劉武臣

（洛陽義安礦業(yè)公司，河南 洛陽 471821）

乏風氧化裝置安全監(jiān)控系統(tǒng)設計

劉武臣

（洛陽義安礦業(yè)公司，河南 洛陽 471821）

乏風氧化裝置作為解決一項煤礦低濃度瓦斯利用的新技術，已在很多煤礦得到運用。為解決乏風氧化裝置運行過程中由于監(jiān)控系統(tǒng)不到位而出現(xiàn)爆炸的問題，提高監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠性，設計了一套新型乏風氧化裝置安全監(jiān)控系統(tǒng)，其綜合了抽排瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、摻混瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、氧化裝置、余熱利用、引風機，可實現(xiàn)對乏風氧化裝置運行全方位自動控制。

乏風氧化裝置；自動控制；安全監(jiān)控系統(tǒng)；設計

1 乏風氧化裝置安全監(jiān)控系統(tǒng)總體設計

1.1 乏風氧化裝置工藝流程

乏風氧化裝置組成，主要包括抽排瓦管道、乏風管道、摻混管道、引風機、氧化床、蒸汽系統(tǒng)等，其主要部件是氧化床。

乏風氧化裝置的工藝流程是： 氧化裝置工作時由外部電源通過加熱器在氧化床內(nèi)預先創(chuàng)造一個高溫反應環(huán)境。地面抽排泵站抽出瓦斯與礦井乏風進行混合，控制混合后濃度在0.8%左右，由引風機送入氧化床，在高溫區(qū)內(nèi)乏風由蓄熱體預熱，即提供足夠的活化能，使甲烷與氧發(fā)生放熱化學反應。熱量一部分由下風側(cè)的蓄熱體留存，一部分以水蒸氣的形式取出利用，一部分由排氣帶出氧化床。之后，通過換向閥使后期進入氧化床內(nèi)的風流改變方向，新進的乏風在氧化床內(nèi)逐級預熱獲取氧化所需的活化能，在高溫區(qū)域開始氧化并釋放熱量，又將熱量留存在下風側(cè)的蓄熱體內(nèi)，富余熱量由水蒸氣及排氣帶出氧化床。

如此周而復始，當甲烷氧化率達到一定程度時，停掉外部電源供給，氧化裝置靠乏風中甲烷自身能量自維持正常運行。在乏風氧化裝置逆流換熱過程中，加熱氧化裝置內(nèi)的熱交換器，產(chǎn)生飽和蒸汽。

1.2 系統(tǒng)控制原理

通過監(jiān)控乏風氧化裝置抽排瓦斯?jié)舛群蛪毫?、摻混濃度和壓力、引風機運行參數(shù)、氧化裝置溫度場、蒸汽壓力，以及其它故障信號，實現(xiàn)對瓦斯?jié)舛葔毫Α⒄羝麎毫α髁窟M行自動控制，確保乏風氧化裝置安全運行；同時監(jiān)控乏風氧化裝置安全參數(shù)，與設定上限值進行比對，超過則自動停機，瓦斯與蒸汽自動外排，保護設備及人身安全。乏風氧化裝置控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

可擴展的、冗余的工業(yè)以太網(wǎng)，工控機可以隨時對乏風氧化裝置運行的各項參數(shù)進行全方位的監(jiān)測、控制，PLC配置有以太網(wǎng)通訊，RJ45接口，方便數(shù)據(jù)傳輸和信號采集。PLC程控功能包括：抽排瓦斯?jié)舛茸詣涌刂?、霧化水泵自動控制、摻混濃度自動控制、蒸汽壓力過高自動放散、瓦斯自動外排、裝置自動停機等功能。系統(tǒng)中：DI、DO表示模擬量輸入輸出，AI、AO表示數(shù)字量輸入輸出。

圖1 乏風氧化裝置控制結(jié)構(gòu)圖

2 監(jiān)控系統(tǒng)的控制流程

2.1 啟動前檢查

在乏風氧化裝置啟動前，應對氧化裝置下列部分進行檢查，有一項不能自檢通過，則氧化裝置不能啟動電加熱。

（1）氧化裝置部分。①換向閥動作、反饋信號正常；②安全閥動作正常；③啟動引風機能正常工作。

（2）氧化裝置電氣部分。①電加熱器能正常投入；②各部分儀表指示是否正常；③監(jiān)控系統(tǒng)無報警。

（3）蒸汽系統(tǒng)部分。①補水泵能正常工作，水壓達到1MPa以上；②水箱、汽水分離器水位達到設定值。

（4）瓦斯輸送與添加部分。①水封阻火器水位達到設定值；②瓦斯?jié)舛葌鞲衅黠@示準確；③通過設定瓦斯?jié)舛?，抽排電動閥門與電動配氣閥門可自動打開關閉；④霧化水泵工作壓力達到設定壓力；⑤自動放散閥水位超過設定水位。

2.2 裝置啟動

氧化裝置正常工作時需外部電源通過加熱器在氧化床內(nèi)預先創(chuàng)造高溫反應環(huán)境。只有在氧化裝置中心溫度達到650℃以上時，才能將混合濃度在0.8%左右的瓦斯，由引風機送入氧化床，在蓄熱體高溫區(qū)內(nèi)氧化蓄熱。電加熱裝置初期投入電加熱功率為25%，控制程序會根據(jù)氧化床溫度自動調(diào)整電加熱功率，逐步調(diào)整至100%，等氧化床中心溫度達到650℃時，控制程序會根據(jù)程序逐步停止電加熱。

2.3 裝置運行

氧化裝置啟動完成后，控制程序會根據(jù)用戶指令通入合適的通風瓦斯保證裝置的穩(wěn)定運行。一旦用戶設定好摻混瓦斯?jié)舛龋刂瞥绦驎詣诱{(diào)節(jié)配氣閥門及引風機。當檢測通風瓦斯?jié)舛壬叩綐O限值時，控制系統(tǒng)自動切斷安全閥，氧化裝置監(jiān)控系統(tǒng)啟動緊急停機程序。裝置運行過程，安全監(jiān)控系統(tǒng)會通過各運行設備的反饋信號，監(jiān)控各設備的運行，當各設備運行參數(shù)超過設定值時，控制程序會自動發(fā)出警報，提醒值班人員。

2.4 停機

當用戶發(fā)出停機指令，氧化裝置監(jiān)控系統(tǒng)會自動切斷瓦斯，打開安全閥，低頻運行引風機，將氧化床溫度降至100℃以內(nèi)，汽包外排閥門也將自動打開，當氧化床溫度低于100℃，氧化裝置監(jiān)控系統(tǒng)會自動停止引風機，裝置停機完成。

3 監(jiān)控系統(tǒng)安全設計

3.1 硬件設計

因瓦斯屬于易燃易爆氣體，在瓦期管道及氧化裝置本體上采用防爆型設備及本安型測量元件。在蒸汽管上采用耐高溫的設備和測量元件。在測量精度要求高的測量元件，如瓦斯?jié)舛取⒘髁總鞲衅骶捎眠M口ABB公司的產(chǎn)品。

3.2 軟件設計

（1）自動控制設計。在氧化裝置運行過程中，只要用戶設定好摻混瓦斯值，控制程序會自動調(diào)節(jié)配氣閥門的開度及引風機運行頻率，一旦風機運行頻率達到50Hz且瓦斯?jié)舛冗€達不到家設定值時，控制程序會自動調(diào)節(jié)抽放外排閥門，保證瓦斯?jié)舛冗_到設定值。在氧化裝置運行過程中，只要用戶設定好氧化床溫度范圍，控制程序會自動調(diào)節(jié)逆流換向時間，保證氧化裝置在規(guī)定溫度范圍內(nèi)運行。在氧化裝置運行過程中，只要用戶設定好各設備水位，控制程序會自動控制各水泵，將液位補充到設定值。

（2）自動聯(lián)鎖設計。在氧化裝置運行過程中，考慮到安全性，將各設備之間進行聯(lián)鎖，包括：抽排閥門與配氣閥門聯(lián)鎖；引風機與機械關斷閥聯(lián)鎖；汽包低水位與電熱啟動聯(lián)鎖；抽排瓦斯壓力與放散閥聯(lián)鎖。為防止因地面抽排泵站停泵而導致抽排管道正壓增大、瓦斯聚集，設計地面抽放泵運行與瓦斯管道外排聯(lián)鎖，當氧化裝置運行期間地面抽放泵意外停泵，瓦斯管道外排會自動打開，并發(fā)出警報。

（3）系統(tǒng)報警設計。報警是指對氧化裝置運行出現(xiàn)的不正常情況發(fā)出的警報和緊急操作。系統(tǒng)報警分為運行參數(shù)異常報警和緊急報警，運行參數(shù)異常報警是指氧化裝置運行各項參數(shù)達到設定報警值，提醒值班人員，緊急處理，提醒進行相應的操作，緊急報警是指氧化裝置危險參數(shù)已超過上限值，安全監(jiān)控系統(tǒng)將執(zhí)行緊急停機程序，防止事故發(fā)生。

4 結(jié)束

通過在洛陽礦業(yè)公司乏風氧化裝置上對該安全監(jiān)控系統(tǒng)進行現(xiàn)場試驗表明，該系統(tǒng)可實現(xiàn)對乏風氧化裝置運行全過程的安全自動控制，解決了以往監(jiān)控不完善、不可靠、不到位問題，系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，對提高乏風氧化裝置安全可靠運行、煤礦瓦斯安全穩(wěn)定利用具有重大意義。

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