郭 杰 楊會(huì)海 朱德明 王雷雷 韓順利

(河南利源燃?xì)庥邢挢?zé)任公司，河南 安陽(yáng) 455000)

0 引言

目前在我國(guó)焦化行業(yè)中，針對(duì)焦?fàn)t煉焦生產(chǎn)出焦時(shí)散發(fā)粉塵量大、環(huán)境污染嚴(yán)重的問(wèn)題，廣泛采用干式袋式除塵系統(tǒng)來(lái)控制，并取得了一定的的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

近幾年來(lái)，DCS系統(tǒng)以其強(qiáng)大的控制功能和較高的可靠性，在焦化、熱電、化工等行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制中得到了廣泛應(yīng)用。焦化廠地面降塵系統(tǒng)在融入了DCS系統(tǒng)后，自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，操作界面簡(jiǎn)明易懂，對(duì)崗位操作工人的業(yè)務(wù)素質(zhì)要求較低，同時(shí)也改善了工人工作和廠區(qū)周邊環(huán)境，響應(yīng)了國(guó)家能源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的要求。

1 工藝流程與原理

焦?fàn)t煉焦出焦時(shí)，首先由推焦車(chē)向除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)組發(fā)送除塵提速信號(hào)，風(fēng)機(jī)組在液力耦合器的控制作用下由怠速向高速運(yùn)行，配風(fēng)閥隨著風(fēng)機(jī)組速度的提升而慢慢關(guān)閉，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度時(shí)推焦車(chē)開(kāi)始推焦。推焦過(guò)程中焦側(cè)會(huì)產(chǎn)生大量陣發(fā)性高溫?zé)焿m，這些煙塵在熱浮力和風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓吸力的作用下，經(jīng)連接管道引入蓄熱式冷卻器內(nèi)。冷卻器將高溫?zé)焿m冷卻到120℃以下，經(jīng)過(guò)灰斗導(dǎo)流裝置的粗分離后，含塵氣體被送入脈沖袋式除塵器，其經(jīng)過(guò)濾袋時(shí)即被細(xì)分離，凈化后的空氣經(jīng)由排氣筒排入大氣。出焦完畢后由推焦車(chē)提供除塵風(fēng)機(jī)組減速信號(hào)，則風(fēng)機(jī)組由高速轉(zhuǎn)入怠速運(yùn)行，配風(fēng)閥會(huì)在風(fēng)機(jī)組減速過(guò)程中逐漸打開(kāi)。

地面除塵工藝流程圖如圖1所示。

圖1 地面除塵工藝流程圖Fig.1 The technological process of ground dust removing process

粗分離出來(lái)的固體粉塵直接落入粉塵倉(cāng)內(nèi)暫存，細(xì)粉塵則會(huì)由于截留、慣性碰撞、靜電和擴(kuò)散等原因被吸附在濾袋外表面，需經(jīng)反吹、振打后落入粉塵倉(cāng)。當(dāng)粉塵倉(cāng)內(nèi)粉塵達(dá)到一定量時(shí)，可以打開(kāi)各粉塵倉(cāng)的格式閥，粉塵在振打電機(jī)的作用下落入刮板機(jī)，然后再由刮板機(jī)輸送到卸灰倉(cāng)，最后微粒狀粉塵在星型卸灰系統(tǒng)內(nèi)被加濕攪拌后卸到料車(chē)運(yùn)走。

2 除塵工藝聯(lián)鎖與控制要求

本系統(tǒng)是DCS控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的布袋除塵系統(tǒng)的結(jié)合，在由DCS實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制中主要考慮并分析如下工藝聯(lián)鎖與控制要求。

2.1 風(fēng)機(jī)自動(dòng)提速

風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)速由液力耦合器的勺管執(zhí)行器調(diào)整控制，勺管執(zhí)行器接收來(lái)自DCS SM511模塊輸出的4～20 mA控制信號(hào)。4 mA時(shí)對(duì)應(yīng)為低速，此時(shí)勺管執(zhí)行器開(kāi)度為15%、液力耦合器輸出轉(zhuǎn)速為260 r/min;20 mA時(shí)對(duì)應(yīng)為高速，勺管執(zhí)行器開(kāi)度為55%、液力耦合器輸出轉(zhuǎn)速為900 r/min。勺管執(zhí)行器同時(shí)又將開(kāi)度實(shí)時(shí)反饋給DCS系統(tǒng)SM481模塊。推焦車(chē)摘下機(jī)側(cè)爐門(mén)后風(fēng)機(jī)組開(kāi)始提速，30 s內(nèi)速度上升到額定轉(zhuǎn)速開(kāi)始高速運(yùn)行，推焦桿后退時(shí)即可降速，稍后恢復(fù)到低速運(yùn)行，其實(shí)際高速運(yùn)行時(shí)間僅為60 s左右。采用液力耦合器調(diào)速的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能效果顯著。

2.2 自動(dòng)反吹清灰

除塵布袋上的積灰厚度與設(shè)備運(yùn)行時(shí)除塵濾袋前、后的壓力差ΔP成正比。ΔP表明了除塵風(fēng)機(jī)組的阻力，決定著整個(gè)系統(tǒng)的吸力，也直接影響到系統(tǒng)的工作狀況和除塵效果，所以一般用ΔP來(lái)確定濾袋反吹清灰時(shí)機(jī)。根據(jù)試驗(yàn)運(yùn)行，ΔP一般在1 400～1 800 Pa，所以設(shè)定1 800 Pa為反吸清灰壓力值。當(dāng)壓力達(dá)到該值且能保持一定時(shí)間(10 s)時(shí)，反吹系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，以保證除塵系統(tǒng)的正常運(yùn)行和代謝。該系統(tǒng)既可在線啟用反吹，也可利用檢修時(shí)間或交接班時(shí)間采用離線反吹，使用靈活。

2.3 空壓器聯(lián)鎖

反吹清灰和氣動(dòng)閥門(mén)用氣由空氣壓縮站提供，系統(tǒng)工作壓力為0.3～0.6 MPa，耗量為 6 m3/min。若系統(tǒng)壓力太低，會(huì)使除塵反吹清灰效果大打折扣;壓力太高又會(huì)減少濾袋的使用壽命甚至損壞濾袋，所以系統(tǒng)壓力必須與空氣壓縮機(jī)啟、停建立聯(lián)鎖。當(dāng)壓力低于0.3 MPa時(shí)，空氣壓縮機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)充氣量;回升到0.6 MPa時(shí)，則自動(dòng)停止。

2.4 閥門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)

除塵系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)機(jī)組的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)配風(fēng)閥和通風(fēng)機(jī)組入口電動(dòng)翻板的開(kāi)度。配風(fēng)閥和電動(dòng)翻板都是4～20 mA模擬量信號(hào)接口，方便與DCS系統(tǒng)的AI和AO模塊連接。當(dāng)風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，配風(fēng)閥全開(kāi)，電動(dòng)翻板關(guān)至20%;當(dāng)風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，配風(fēng)閥關(guān)閉，電動(dòng)翻板開(kāi)至60%。

2.5 風(fēng)機(jī)組聯(lián)鎖

根據(jù)液力耦合器進(jìn)出油溫度、壓力、主電機(jī)三相繞組溫度，與風(fēng)機(jī)主電機(jī)建立聯(lián)鎖。當(dāng)耦合器進(jìn)出油溫度和主電機(jī)三相繞組溫度超過(guò)一定數(shù)值或液力耦合器出油口工作壓力低于0.03 MPa時(shí)，系統(tǒng)給出提示并報(bào)警;若溫度繼續(xù)上升且達(dá)到緊急停車(chē)溫度或壓力下降達(dá)到緊急停車(chē)壓力時(shí)，則DCS向主電機(jī)發(fā)送緊急停車(chē)指令，迫使系統(tǒng)停車(chē)，以起到保護(hù)作用。

2.6 入口煙塵溫度監(jiān)視

除塵器布袋是纖維織物，不耐高溫，如果入口煙塵溫度過(guò)高，會(huì)加速布袋的老化，甚至直接燒毀布袋，它直接影響到布袋的使用壽命。因此，一般要實(shí)時(shí)監(jiān)視和記錄進(jìn)入口布袋前的煙塵溫度，并在溫度超過(guò)報(bào)警溫度時(shí)能提示并報(bào)警。一般將報(bào)警溫度設(shè)定為120℃。

3 DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

3.1 MACS 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)采用和利時(shí)公司開(kāi)發(fā)的第四代DCS系統(tǒng)——Hollias_MACS。MACS系統(tǒng)是由以太網(wǎng)和使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制網(wǎng)絡(luò)連接的各工程師站、操作員站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、通信控制站、數(shù)據(jù)服務(wù)器組成的綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的分散控制和集中管理操作。

3.2 硬件配置

除塵DCS系統(tǒng)硬件主要由2臺(tái)工程師站工控機(jī)、1臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)操作員站工控機(jī)、1套現(xiàn)場(chǎng)控制站(包括由主控機(jī)籠、I/O機(jī)籠、端子模塊、電源模塊、主控模塊、現(xiàn)場(chǎng)總線及以光電收發(fā)器為主的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組成的SM系列硬件系統(tǒng))組成。現(xiàn)場(chǎng)控制站定義為10#站，整套系統(tǒng)處理的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)點(diǎn)和使用模塊統(tǒng)計(jì)如表1所示。

根據(jù)以上硬件配置，在工程師站工控機(jī)上使用MACSV5.0進(jìn)行設(shè)備組態(tài)，并根據(jù)以上I/O測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)和服務(wù)器算法組態(tài);根據(jù)工藝聯(lián)鎖與控制要求完成控制算法組態(tài)，最后生成控制算法源代碼并下載到現(xiàn)場(chǎng)控制站。

表1 I/O模塊配置表Tab.1 Configuration of I/O module

3.3 軟件配置

現(xiàn)場(chǎng)操作室工控機(jī)定義為OPS52，可安裝操作員運(yùn)行軟件MACSV-OPS，可以完成用戶(hù)對(duì)人機(jī)交互界面的監(jiān)控，包括流程圖、趨勢(shì)、參數(shù)列表、報(bào)警、日志的顯示和控制調(diào)節(jié)以及參數(shù)整定等操作功能。

集控室工控機(jī)定義為OPS50和OPS51，可安裝工程師離線組態(tài)軟件MACSV-ENG、操作員運(yùn)行軟件MACSV-OPS和服務(wù)器運(yùn)行軟件MACSV-Server。它不僅可以完成操作員的所有功能，又還可完成用戶(hù)對(duì)測(cè)點(diǎn)、控制方案、人機(jī)界面的組態(tài)、相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置和現(xiàn)場(chǎng)控制站下裝與調(diào)試，以及服務(wù)器、操作員站的下裝(工程師站)，還可以完成用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)的集中管理和監(jiān)視，并為各站的數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供服務(wù)(服務(wù)器)。集控室兩臺(tái)工控制機(jī)作為服務(wù)器互為冗余結(jié)構(gòu)，使用一臺(tái)備用一臺(tái)，當(dāng)其中一臺(tái)出現(xiàn)問(wèn)題后，另外一臺(tái)可以自動(dòng)無(wú)縫切換運(yùn)行。

現(xiàn)場(chǎng)控制站主控制單元內(nèi)運(yùn)行控制算法軟件，用以完成數(shù)據(jù)采集與輸出、工程單位轉(zhuǎn)換以及控制運(yùn)算，并通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與工程師站和操作員站進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)交換。

現(xiàn)場(chǎng)控制站配置有兩塊互為冗余的主控制單元，主控制單元上有硬件冗余切換電路和故障自檢電路，一旦工作中的主控單元發(fā)生故障，另一個(gè)主控單元自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)熱插拔和不間斷切換。

3.4 網(wǎng)絡(luò)配置

Hollias_MACS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由上到下分為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)(即 MNET)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(即 SNET)和控制網(wǎng)絡(luò)(即CNET)3個(gè)層次。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)雙網(wǎng)冗余配置，可實(shí)現(xiàn)工程師站、操作員站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連，雙網(wǎng)冗余配置?？刂凭W(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與過(guò)程I/O模塊和主控單元的連接與通信，采用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)完成相對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制功能，以有效隔離工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。

3.5 工程組態(tài)實(shí)施過(guò)程

將控制器算法下裝到控制器后，就可以制作報(bào)表并定時(shí)打印。根據(jù)工藝流程圖制作圖形組態(tài)，完成后通過(guò)工程師下裝軟件下裝到操作員電腦上，以監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行。

4 地面除塵系統(tǒng)運(yùn)行狀況

某焦化廠地面除塵DCS生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)自2010年5月正式投入運(yùn)行至今，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行和考驗(yàn)，其運(yùn)行狀況現(xiàn)總結(jié)如下。

①液力耦合器由怠速向高速提升時(shí)，由于提速太快造成主電機(jī)過(guò)電流跳閘。經(jīng)反復(fù)調(diào)試，得到如下規(guī)律:使液力耦合器提速時(shí)速度與高壓電機(jī)運(yùn)行電流呈一定的線性關(guān)系，盡量使速度平穩(wěn)地提升或下降，以避免電流跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。

②由于其他原因該DCS系統(tǒng)的上級(jí)電源出現(xiàn)過(guò)幾起停電事故，因此，為了避免系統(tǒng)因停電影響生產(chǎn)，保證供電的連續(xù)性，我們?cè)谥锌厥?、除塵操作室和現(xiàn)場(chǎng)控制站都投用了UPS電源系統(tǒng)。

③使用了DCS的地面除塵系統(tǒng)的工控機(jī)、服務(wù)器、通信網(wǎng)絡(luò)、控制單元等均采用雙機(jī)主備冗余技術(shù)，且又有UPS電源保障供電，大大提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

5 結(jié)束語(yǔ)

融入了和利時(shí)DCS的地面除塵系統(tǒng)保證了與焦?fàn)t生產(chǎn)系統(tǒng)的配套運(yùn)行，大幅改善了廠區(qū)生產(chǎn)環(huán)境，且系統(tǒng)免維護(hù)。和利時(shí)DCS控制系統(tǒng)在焦化廠地面除塵系統(tǒng)中得到了成功應(yīng)用。

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