李彥芹

(山信軟件股份有限公司 萊蕪自動(dòng)化分公司，山東 萊蕪 271104)

0 引言

萊鋼焦化廠干熄焦鍋爐是干熄焦生產(chǎn)的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，鍋爐水位在鍋爐運(yùn)行中是一個(gè)重要的控制參數(shù)，它直觀反映了鍋爐承載負(fù)荷能力的大小。鍋爐水位控制主要是保證鍋爐內(nèi)汽包水位維持在工藝要求范圍之內(nèi)，使水位不過低亦不過高，保障干熄焦鍋爐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要介紹萊鋼焦化廠干熄焦系統(tǒng)鍋爐汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的保護(hù)性優(yōu)化控制方案和原理。

1 原有水位調(diào)節(jié)控制方式

原干熄焦鍋爐水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中汽包液位有平衡容器(汽包水位測(cè)量裝置)兩臺(tái)，液位信號(hào)通過差壓計(jì)算傳遞到DCS，由上位機(jī)軟件使用兩臺(tái)平衡容器測(cè)量的平均值與設(shè)定值進(jìn)行比較來控制鍋爐主給水閥的開度，從而實(shí)現(xiàn)汽包水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)；現(xiàn)場(chǎng)安裝雙色液位計(jì)兩臺(tái)，由攝像頭引入主控室，通過中控室人員目測(cè)來判斷汽包水位進(jìn)行水位安全保護(hù)，其不足之處是如果其中任何一個(gè)汽包液位導(dǎo)壓管堵塞，遠(yuǎn)傳的測(cè)量信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤，且中控人員無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐汽包水位顯示錯(cuò)誤，將會(huì)導(dǎo)致主給水調(diào)節(jié)閥自動(dòng)補(bǔ)水，使汽包液位升高報(bào)警并聯(lián)鎖停機(jī)。

圖1為鍋爐汽包液位通過DCS遠(yuǎn)傳到上位機(jī)控制原理。鍋爐汽包水位通過測(cè)量裝置測(cè)量之后遠(yuǎn)傳到DCS柜，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換由上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，上位機(jī)采用橫河CENTUM-3000軟件，在系統(tǒng)中通過軟件編程來調(diào)節(jié)鍋爐給水閥的開度。設(shè)P為鍋爐汽包水位測(cè)量裝置1的測(cè)量值，V為鍋爐汽包水位測(cè)量裝置2的測(cè)量值，其平均值為B=(P+V)/2。工藝設(shè)定閾值為A，其之間的計(jì)算在程序里完成。然后用B與A進(jìn)行比較，從而進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，達(dá)到控制鍋爐汽包水位的目的。所以當(dāng)其中一個(gè)鍋爐汽包水位的測(cè)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時(shí)，程序中輸出調(diào)節(jié)就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致鍋爐水位過高或者過低，從而影響生產(chǎn)。

2 優(yōu)化后水位調(diào)節(jié)控制方式

原有的鍋爐水位調(diào)節(jié)控制方式存在控制缺點(diǎn)，因此有必要提供一種更穩(wěn)定可靠的鍋爐水位自動(dòng)調(diào)節(jié)安全保護(hù)的控制方法。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀況的具體分析可知，當(dāng)水位檢測(cè)有誤或者工藝突然大幅波動(dòng)時(shí)，技術(shù)人員可通過上位機(jī)軟件的一種計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)鍋爐的安全運(yùn)行。具體的優(yōu)化方法如下：

(1) 兩個(gè)汽包液位差值與設(shè)定閾值比較調(diào)節(jié)。保留原有汽包液位動(dòng)態(tài)平均值和設(shè)定閾值比較的PID調(diào)節(jié)控制方式，采用原有鍋爐上兩臺(tái)平衡容器上的液位檢測(cè)裝置遠(yuǎn)傳到DCS的數(shù)據(jù)信號(hào)，在程序中對(duì)這兩個(gè)液位檢測(cè)值進(jìn)行差值計(jì)算，如果差值的絕對(duì)值大于DCS設(shè)定閾值，程序中判定至少其中一處汽包液位檢測(cè)數(shù)據(jù)有誤，此時(shí)，程序由自動(dòng)調(diào)節(jié)切換到手動(dòng)調(diào)節(jié)，由人工手動(dòng)進(jìn)行干預(yù)控制，待確保檢測(cè)數(shù)據(jù)正常后再投入液位自動(dòng)調(diào)節(jié)。

圖1 鍋爐汽包液位通過DCS遠(yuǎn)傳到上位機(jī)控制原理

(2) 單個(gè)汽包液位與工藝設(shè)定值比較調(diào)節(jié)。當(dāng)兩個(gè)汽包液位檢測(cè)同時(shí)出現(xiàn)故障，但它們的差值又在設(shè)定閾值的允許范圍內(nèi)，此時(shí)如果還繼續(xù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，無疑會(huì)使液位調(diào)節(jié)出現(xiàn)偏差，甚至?xí)鹨何坏拇蠓▌?dòng)。為了避免出現(xiàn)這種情況，在程序中對(duì)單個(gè)汽包液位與工藝設(shè)定值進(jìn)行比較處理，如果任何一個(gè)汽包液位檢測(cè)值的絕對(duì)值超出了工藝設(shè)定范圍，程序判定該液位檢測(cè)錯(cuò)誤，鍋爐給水調(diào)節(jié)將由自動(dòng)切換到手動(dòng)調(diào)節(jié)，檢測(cè)液位異常原因，正常后可切換回自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而避免因液位檢測(cè)故障導(dǎo)致液位調(diào)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

(3) 增加聲光報(bào)警功能。當(dāng)以上兩種情況有任一狀況出現(xiàn)時(shí)，鍋爐給水氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥均保持原閥位，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提示“汽包液位故障，已轉(zhuǎn)為手動(dòng)調(diào)節(jié)，請(qǐng)注意操作”語音報(bào)警，且鍋爐汽包上位機(jī)監(jiān)控畫面上彈出語音報(bào)警內(nèi)容的對(duì)話框，并做顏色閃爍提示工作人員注意，然后由崗位人員參照雙色液位計(jì)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，確認(rèn)兩個(gè)汽包液位均恢復(fù)正常后再次投入自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而起到對(duì)鍋爐給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的保護(hù)作用，提高調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確度。

3 優(yōu)化控制后的軟件程序結(jié)構(gòu)

程序、畫面均在原橫河CENTUM3000上位機(jī)系統(tǒng)中編程制作，優(yōu)化新增的控制程序流程如圖2所示。

圖2 優(yōu)化新增的控制程序流程圖

圖2中，D1為設(shè)定的比較閾值，D2為根據(jù)干熄焦鍋爐工藝設(shè)定的數(shù)據(jù)檢測(cè)范圍值。

鍋爐汽包上的兩個(gè)液位遠(yuǎn)傳到DCS,在上位機(jī)顯示檢測(cè)值P和V，通過上位機(jī)軟件計(jì)算P與V的差值，當(dāng)P與V差值絕對(duì)值大于設(shè)定閾值D1，或者當(dāng)P的絕對(duì)值大于D2，或者V的絕對(duì)值大于D2三種情況中的任一情況出現(xiàn)時(shí)，程序輸出調(diào)節(jié)都由自動(dòng)變?yōu)槭謩?dòng)，同時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警，提示現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控人員聯(lián)系儀控維修人員進(jìn)行檢查維修。

4 具體應(yīng)用

干熄焦鍋爐汽包水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)優(yōu)化已成功應(yīng)用在萊鋼焦化廠干熄焦鍋爐系統(tǒng)中，模擬生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)的情況如下：

干熄焦兩臺(tái)平衡容器的兩信號(hào)通過DCS遠(yuǎn)傳到上位機(jī)，鍋爐汽包液位量程為-425 mm～+425 mm,干熄焦工藝給定的設(shè)定閾值D1=50 mm、D2=100 mm。

若實(shí)際檢測(cè)到的汽包液位P=25 mm,V=-30 mm,則︱P-V︱=55，差值大于50 mm，鍋爐主給水調(diào)節(jié)回路退出自動(dòng)，切換至手動(dòng)調(diào)節(jié)，此時(shí)氣動(dòng)閥保持原閥位，同時(shí)產(chǎn)生語音報(bào)警且鍋爐汽包微機(jī)畫面原顏色與紅顏色交替顯示，并彈出對(duì)話框“汽包液位故障，已轉(zhuǎn)為手動(dòng)調(diào)節(jié)，請(qǐng)注意操作”，此時(shí)由崗位人員參照雙色液位計(jì)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。

若實(shí)際檢測(cè)到的汽包液位P=110 mm,V=99 mm，P>D2,程序判定汽包液位采集錯(cuò)誤，調(diào)節(jié)回路也退出自動(dòng)，切換至手動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)閥門不動(dòng)作，并產(chǎn)生聲光報(bào)警。轉(zhuǎn)手動(dòng)后，崗位人員聯(lián)系維護(hù)人員進(jìn)行檢查確認(rèn)，確認(rèn)P和V兩個(gè)汽包液位均恢復(fù)正常后再次投入自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保證鍋爐汽包液位自動(dòng)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，保證鍋爐汽包不被燒壞，避免水位過高停機(jī)影響生產(chǎn)。

5 結(jié)語

該優(yōu)化控制投運(yùn)以后，適合現(xiàn)場(chǎng)情況，能有效地避免自動(dòng)調(diào)節(jié)出現(xiàn)誤判，可靠性強(qiáng)，克服了原有技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的不適用性，而且應(yīng)用靈活，確保了鍋爐安全、正常運(yùn)行，提高了鍋爐控制系統(tǒng)的控制水平，取得了可觀的直接經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅時(shí)政.干熄焦技術(shù)問答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

[2] 羅時(shí)政，喬繼軍，張丙林.干熄焦生產(chǎn)操作與設(shè)備維護(hù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.