供稿|方錕，胡俊，余瓊 / FANG Kun, HU Jun, YU Qiong

作者單位：馬鋼(合肥)板材有限責任公司，安徽 合肥 230001

內容導讀本文介紹了連續(xù)熱鍍鋅線過熱水循環(huán)系統(tǒng)的工作原理，并從實際生產應用中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的硬件和軟件存在原始設計不足和操作不便。通過對過熱水補水系統(tǒng)的改造，實現(xiàn)了過熱水運行的穩(wěn)定性，解決了膨脹罐壓力波動大影響整個過熱水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的問題；新增的儲水罐解決了氣體進入過熱水系統(tǒng)的問題，無需手動去爐頂對過熱水循環(huán)系統(tǒng)進行排氣，減輕了工作強度；過熱水補水操作畫面修改等優(yōu)化改造大大提高了操作的便捷性，實現(xiàn)了過熱水循環(huán)系統(tǒng)的可靠高效使用。

在連續(xù)熱鍍鋅生產線中，清洗段需要熱脫鹽水用于清洗帶鋼表面的油污和鐵粉[1]。熱脫鹽水采用與余熱回收及蒸汽加熱的過熱水循環(huán)系統(tǒng)換熱制取。馬鋼(合肥)板材有限責任公司連續(xù)熱鍍鋅線過熱水循環(huán)系統(tǒng)采用節(jié)能優(yōu)化技術，根據(jù)流體力學與熱交換原理，通過對系統(tǒng)中水泵、閥門與管網、換熱器、補水罐等單元進行優(yōu)化控制，將閉路循環(huán)的過熱水終端的溫度、流量和工藝參數(shù)嚴格控制在設定的區(qū)間內，達到吸收退火爐排放的熱量并加熱清洗脫鹽水的目的。

過熱水循環(huán)系統(tǒng)的工藝原理

工藝流程

連續(xù)熱鍍鋅線CGL機組過熱水循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)流程：過熱水循環(huán)系統(tǒng)中閉路循環(huán)的過熱水與清洗段清洗脫鹽水換熱后溫度下降到80 ℃左右，通過增壓泵將過熱水水壓提升到8.5 bar后，輸送到退火爐冷卻段及廢氣排放的熱交換器，吸收這兩個區(qū)域的氣體熱量并使氣體介質冷卻，過熱水溫度會上升到110～125 ℃。過熱水在進入清洗段換熱前，過熱水還會經過一個蒸氣換熱器，根據(jù)需要補充熱量，確保過熱水溫度高于120 ℃。在過熱水循環(huán)系統(tǒng)中還配置了一臺膨脹罐，使用減壓后的瓶裝氮氣保持罐內壓力在5～6 bar，以穩(wěn)定從清洗段回來的過熱水壓力，并通過補水以保持罐內液位。過熱水循環(huán)系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 過熱水循環(huán)系統(tǒng)工藝流程圖

電氣控制組成

本系統(tǒng)采用西門子S7-400PLC作為核心控制器。通過Profibus網絡分別連接ET200遠程站，采集現(xiàn)場壓力和溫度等信號；連接DP耦合器，連接G120變頻器，來驅動增壓泵進行循環(huán)水壓力控制。

系統(tǒng)工作原理

兩臺循環(huán)水泵一用一備，根據(jù)水泵出口的實際壓力通過PID閉環(huán)控制，自動調節(jié)水泵的轉速達到設定壓力(一般設置為8.5 bar)。FCV03A、FCV03B兩個調節(jié)閥使用分程調節(jié)方式，控制與爐子冷卻段換熱的過熱水水量，并使用PID閉環(huán)控制使此段換熱出口溫度穩(wěn)定。TCV04為蒸汽換熱調節(jié)閥，也使用PID閉環(huán)控制自動調節(jié)方式，保證過熱水溫度超過120 ℃。FCV05則是一個旁通調節(jié)閥，當清洗段用水流量變化時，此閥門根據(jù)泵前的流量計檢測的實際流量與設定流量比較，通過PID自動調節(jié)方式控制閥門的開口度，以滿足過熱水循環(huán)系統(tǒng)的流量要求。

原設計存在的問題

原設計存在的問題：(1)補水管網不能保證水量，補水時會將補水管網中的空氣帶入膨脹罐；(2)膨脹罐內過熱水和加壓的氮氣不隔離，空氣氮氣在水中有一定的溶解度，并隨著溫度升高而增加。過熱水中含有氣體的危害：一是使實際循環(huán)的過熱水水量降低；二是會使水水換熱系統(tǒng)向水氣換熱變化，造成換熱能力降低，不能滿足工藝要求；三是會產生氣蝕，損壞水泵葉輪。

優(yōu)化方案

如圖2所示，在補水管網中增加儲水罐作為緩沖，以保證補水量，去除補水時帶來的空氣；增加新膨脹罐，設置于原補水口與原膨脹罐之間，新膨脹罐配有氣囊，補水進入囊中，使水氣分離。

圖2 系統(tǒng)改造示意圖

改造后系統(tǒng)工作原理

在日常使用時，儲水罐一直保持一定水位，當儲水罐上安裝的液位計檢測到水位低于設定值時會自動開啟YV01電磁閥加水至設定值。圖2中的新膨脹罐是水氣分離的，配有一個充氣到3 bar的氣囊并裝有一個壓力變送器。在系統(tǒng)運行時，新膨脹罐里面會充入水擠壓氣囊使壓力達到5 bar。隨著過熱水循環(huán)管網中過熱水損耗，原膨脹罐的滿罐水會在新膨脹罐氣囊壓力下擠進過熱水管道，在此過程中氣囊內壓力會減小，當壓力小于閥值時，會啟動補水向新膨脹罐中補水加壓使之壓力回到5 bar。

控制軟件修改

(1)根據(jù)當前Step7-400PLC，在原補水系統(tǒng)程序的基礎上增加一個液位傳感器和一個壓力變送器，修改控制邏輯，使補水系統(tǒng)補水穩(wěn)定，滿足生產需求。(2)修改后的程序流程如圖3所示。

圖3 改造后程序流程設計

HMI畫面修改

改造后的HMI畫面如圖4所示：(1)增加儲水罐，儲水罐液位始終保持在420～500 mm；(2)增加新膨脹罐，新膨脹罐壓力由補水增加壓力，將膨脹罐壓力保持在5 bar左右；(3)在畫面添加一鍵切換新老系統(tǒng)按鈕(在改造設計及施工時，已考慮新舊系統(tǒng)均可獨立運行)。

圖4 改造后的HMI畫面

結束語

通過對過熱水補水系統(tǒng)的改造，實現(xiàn)了過熱水運行的穩(wěn)定性，有助于提高產品質量；同時，解決了膨脹罐壓力波動大影響整個過熱水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的問題。此外，新增的儲水罐解決了氣體進入過熱水系統(tǒng)的問題，無需手動去爐頂對過熱水循環(huán)系統(tǒng)進行排氣，減輕了工作強度。另外，過熱水補水操作畫面修改等優(yōu)化改造，大大提高了操作的便捷性。經過實際操作驗證，各項功能運行良好。