吉志強

【摘 要】高爐噴吹煤粉已是鐵前降成本的一項重要舉措，噴吹高揮發(fā)份的煤種有利于噴煤比的進一步提高，但由于煤粉揮發(fā)份高，易燃、易爆的特性要求噴煤系統(tǒng)必須采取安全有效地防爆檢測系統(tǒng)，目前國內(nèi)普遍采用的氣體分析儀就是重要的檢測設備，在線氣體分析儀可以實現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測、分析、預警，防止系統(tǒng)O2、CO氣體含量升高導致的燃爆。

【關(guān)鍵詞】噴煤；防爆；氣體分析儀；故障排除

0.概述

高爐噴吹煤粉是減少焦炭消耗、降低生產(chǎn)成本的有效途徑，現(xiàn)已在各大鋼鐵企業(yè)得到廣泛應用。臨鋼高爐噴煤系統(tǒng)始建于2002年，隨著近幾年鋼鐵市場疲軟以及原材料價格的持續(xù)上漲，公司利潤空間越來越低。為了進一步降本增效，在原噴吹低揮發(fā)份煤種的基礎上，經(jīng)對比分析，新增性價比更高的高揮發(fā)份煤種。但是高揮發(fā)份的煙煤存在易爆炸性，除了溫度以外，促使煙煤發(fā)生爆炸的一個重要因素就是制粉系統(tǒng)中O2的含量，為了確保制粉系統(tǒng)的安全，加強安全檢測系統(tǒng)檢查和維護，增加安全報警裝置，并與系統(tǒng)的安全緊急充氮連鎖控制，成為首要任務。而在線氣體分析儀正是實現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測、分析、預警的重要裝置。

臨鋼煉鐵廠在高爐噴煤系統(tǒng)采用的是南京某公司的兩套氣體分析儀，1#機組三個采點，分別位于中速磨入口、出口、收粉器出口；2#機組2個采點，分別位于A、B兩個煤粉倉頂部。機組的核心部件氧氣—一氧化碳分析儀采用的是西門子U23分析系統(tǒng) 。

1.在線氣體分析儀的工作原理

分析儀主要由取樣單元、氣源凈化單元、輸氣單元、預處理單元、分析單元、控制單元、標定單元組成，具備單點取樣分析、多點取樣雙路切換分析的控制技術(shù)，達到循環(huán)檢測各個測點的CO、O2等氣體成分含量。系統(tǒng)具有安全可靠、取樣真實、響應快、分析精度高、配置和選型最佳等諸多特色，系統(tǒng)不僅考慮了適應危險環(huán)境場所問題，也考慮了避免系統(tǒng)內(nèi)部的不安全因素的產(chǎn)生，因此是解決煙煤制備過程中安全防控的有效設施。

臨鋼噴煤的分析儀采樣點設置在制粉系統(tǒng)的中速磨入口、中速磨出口、制粉布袋出口、及兩個煤粉倉等處，主要分析制粉過程系統(tǒng)中關(guān)鍵點的CO、O2等氣體濃度，為一柜多點取樣多路切換式，全天候在線運行。

1.1氣體流程原理（見圖一）。

以流路1為例進行分析：手動球閥1V1、1V3開，V5、V4調(diào)節(jié)到一定流量。樣氣經(jīng)過探頭過濾器2m1， 進入1SE2（KLTL301陶瓷過濾器），經(jīng)分析電磁閥1YV1、m3（KLTL302）硫過濾后進入PU（抽氣泵），進入CG（KLCG11-A）除濕器、然后通過切換閥V6、m4（KLTL309）膜式過濾器，通過L3流量計的調(diào)節(jié)進入分析儀表，分析完成后經(jīng)過H（KLTL406）排空緩沖器排出。其中L調(diào)節(jié)分析流量， V4調(diào)節(jié)旁路流量，V5調(diào)節(jié)小排空流量，并將除濕器中的冷凝水帶出進入緩沖器H。此時流路2進行反吹置換及排水，反吹時間為3分鐘。

當流路一進行分析時，流路二進行反吹置換，2YV4、2YV5在反吹的前20秒的后10秒自動排液；流路二進行分析時，流路三進行反吹置換；流路三進行分析時，流路一進行反吹置換。如此構(gòu)成一個循環(huán)，保證分析的連續(xù)性。

系統(tǒng)每一流路分析完后，該探頭過濾器反吹3分鐘。對于本分析系統(tǒng)，一般為分析5分鐘，反吹3分鐘并進行置換及排水。

系統(tǒng)校對應在手動狀態(tài)下，此時按下校對鍵，切換手動閥V6切換到校對位置，使相應的標準氣進入儀器，可進行儀器零點和量程的校驗。

1.2電氣控制原理

電氣控制原理見電氣原理圖（圖二）。

預處理部份的所有閥和泵及電動元件均由PLC（西門子S7—200）自動控制，同時所有的外部控制信號和報警信號都輸入給PLC，或由PLC傳送給主控室。

所有閥和泵的驅(qū)動元件為固態(tài)繼電器，無觸點，零相位觸發(fā)?？煽啃愿撸瑹o電壓尖峰干擾。

探頭過濾器由雙金屬溫控器恒定伴熱溫度。

1.3系統(tǒng)自動控制功能

PLC控制系統(tǒng)具有自動和手動兩大控制狀態(tài)，并且有單點取樣分析和多點取樣雙路切換連續(xù)不間斷分析方式。系統(tǒng)處于手動狀態(tài)時、不受外部自動信號控制，可以進行手動反吹，手動分析、校對儀器和系統(tǒng)試漏等各項工作。

手動狀態(tài)下可以全面檢查系統(tǒng)是否正常并具備工業(yè)運行條件。此狀態(tài)用于開機和定期檢修。生產(chǎn)運行時，系統(tǒng)處于自動狀態(tài)。這時系統(tǒng)發(fā)出“自動”觸點閉合信息，說明分析系統(tǒng)已具備投入生產(chǎn)運行條件。在此狀態(tài)下，系統(tǒng)進行采樣、分析。此時氣體濃度上、下限報警時，發(fā)出相應的開關(guān)量報警信號。對于本取樣分析系統(tǒng)：當流路一分析時，流路二進行排水反吹，當流路二分析時，流路三進行排水反吹，當流路三進行分析時，流路一進行排水。以此類推，以保證分析數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

2.分析儀的使用及維護

2.1定期巡檢

定期巡檢應由專人負責，維護、巡檢的主要內(nèi)容為檢查分析儀分析流量是否正常，反吹壓力夠不夠，KLTL309膜式過濾器的濾芯是否需要更換，KLCG11-A（除濕器）溫度是否正常（5℃±0.5）等。

2.2分析儀器定期校驗

正常運行中的分析儀器應定期進行“零點校正”和“量程校正”，校正方式為手動校正：

（1）CO零點、O2量程校正，首先，分析儀設置為手動分析狀態(tài)，調(diào)節(jié)分析儀表的流量在1.2L/min左右即可。按下分析儀面板上的CAL按鈕觀察時間及數(shù)據(jù)，儀表進行自動校準。自動返回主畫面并且CO濃度顯示為“0%”；O2濃度顯示為“20.95%”方可確定為CO零點、O2量程已校正完成。

（2）CO量程校正，首先，按下“手動”“校正”按鈕，將設備設置為手動校正狀態(tài)，再將面板上“切換閥”打在校對位置。再松開鋼瓶氣減壓閥再打開約9800ppmCO氣瓶總閥，然后再慢慢打開鋼瓶氣減壓閥并觀察出口壓力表壓力應<0.1Mpa，調(diào)節(jié)分析儀表的流量在1.2L/min左右即可。為保證對儀表量程校正的準確性，應對儀表通入足夠長時間的CO標準氣體，首先按ENTER鍵進入分析儀菜單Calibration，再按ENTER鍵進入Calibr.IR-channels，然后按ENTER鍵進入CO，再按ENTER鍵進入Start cal.MR1+2M2，按ENTER鍵進入標定界面觀察儀表CO量程點無波動或微量波動后，按下ENTER鍵如果CO濃度顯示為9800ppm 方可確定方可確定為CO量程點已校正完成。再按ESC返回主界面。校正完成后，請關(guān)閉CO標準氣瓶總閥。

（3）O2零點校正，先松開鋼瓶氣減壓閥再打開N2氣瓶總閥，然后再慢慢打開鋼瓶氣減壓閥并觀察出口壓力表壓力應<0.1Mpa，調(diào)節(jié)分析儀表的流量在1.2L/min左右即可。為保證對儀表量程校正的準確性，應對儀表通入足夠長時間的標準N2氣體，首先按ENTER鍵進入Calibration，再按ENTER鍵進入Calibr.O2-sensor，然后按 ENTER鍵進入Star O2zero-cal，最后進入標定界面觀察儀表O2零點無波動或微量波動后，按下ENTER鍵O2零點顯示為“0%” 方可確定方可確定為零點已校正完成。按Esc保存并推出。校正完成后，請關(guān)閉N2氣瓶總閥。

（4）O2內(nèi)部量程校正，先松開鋼瓶氣減壓閥再打開約20.9%O2氣瓶總閥，然后再慢慢打開鋼瓶氣減壓閥并觀察出口壓力表壓力應<0.1Mpa，調(diào)節(jié)分析儀表的流量在1.2L/min左右即可。為保證對儀表量程校正的準確性，應對儀表通入足夠長時間的標準20.9%O2氣體，首先按ENTER鍵進入Calibration，再按ENTER鍵進入Calibr.O2-sensor，然后按ENTER鍵進入Start cal.MR-cal，最后進入標定界面觀察儀表O2量程點無波動或微量波動后，按下ENTER鍵O2濃度顯示為“20.9%” 方可確定校正完成。按Esc保存并推出。校正完成后，請關(guān)閉O2氣瓶總閥。

（5）校正完成后，將切換閥從新設置在分析位置。按下“復位”按鈕，設備繼續(xù)投入工業(yè)運行狀態(tài)。

3.故障分析與排除

3.1分析值準確性判斷

若系統(tǒng)不漏氣，分析儀器工作條件正常，分析值準確性判斷的唯一辦法是用標準氣校對儀器，儀器校準零點和量程后，應相信分析儀器的準確性。對待異常數(shù)據(jù)，還需要通過生產(chǎn)系統(tǒng)全方位分析，查找數(shù)據(jù)異常的真正原因。

3.2測量誤差超標

原因可能是系統(tǒng)總流量或分析流量過小導致，重點檢查探頭過濾器，陶瓷過濾器KLTL301是否堵塞，并及時清理干凈。

3.3測量O2值偏高

原因1：探頭安裝法蘭漏氣。緊固探頭法蘭、接頭，或更換密封墊。

原因2：系統(tǒng)泵前負壓部分漏氣：先關(guān)閉手動閥1V1，使系統(tǒng)處于內(nèi)控試漏，再充氣1分鐘，然后關(guān)掉氣源閥2V2，在各接頭及焊接處涂抹皂液確認漏點并排除泄漏。

3.4 儀表內(nèi)部進水

緊急處理措施：立即將儀表拆下，馬上用N2吹。先把儀表內(nèi)部管道水汽吹干，保護儀表，然后再找原因和采取處理方法。

3.5 KLCG11-A電子除濕器致冷效果差；主要表現(xiàn)為KLCG11-A的顯示溫度高

處理方法：更換KLCG11-A。

3.6經(jīng)過KLCG11-A的總流量大

判斷及處理方法：在保證分析流量的情況下，調(diào)節(jié)V4，V7及KLCG11-A下V5，減小經(jīng)過KLCG11-A的流量，將多余的流量均通過手動閥V4，V7的旁路管道排出。使流量滿足1.2～1.5L/min。

3.7 KLTL309膜式過濾器堵塞失靈

判斷及處理方法：檢查膜式過濾器濾芯是否潮濕，若已潮濕而沒有報警，需要更換膜式過濾器濾芯；若沒有潮濕，則不是該問題。當通過膜式過濾器觀察窗看到以下情況時需要及時更換膜式過濾器濾芯：①：濾芯變臟，②：濾芯發(fā)黃，③：濾芯變濕。

3.8 除濕器下端排水不暢

判斷及處理方法：液位報警器報警，說明排水不暢，拔開針閥V5的出水管觀察有沒有水流出，如果有，則需要調(diào)整針閥V5，加大排水量，系統(tǒng)就可以恢復正常；如果無，則可能是針閥堵塞，處理針閥堵塞問題，系統(tǒng)可以恢復正常。

3.9 探頭堵塞的原因及處理方法

原因1：反吹氣源壓力低

處理方法：提高反吹壓力，反吹壓力應保證0.4～0.7MPa，若壓力不夠，則需加儲氣罐或加壓泵。

原因2：探頭加熱器壞

處理方法：若檢查發(fā)現(xiàn)確實是探頭加熱器壞，需更換加熱器。

4.結(jié)束語

在線氣體分析儀是用來分析氣體混合物中CO、O2濃度的儀表，在冶金行業(yè)中使用領域很廣，用量也較多，尤其在高爐制粉系統(tǒng)中，是高爐制粉系統(tǒng)中一個重要的、必不可少的安全環(huán)保設備。在線氣體分析儀自2002年在我高爐制粉系統(tǒng)投用以來，設備運行穩(wěn)定、可靠，檢測精度高。在日常維護中，除了更換過硫過濾器、抽氣泵和薄壁過濾器堵塞的故障以外，分析儀整體運行可靠，檢測數(shù)據(jù)準確；為我公司制粉系統(tǒng)的安全運行提供了可靠的保障。

【參考文獻】

[1]南京智達分析儀器有限公司產(chǎn)品使用說明書.

[2]南京科朗自動化科技有限公司高爐噴煤分析系統(tǒng)使用手冊.

[3]劉美俊.西門子PLC編程及應用.北京：機械工業(yè)出版社，2011，7.