河鋼集團(tuán)宣鋼檢修公司　樊　磊

提高大型高爐自控系統(tǒng)安全防護(hù)性能實(shí)踐

河鋼集團(tuán)宣鋼檢修公司樊磊

河鋼宣鋼四座大型高爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)均為自主研發(fā)，現(xiàn)代化的高爐必須配備現(xiàn)代化的高精度的檢測(cè)手段和完整嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂品桨?、控制邏輯加以軟件?shí)現(xiàn)，否則直接影響高爐生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成人身、設(shè)備的安全事故，所以提高大型高爐自控系統(tǒng)的安全防護(hù)性能是急需解決的問題。

隱患；自動(dòng)；冗余；語(yǔ)音報(bào)警；安全連鎖

0　引言

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，設(shè)備管理人員發(fā)現(xiàn)了一些設(shè)備存在的安全隱患，和生產(chǎn)工藝相關(guān)的不完善地方，針對(duì)這些問題，組織相關(guān)技術(shù)人員對(duì)大型高爐自控系統(tǒng)進(jìn)行了安全性能的評(píng)估，并對(duì)其中存在的問題和隱患進(jìn)行項(xiàng)目改造，其中涉及到高爐自控系統(tǒng)的幾大部分，即爐頂系統(tǒng)、本體系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)，內(nèi)容包括了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安全性改造，重要設(shè)備的安全連鎖重新修改，預(yù)警和報(bào)警系統(tǒng)的完善，設(shè)備的安全保護(hù)，設(shè)備的自動(dòng)控制等。

1　高爐調(diào)壓閥組自動(dòng)安全保護(hù)程序

高爐減壓閥組自動(dòng)調(diào)節(jié)頂壓屬于本體系統(tǒng)，宣鋼的四座大型高爐均采用以下方法來進(jìn)行爐頂頂壓的調(diào)節(jié)：四個(gè)調(diào)節(jié)用執(zhí)行機(jī)構(gòu)和差壓發(fā)電系統(tǒng)串聯(lián)起來，進(jìn)行高爐頂壓的調(diào)節(jié)。當(dāng)設(shè)備無(wú)事故的正常模式下，四個(gè)調(diào)節(jié)用執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，會(huì)有一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置在自動(dòng)調(diào)節(jié)方式，與差壓發(fā)電設(shè)備中的調(diào)節(jié)裝置配合使用，最終達(dá)到調(diào)節(jié)高爐頂壓的目的。而另外三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都設(shè)置為手動(dòng)模式。如果處在自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)的那個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)突然出現(xiàn)故障，操作人員如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行手動(dòng)操作來干預(yù)其設(shè)備動(dòng)作，差壓發(fā)電系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)裝置又與四個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為串聯(lián)調(diào)節(jié)方式，會(huì)直接造成高爐爐頂頂壓的波動(dòng)，而當(dāng)設(shè)備故障不能及時(shí)解除，當(dāng)頂壓升高到爐頂放散設(shè)備的極限時(shí)，爐頂放散會(huì)打開，高爐直接進(jìn)入停風(fēng)、減產(chǎn)操作，影響正常生產(chǎn)。為了避免此類事故發(fā)生，對(duì)高爐的調(diào)壓閥組增加了自動(dòng)保護(hù)程序。當(dāng)高爐的實(shí)際頂壓與設(shè)定值相差15Kpa時(shí)，會(huì)在操作人員的操作用電腦彈出提示小窗口，顯示內(nèi)容為：頂壓異常！此時(shí)，可按照畫面提示切換其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)為自動(dòng)方式，相關(guān)操作人員只需要簡(jiǎn)單地點(diǎn)擊一下鼠標(biāo)，就可以將目前為自動(dòng)調(diào)節(jié)方式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)變?yōu)槭謩?dòng)調(diào)節(jié)方式，而之前其他三個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)方式下的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)操作人員的操作，變?yōu)樽詣?dòng)調(diào)節(jié)方式。

2　爐頂自動(dòng)注水程序

在高爐的爐頂系統(tǒng)工藝中，高爐放料在放完焦炭之后，在爐頂安裝的頂溫都會(huì)顯示升高，當(dāng)頂溫?cái)?shù)值升高達(dá)到報(bào)警極限，并且高爐探料尺還沒有到達(dá)程序設(shè)定的數(shù)值，無(wú)法完成放料動(dòng)作，此時(shí)就需要操作人員開啟灑水球閥，給高爐爐內(nèi)部注水，以達(dá)到降溫目的。利用冷水對(duì)高溫的高爐內(nèi)部進(jìn)行打水操作，本身就存在危險(xiǎn)性，如果未能及時(shí)對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行打水降溫，會(huì)對(duì)爐頂設(shè)備造成損壞；而如果打水過多，勢(shì)必會(huì)對(duì)高爐造成很大影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)安全事故，在正常生產(chǎn)的實(shí)際操作，高爐工長(zhǎng)需要操作設(shè)備和觀察高爐相關(guān)數(shù)據(jù)和趨勢(shì)，很容易忘記向高爐注水或注水較多后仍沒有關(guān)閉閥門。

針對(duì)這一隱患，我們?cè)诔绦蛑袑?duì)四個(gè)頂溫顯示數(shù)值做了高、低極限報(bào)警輸出，并將報(bào)警輸出程序與爐頂注水設(shè)備的開啟和關(guān)閉進(jìn)行連鎖控制，當(dāng)四個(gè)爐頂溫度顯示中有任意一個(gè)數(shù)值超過高極限報(bào)警后，程序會(huì)自動(dòng)打開爐頂注水設(shè)備，對(duì)高爐內(nèi)部進(jìn)行注水，以達(dá)到降溫的目的，而當(dāng)四個(gè)爐頂溫度顯示數(shù)值全部低于報(bào)警低極限后，程序又會(huì)自動(dòng)關(guān)閉爐頂注水設(shè)備，停止對(duì)爐內(nèi)打水。在爐頂注水設(shè)備的控制上，將之前的手動(dòng)操作方式變成可以在手動(dòng)和自動(dòng)上隨時(shí)切換，當(dāng)此設(shè)備處于“自動(dòng)”下，程序才會(huì)根據(jù)頂溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行閥門的自動(dòng)開啟。

3　爐頂設(shè)備增加反饋備用信號(hào)

高爐自控系統(tǒng)中的核心部分是爐頂自動(dòng)裝料、放料，自動(dòng)裝料、放料程序能否正常運(yùn)行，設(shè)備能否正常動(dòng)作，直接關(guān)系到高爐的順產(chǎn)。

在爐頂?shù)乃性O(shè)備中，正常生產(chǎn)時(shí)只要有一個(gè)設(shè)備的反饋信號(hào)出現(xiàn)故障，就會(huì)使整個(gè)自動(dòng)裝料、放料程序無(wú)法順利運(yùn)行，直接影響高爐的正常生產(chǎn)，如果設(shè)備問題未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，還會(huì)引發(fā)安全事故。為此需要給重要閥位增加冗余信號(hào)，以保證高爐正常自動(dòng)上料。

新加的冗余點(diǎn)，采用現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)計(jì)方式，現(xiàn)場(chǎng)增加總線箱，總線箱內(nèi)安裝總線模件，將設(shè)備相關(guān)信號(hào)直接接入總線模件內(nèi)，通過DP協(xié)議通訊，信號(hào)進(jìn)入主控系統(tǒng)，操作人員可以隨時(shí)切換現(xiàn)用備用信號(hào)。在程序中也增加了報(bào)警，當(dāng)每個(gè)設(shè)備相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)反饋點(diǎn)超過10秒信號(hào)未一致時(shí)，也會(huì)發(fā)出報(bào)警，及時(shí)通知相關(guān)操作人員。

4　熱風(fēng)爐系統(tǒng)安全連鎖

大型高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)通過煤氣和助燃空氣混合燃燒來達(dá)到提高為高爐送風(fēng)溫度的目的，其煤氣和助燃空氣的混合燃燒本身就是危險(xiǎn)因素，而當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或操作失誤后，煤氣、空氣比例一旦失調(diào)，會(huì)造成重大安全事故，在保護(hù)熱風(fēng)爐系統(tǒng)中，我們通過完成以下安全改造，保證了熱風(fēng)爐系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（1）轉(zhuǎn)悶爐程序保護(hù)。即在熱風(fēng)爐的正常生產(chǎn)時(shí)，三座使用中的熱風(fēng)爐必須有一座處于“送風(fēng)”狀態(tài)，其它兩座熱風(fēng)爐才可以執(zhí)行“送風(fēng)狀態(tài)至悶爐狀態(tài)”的程序。程序中還設(shè)計(jì)有應(yīng)急按鈕，按下應(yīng)急按鈕后，可跳過保護(hù)程序。

（2）設(shè)備狀態(tài)提前報(bào)警。熱風(fēng)爐系統(tǒng)中每個(gè)設(shè)備中都有：開信號(hào)和關(guān)信號(hào)，在程序中預(yù)設(shè)開信號(hào)和關(guān)信號(hào)與開命令和關(guān)命令的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)程序發(fā)出開、關(guān)命令信號(hào)后，在程序中設(shè)定的等待時(shí)間內(nèi)，控制的設(shè)備實(shí)際反饋信號(hào)要與程序中設(shè)置的一致時(shí)，系統(tǒng)會(huì)顯示設(shè)備正常，否則程序會(huì)發(fā)出該設(shè)備的報(bào)警提示。如果一個(gè)設(shè)備在控制命令發(fā)出后長(zhǎng)時(shí)間停留在原設(shè)備狀態(tài)并超過程序設(shè)定的等待時(shí)間，程序也會(huì)對(duì)該設(shè)備發(fā)出報(bào)警。并且將每個(gè)設(shè)備的報(bào)警信息組合，在程序中將其設(shè)為熱風(fēng)爐總報(bào)警。在換爐程序執(zhí)行過程中只要有一個(gè)設(shè)備發(fā)出報(bào)警，該座熱風(fēng)爐的所有程序?qū)⑼Ｖ箞?zhí)行，并及時(shí)提醒相關(guān)的操作人員，及時(shí)處理設(shè)備出現(xiàn)的故障，可避免更大的安全事故的發(fā)生。

（3）設(shè)備自動(dòng)復(fù)位。熱風(fēng)爐現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備可能受天氣或其他方面的影響，閥門會(huì)離開原位置，并失去其狀態(tài)的反饋信號(hào)，使熱風(fēng)爐失去其狀態(tài)，直接影響程序向下繼續(xù)執(zhí)行。也可能導(dǎo)致人為誤操作，通過反復(fù)修改控制程序的自定義功能塊，有效防止設(shè)備誤操作。

（4）后燒控制先送。即如果有兩座正在使用的熱風(fēng)爐都已燃燒并達(dá)到可以送風(fēng)的狀態(tài)，只允許程序?qū)⒑鬅煹罍囟葦?shù)值較高的熱風(fēng)爐先執(zhí)行“送風(fēng)”。并且，已經(jīng)進(jìn)入“送風(fēng)狀態(tài)”的熱風(fēng)爐，其處在送風(fēng)狀態(tài)的時(shí)間必須大于30分鐘，才能被程序允許執(zhí)行悶爐或燃燒。

（5）自動(dòng)悶爐的程序。即任意一座正在使用的熱風(fēng)爐處于燃燒狀態(tài)下，當(dāng)熱風(fēng)爐后煙道溫度數(shù)值達(dá)到350℃時(shí)，該熱風(fēng)爐程序會(huì)自動(dòng)程序悶爐，從而減少燃?xì)庀模?jié)約煉鐵成本。

5　結(jié)束語(yǔ)

此項(xiàng)改造在河鋼宣鋼1#、2#2500M3高爐成功實(shí)施，標(biāo)志著宣鋼高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)在安全性上有了一個(gè)新的突破，設(shè)備的自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)，安全性能的提高，報(bào)警系統(tǒng)的完善，其新穎的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，是基于對(duì)軟、硬件控制系統(tǒng)平臺(tái)的熟悉，和對(duì)煉鐵工藝系統(tǒng)的了解，對(duì)提高高爐系統(tǒng)安全操作、管控水平，減少人力資源和系統(tǒng)資源的浪費(fèi)都具有相當(dāng)?shù)慕梃b作用和推廣意義。