孟特　宋超　馮英翹　王海濤++劉炳陟

摘要：該文通過(guò)具體實(shí)施的項(xiàng)目，詳細(xì)論述了所設(shè)計(jì)高爐煤氣放散監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)，給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法和監(jiān)控流程。運(yùn)行情況表明，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)可靠放散點(diǎn)火和熄火，為工礦企業(yè)低熱值氣體放散系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種參考途徑。

關(guān)鍵詞：高爐煤氣；放散點(diǎn)火；組態(tài)監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP542 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）02-0197-02

Blast Furnace Gas Bleeder Monitoring System Design

MENG Te1 ， SONG Chao2 ，F(xiàn)ENG Ying-qiao2 ，WANG Hai-tao2 ， LIU Bing-zhi 4

（1.Tangshan Changshuo Electrical Co.Ltd， Tangshan 063000， China； 2. Information Engineering College，North China University of Science and Technology， Tangshan 063210，China； 3. North China University of Science and Technology， Tangshan 063210，China；4.Hebei Locomotive Technician College，Tangshan 063030， China）

Abstract： This paper introduced the software and hardware architecture of gas bleeder igniting system of shaft furnace in detail via a real implemented project， as well as providing the related design method and monitoring process. Actual operation circumstance shows that the provided system could ignite and cutoff reliably，which enabled to provide a reference for the gas bleeder igniting system in lower calorific value to the industrial and mining enterprises.

Key words： blast furnace gas；bleeding ignition；configuration monitoring

1 煤氣放散系統(tǒng)構(gòu)成

高爐煤氣是冶金企業(yè)高爐煉鐵過(guò)程中的副產(chǎn)品，若未經(jīng)燃燒直接釋放到空氣中，既會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重大氣污染，也極易造成周邊群眾發(fā)生煤氣中毒事故。行業(yè)一般通過(guò)高爐煤氣放散系統(tǒng)，監(jiān)控點(diǎn)燃煤氣并充分燃燒，使高爐煤氣排放安全環(huán)保。

放散系統(tǒng)通常為塔架結(jié)構(gòu)，由3組高爐煤氣引燃管組成。為保證人身安全，減少對(duì)地面的污染，放散火炬高度約為70～100米。為確保放散火炬的氣體能可靠點(diǎn)燃，通常在放散火炬口設(shè)置3個(gè)點(diǎn)火器點(diǎn)火引燃。

所設(shè)計(jì)放散系統(tǒng)分為機(jī)械和電氣二部分：機(jī)械部分由火炬塔架、放散火炬（高爐煤氣流通管道）、長(zhǎng)明燈（天然氣管道，起引燃放散煤氣管高爐氣的作用）、吹掃氮?dú)夤埽榉乐构苈坊鼗甬a(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)，在火炬引燃前和熄滅后都將用惰性氣體氮?dú)獯祾?，以使管路口處無(wú)火焰。）以及各管路閥門組成；電氣部分由點(diǎn)火槍、火焰檢測(cè)、壓力檢測(cè)、各管路電動(dòng)閥門的開(kāi)閉、點(diǎn)火監(jiān)控柜、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控柜以及中控室的中控柜等組成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 煤氣放散監(jiān)控流程

放散系統(tǒng)的監(jiān)控主要是根據(jù)放散氣體管路壓力的大小，自動(dòng)或手動(dòng)開(kāi)啟1#、2#或3#火炬各管路閥門，并自動(dòng)引燃?xì)怏w，同時(shí)對(duì)火炬的燃燒狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)；反之，當(dāng)放散氣體管路的氣壓減小時(shí)，自動(dòng)或手動(dòng)關(guān)閉3#、2#或1#火炬各管路閥門，將其熄火。根據(jù)用戶需要，制定的監(jiān)控流程如圖2所示。

根據(jù)放散監(jiān)控發(fā)出的點(diǎn)火信號(hào)（或按監(jiān)控按鈕），啟動(dòng)點(diǎn)火程序，先對(duì)火炬筒體口進(jìn)行氮?dú)獯祾撸ㄇ按祾撸?，之后打開(kāi)引燃?xì)庵鏖y門，點(diǎn)燃長(zhǎng)明燈，繼而點(diǎn)燃主火炬，點(diǎn)燃成功之后關(guān)閉相應(yīng)各長(zhǎng)明燈閥，熄滅長(zhǎng)明燈。而熄火程序則由放散監(jiān)控系統(tǒng)自行監(jiān)控，先將熄火信號(hào)反饋，再進(jìn)行氮?dú)獯祾撸ê蟠祾撸?/p>

自動(dòng)程序點(diǎn)火操作步驟及順序具體實(shí)施為：按下1#點(diǎn)火信號(hào)按鈕（或煤氣主管路氣壓達(dá)到設(shè)定值A(chǔ)），系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)1#放散火炬點(diǎn)火子程序：先開(kāi)1#氮?dú)忾y進(jìn)行2分鐘吹掃， 5s后打開(kāi)1#長(zhǎng)明燈閥，同時(shí)自動(dòng)打開(kāi)1#主氣閥，然后開(kāi)1#點(diǎn)火器（延時(shí)15s），將1#火炬的3個(gè)長(zhǎng)明燈點(diǎn)燃，繼而點(diǎn)燃1#火炬；若主管路氣壓上升到設(shè)定值B，系統(tǒng)將啟動(dòng)2#放散火炬點(diǎn)火子程序：打開(kāi)2#氮?dú)忾y進(jìn)行2分鐘吹掃，5s后打開(kāi)2#長(zhǎng)明燈閥，同時(shí)自動(dòng)打開(kāi)2#主氣閥，然后自動(dòng)打開(kāi)2#點(diǎn)火器（延時(shí)15s），將2#火炬的3個(gè)長(zhǎng)明燈點(diǎn)燃，繼而點(diǎn)燃2#火炬；當(dāng)主管路氣壓再次上升到設(shè)定值C時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)3#放散火炬點(diǎn)火子程序，其順序同上。

當(dāng)1#火炬系統(tǒng)處于現(xiàn)場(chǎng)或手動(dòng)狀態(tài)，或1#火炬管主氣閥門故障，若此時(shí)高爐煤氣主管氣壓值達(dá)到點(diǎn)火值A(chǔ)時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)將1#放散火炬系統(tǒng)切除，將1#、2#、3#放散火炬系統(tǒng)的循環(huán)，改為自動(dòng)啟動(dòng)2#放散火炬系統(tǒng)，若主管氣壓值繼續(xù)上升，達(dá)到點(diǎn)火值B時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)3#放散火炬系統(tǒng)，若主管氣壓值仍然繼續(xù)上升，達(dá)到點(diǎn)火值C時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)除了維持2#、3#管點(diǎn)火子系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行外，發(fā)出主管氣壓超限報(bào)警。若2#、3#管點(diǎn)火子系統(tǒng)發(fā)生如上1#放散火炬狀態(tài)時(shí)，以此類推處理。另，若系統(tǒng)處于2#、3#放散火炬系統(tǒng)循環(huán)狀態(tài)時(shí)，1#放散火炬系統(tǒng)的狀態(tài)為自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)仍維持原態(tài)，直到2#、3#放散火炬系統(tǒng)有一個(gè)切除循環(huán)系統(tǒng)后，1#放散火炬系統(tǒng)才能補(bǔ)進(jìn)系統(tǒng)循環(huán)圈。同時(shí)，當(dāng)高爐煤氣氣壓值為A值，并且1#放散火炬系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)要不斷檢測(cè)高爐煤氣氣壓，當(dāng)氣壓值為A時(shí)（防止因主管壓力漂浮變化，引起點(diǎn)火子系統(tǒng)不斷啟停），1#放散火炬系統(tǒng)將自動(dòng)熄滅，其余類推。endprint

布置在火炬頂部的熱電偶檢測(cè)火炬溫度，通過(guò)二次表將檢測(cè)到的溫度信號(hào)上傳輸入到PLC，當(dāng)檢測(cè)到的溫度達(dá)到設(shè)定值（300℃）時(shí)，即視為長(zhǎng)明燈點(diǎn)火成功；當(dāng)檢測(cè)到的溫度值未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，則長(zhǎng)明燈點(diǎn)火失敗，延時(shí)報(bào)警并再次點(diǎn)火；若長(zhǎng)明燈點(diǎn)燃后1.5分鐘內(nèi)未點(diǎn)燃火炬，或點(diǎn)火三次后仍未點(diǎn)燃火炬，點(diǎn)火失敗并報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉所有閥門（主氣閥和引燃?xì)庵鏖y），分析并檢查點(diǎn)火失敗原因。

如需熄火按下熄火信號(hào)按鈕，或根據(jù)放散氣體氣壓的大小自動(dòng)熄滅3#、2#或1#火炬，并關(guān)閉其相應(yīng)的管路閥門。熄火流程與上面點(diǎn)火流程反之，此處不再贅述。

3 PLC監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

放散系統(tǒng)分程序監(jiān)控、自動(dòng)監(jiān)控和手動(dòng)監(jiān)控三種方式。電氣監(jiān)控設(shè)備分別置于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控柜和中控柜中。中控柜置于中控室內(nèi)，與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)通訊聯(lián)絡(luò)；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控柜用于現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)監(jiān)控，其監(jiān)控級(jí)別最高?，F(xiàn)場(chǎng)柜可實(shí)現(xiàn)就地單步操作，并配有與遠(yuǎn)程中控柜的通訊接口。由于中控室距離現(xiàn)場(chǎng)火炬較遠(yuǎn)，為方便監(jiān)控和操作，現(xiàn)場(chǎng)柜所控設(shè)備為操作方便，在柜面操作板上也設(shè)有相應(yīng)的操作按鈕及狀態(tài)指示燈。

當(dāng)放散系統(tǒng)處于手動(dòng)或現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控時(shí)，監(jiān)控程序關(guān)閉，系統(tǒng)交由手動(dòng)按鈕監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，程序設(shè)計(jì)功能如下：主程序擔(dān)任高爐煤氣主管路氣壓檢測(cè)，下設(shè)1#放散火炬點(diǎn)火子程序、2#放散火炬點(diǎn)火子程序、3#放散火炬點(diǎn)火子程序分別完成1#、2#、3#放散火炬的點(diǎn)火監(jiān)控。由于煤氣燃燒屬于高危場(chǎng)合，特別對(duì)管路閥門的故障在監(jiān)控上做了如下處理：

4 組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目在中控室的上位機(jī)中，由組態(tài)軟件（亞控Kingview）設(shè)計(jì)的操作界面做系統(tǒng)監(jiān)控，通過(guò)PPI接口與PLC通訊， 進(jìn)入系統(tǒng)監(jiān)控。

根據(jù)壓力傳感器和熱電偶傳感器所傳數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可監(jiān)控實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。

高爐煤氣燃燒是高危操作，一旦煤氣未經(jīng)燃燒大量進(jìn)入空氣，后果嚴(yán)重。因此在3個(gè)放散火炬口附近安裝有攝像頭，可在組態(tài)軟件程序中實(shí)時(shí)監(jiān)控放散系統(tǒng)工作狀態(tài)。

5 總結(jié)

本高爐煤氣放散點(diǎn)火監(jiān)控系統(tǒng)自投入運(yùn)行已經(jīng)兩年多，其現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)良好，充分滿足了用戶設(shè)備廢氣處理的排放需求，達(dá)到了環(huán)保監(jiān)測(cè)的允許值。由于本放散點(diǎn)火監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有一定的通用性和可移植性，可為同類行業(yè)的相關(guān)設(shè)計(jì)提供一個(gè)參考范例。

參考文獻(xiàn)：

[1] 西門子公司.S7-200可編程序監(jiān)控器硬件與安裝手冊(cè)，2005.

[2] 孟如.基于WINCC的水泥生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007（6）.endprint