)設(shè)備的影響程度，沿海一帶具有較強(qiáng)腐蝕性，大修周期3年，其它地區(qū)5年。 綜上所述，對(duì)于大功率中波天饋線系統(tǒng)維護(hù)工作，平時(shí)只要嚴(yán)格按照天饋線運(yùn)行維護(hù)規(guī)程來維護(hù)，加上前輩們多年來積累的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，能按時(shí)按質(zhì)認(rèn)真完成維修檢修工作，敏銳地判斷出故障點(diǎn)及原因，中波天饋線系統(tǒng)零秒播出會(huì)實(shí)現(xiàn)的。

4）手動(dòng)閥HV12113(DN900):在調(diào)壓閥組控制頂壓時(shí)手動(dòng)保持一定開度，自動(dòng)采用模糊法調(diào)節(jié)，為HV12111備用控制閥，煤氣壓力過高的情況下具有快開功能。



4．3微調(diào)閥和自動(dòng)閥的聯(lián)動(dòng)邏輯 當(dāng)爐頂壓力和壓力設(shè)定值的偏差在+/-1KPa以內(nèi)自動(dòng)閥維持在40%的開度不動(dòng)，微調(diào)閥開始PID精調(diào)；當(dāng)爐頂壓力和壓力設(shè)定值的偏差超過+/-1KPa，除了微調(diào)閥精調(diào)外，自動(dòng)閥查表計(jì)算閥位值，自動(dòng)閥在40%的開度左右調(diào)整，保證閥門在有效的范圍內(nèi)快速調(diào)整。 圖4實(shí)時(shí)趨勢(shì)4．4微調(diào)閥和量程閥的聯(lián)動(dòng)邏輯 當(dāng)微調(diào)閥的閥位大于高*，量程閥以固定的速度開閥；當(dāng)微調(diào)閥的閥位在有效范圍內(nèi)，量程閥的維持不動(dòng)；當(dāng)微調(diào)閥的閥位小于低*，量程閥以固定的速度關(guān)閥。以此方式聯(lián)動(dòng)，保證微調(diào)閥在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，加大線性的有效控制范圍。



4．5實(shí)時(shí)趨勢(shì)監(jiān)控 實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫面能準(zhǔn)確的顯示高爐頂壓的變化曲線，包括與之關(guān)聯(lián)的全壓差、透氣性指數(shù)的趨勢(shì)，正常情況下壓力波動(dòng)在+/-1KPa，切換TRT頂壓波動(dòng)控制在+/-3KPa，滿足了爐頂壓力波動(dòng)+/-5KPa的要求，實(shí)時(shí)趨勢(shì)如上圖4所示。 TYFZ型煤氣調(diào)壓閥組由ZAJW-1型自動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥及常通管組成。在使用中一般用一臺(tái)ZAJW-1型自動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥通過DDZ型電動(dòng)單元組 合儀表進(jìn)行自動(dòng)控制，其余二臺(tái)（或三臺(tái)）ZAJW-1型自動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥由閥門配制的電動(dòng)執(zhí)行器通過儀表盤上的手動(dòng)操作器控制進(jìn)行粗調(diào)，以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)流量和壓力之調(diào)節(jié)。TYFZ型煤氣調(diào)壓閥組適用于高爐系統(tǒng)及其它需要通過流量、壓力調(diào)節(jié)保持穩(wěn)定生產(chǎn)的系統(tǒng)。本閥組安裝在水平管道上時(shí)無方向要求，但常通管應(yīng)置于閥組下方，以保證在系統(tǒng)溫度下降時(shí)冷凝水的排出。安裝在垂直管路上時(shí)應(yīng)考慮電動(dòng)執(zhí)行器的工作位置。我公司128m3高爐風(fēng)機(jī)（主機(jī)）電機(jī)功率1250kw,進(jìn)氣流量530min/s,進(jìn)氣壓力0.098MPa,高爐風(fēng)機(jī)（備機(jī)）電機(jī)功率1000kw, 進(jìn)氣流量430min/s,進(jìn)氣壓力0.098MPa,按以上數(shù)據(jù)推算，煤氣發(fā)生量在33000m3/h---38000 m3/h,，目前凈煤氣管道通徑為700mm，爐頂煤氣壓力應(yīng)該在30kpa以內(nèi)。我們想通過在凈煤氣管道上增加調(diào)壓閥組，以此來實(shí)現(xiàn)相對(duì)小高壓爐頂（40-50kpa），對(duì)將來高爐各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提高有利。

5．結(jié)束語 基于高爐爐頂壓力控制系統(tǒng)工藝標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)工礦的分析，進(jìn)行了模糊PID控制算法的研究，確定了詳細(xì)的控制參數(shù)，設(shè)計(jì)模糊PID調(diào)壓閥組控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，調(diào)壓閥組在高爐爐頂壓力全范圍內(nèi)都能自動(dòng)調(diào)節(jié)，在無需人工自動(dòng)干預(yù)的情況下，模糊PID調(diào)壓閥組控制系統(tǒng)保證了爐頂壓力的穩(wěn)定精度和抗干擾能力與本產(chǎn)品相關(guān)論文：焚硫工藝超高溫?zé)煔獾y