焦炉双集气管压力调节研究与论证.doc

焦炉双集气管压力调节研究与论证目录1引言32工艺流程及原系统控制情况33集气管压力波动原因分析44 解决方案45 方案论证56集气管工控调节与DCS调节对比77研究优化方案实施88 优化方案实施前后对比99 总结1210 结束语13参考文献14焦炉双集气管压力调节研究与论证内容摘要摘要：在焦炉炼焦过程中，会有大量的荒煤气产生，由于产气量随结焦时间而变化，集气管中的压力不断改变，特别是在碳化室进行装煤时会造成集气管压力大幅度波动，（采用捣鼓高压氨水负压装煤）不但影响焦炭的质量，也关系到焦炉的寿命。必须对集器管压力进行控制，使其维持在设定的压力范围内。关键词：炼焦过程 双集气管 高压氨水 压力 DCS控制 工控控制 优化控制1引言在焦炉炼焦过程中，会有大量的荒煤气产生，荒煤气由集气管收集，通过吸气管网由鼓风机送往后继工段处理。由于产气量随结焦时间而变化，集气管中的压力不断变化，特别是在碳化室进行推焦关闭桥管阀体翻板、装煤时开启高压氨水会造成集气管压力大幅度波动。当炉体内操作形成负压时，空气就会从炉门、炉盖等处进入炉体，导致焦炭烧蚀、灰分增加、焦炭质量下降，化产品的回收率大大降低。进入的空气还会同炉体建筑材料发生化学反应，导致炉体剥蚀，缩短炉体使用寿命，烧掉墙体内的石墨，增加炉体串漏；空气进入还会促使荒煤气燃烧，使炉顶空间温度增高，降低化产品产率，产生不必要的能源消耗，如果焦炉密封管理工作不到位，出现负压时，煤气的含氧量也将会增加。当炉体内的压力过高时，荒煤气将会从炉门、炉盖等处冒出，一方面造成跑烟冒烟，污染环境；另一方面降低了荒煤气的回收率，造成能源的浪费。综上所述，集气管压力的稳定不但影响焦炭的质量、化产品的收率，也关系到焦炉的寿命。所以我们必须对集气管压力进行稳定控制，使其维持在设定的压力范围内，本文以铁雄冶金科技有限公司三期工艺过程控制技术改造项目为例，利用经典控制与智能控制相结合进行集气管压力的控制。2工艺流程及原系统控制情况铁雄三期焦炉为5.5米2*75孔捣固焦炉，装煤时利用高压氨水喷洒碳化室产生负压，把荒煤气从碳化室经上升管、桥管、阀体进入集气管回收，机焦两侧双集气管控制，每座焦炉有四个集气管压力控制调节阀，分别对应四个集气管压力检测仪表，机侧的两个集气管有连通管连接，焦侧的两个集气管也有连通管相通，机、焦侧之间用阀门隔断。由于机侧的两个压力之间有连通管，所以它们的压力变化是同步的，数值大小也比较接近，同样，焦侧压力控制也是一样的。在正常生产时DCS系统通过单回路PID控制方式完全能够保证集气管压力平稳，扰动较小。当出焦、装煤和喷洒高压氨水等情况时，单纯的PID调节已经不能满足工艺要求集气管压力就会出现较大振荡，负压或高压持续时间长，调节不及时影响焦炉寿命及能源不必要的浪费。 集气管压力单回路控制方式图3集气管压力波动原因分析影响集气管压力波动主要因素为：A煤气发生量：炉内状况即煤气发生量变化影响集气管压力稳定；出焦时由于阀体翻板瞬间的关闭，导致集气管压力产生变化；结焦时间煤气交换，交换时导致煤气间歇性中断，从而导致机后压力升高，进而影响集气管压力升高；焦炉操作；装煤时高压氨水的喷洒，会导致集气管压力急剧升高。B系统阻力：鼓风机前系统设备的阻力主要为集气管碟阀开度鼓风机后系统的阻力机后压力。煤气用户使用量的稳定性。C鼓风机能力：鼓风机型号鼓风机转速。D调节方式：风机调节不稳定，导致机前吸力以及初冷器前吸力波动，从而导致集气管压力波动；调节阀动作灵敏度影响集气管压力调节。4解决方案原系统焦炉和风机房没有实现联动控制，焦炉装煤时DCS控制集气管翻板稳定集气管压力，风机房手动控制回流稳定初冷器前吸力，因装煤时开高压氨水导致装煤压力波动大，而装煤时风机回流和焦炉8个执行器同时调节，造成集气管的压力突变及耦合现象，原调节方式不能解决现有问题，单纯的DCS单回路调节系统很难实现焦炉集气管压力的稳定控制，因为焦炉集气管压力是一个具有正负耦合关系的多变量耦合系统，用DCS等单回路调节手段（或手动调节）是根本无法实现解耦的集气管压力将有较大波动。而且，焦炉集气管蝶阀为非线性阀，需要在调节过程中进行线性修正而DCS的编程环境很难做到这一点。为了稳定集气管压力，公司安装集气管工控系统，工控系统控制原理：焦炉和风机房实现联动控制，用一台工业控制计算机构成控制系统的核心，将集气管压力、蝶阀开度、机前吸力、机后压力、风机转速等信号接入控制系统。控制系统根据操作工设定的集气管压力对蝶阀开度进行PID控制当实际压力高于设定压力时开阀；当实际压力低于设定压力时关阀。当蝶阀关到一定程度（该值可设定）集气管压力仍有低于设定压力的趋势时，控制系统将发出开回流阀控制信号，以减小吸力；反之，当蝶阀开到一定程度集气管压力仍有高于设定压力的趋势时，控制系统将发出关回流阀的控制信号，以增大吸力。吸力调节范围设定上下限，当控制吸力超出设定范围时，控制系统停止回流调节并发出报警信号，提醒操作工适当调节风机转速。安装工控系统后集气管实现了自动调节，但为了避免焦炉装煤冒烟同时符合生产工艺，根据工艺要求及操作中总结的经验，工控系统采用装煤时集气管压力分段控制方式调节，装煤时集气管压力控制在80Pa，不装煤时集气管压力控制在140Pa，使集气管压力稳定的同时提高焦炉装煤无烟率。5方案论证从集气管压力波动因素中可以看出，焦炉操作、集气管碟阀开度、机后压力、鼓风机转速与调节方式对集气管压力的影响最大。煤气发生量是随着焦炉的出焦操作成周期性变化的，而且在出焦操作的过程中，由于上升管阀板的开/关及高压氨水的喷洒，会对集气管造成很大的冲击引起集气管压力的波动，甚至在各集气管间造成震荡（发生“耦合”现象）。焦炉操作是必须的，机后压力与机后系统设备的阻力及向用户供气情况有关。所以，我们用集气管碟阀开度与鼓风机转速来控制集气管压力用集气管碟阀开度与鼓风机转速的变化，来抵消焦炉操作等因素对集气管压力的影响。由于我们是2座焦炉共用1套鼓冷系统集气管碟阀后的吸力是相同的，所以，鼓风机的调节目的只能是保证足够的、合适的初冷前吸力（这一数值可从集气管碟阀的阀位反映出来）；而各集气管的压力则需靠其碟阀来调节。如图所示，用一台工业控制计算机构成控制系统的核心，将集气管压力、碟阀开度、机前吸力、机后压力、风机转速等信号（利用仪表的变送输出）接入控制系统。控制系统根据操作工设定的集气管压力对碟阀开度进行PID控制当实际压力高于设定压力时开阀；当实际压力低于设定压力时关阀。当碟阀关到一定程度（该值可设定）集气管压力仍有低于设定压力的趋势时，控制系统将发出降低鼓风机转速的控制信号，以减小吸力；反之，当碟阀开到一定程度集气管压力仍有高于设定压力的趋势时，控制系统将发出升高鼓风机转速的控制信号，以增大吸力。若鼓风机的转速已降到接近临界转速，集气管压力仍低于设定压力（碟阀仍关到最低值），为避免鼓风机共振，此时，控制系统将不再降低鼓风机转速，而是通过语音报警通知操作工进行相应的手动调节或自动打开大循环来调节吸力。若煤气用户的用气量减小（机后压力增高），导致机前吸力降低而前述方法不能调节时，控制系统可自动打开煤气放散阀或向煤气柜输气管的调节阀（并可同时发出语音报警），以提示操作工。通过鼓风机转速的调节，可使集气管碟阀角度在设定的范围内保证足够的阻力分数，增加其调节的灵敏度。最终，系统将稳定在至少有一个碟阀处于开度最大的状态下，以尽量减小系统的阻力，即最大限度地节省电能。鼓风机转速是根据集气管碟阀阀位而非机前吸力进行调节，所以避免了由于机前（气液分离器、初冷器等）设备的阻力变化或各焦炉吸气管的长度不同而影响集气管压力鼓风机真正地参与到了集气管压力的控制当中。由于在正常生产中鼓风机转速只是根据集气管碟阀阀位进行调节，所以，为了保证生产的安全，程序中设置了鼓风机前吸力上限指标当机前吸力达到我们设定的上限时，不管集气管压力如何，鼓风机都将逐渐减速以使机前吸力恢复到安全值。因为当气液分离器、初冷器等机前系统发生意外堵塞时，若不能及时被发现，机前吸力将迅速上升，煤气含氧量可能会增高，这对电捕的运行是不安全的。6集气管工控调节与DCS调节对比 分段调节装煤设定80Pa，不装煤140pa,集气管分段调节特点在稳定集气管压力的同时提高了初冷器前吸力，满足装煤时的吸力要求。缺点：因分段调节需要取装煤信号做判断，对炉顶操作工开高压氨水的时间有一定的要求，要求装煤车发出装煤信号后立刻开高压氨水，因分段控制原理：当装煤车开始装煤时，工控系统程序自动把集气管压力由原来的140Pa，改为80pa，同时发出执行器快开指令避免集气管压力出现高压调节不及时。 双集气管DCS调节趋势图 DCS调节集气管压力波动大，负压严重。安装工控调节后的趋势图 工控调节压力相对稳定，但还是会偶尔出现负压。 7研究优化方案实施集气管压力控制工控系统虽然实现了自动控制，但装煤时还存负压，执行器在调节过程中偶尔会出现震荡现象，集气管压力长时间分段控制影响焦炉使用寿命，为了解决焦炉装煤负压同时降低装煤冒烟，铁雄电仪部成立集气管压力研讨小组，对集气管压力控制系统进行优化改造，优化实施计划：1、首先学习考察同行业焦炉集气管压力控制情况，对比不足之处，开会分析造成集气管压力装煤负压的原因。2、找到集气管压力波动原因后，根据波动原因，研讨、咨询相关部门技术人员制定可行性的解决方案。3、同时检查整定执行器的调节参数，使执行器的灵敏度在现有条件下有所提高，整定参数需要车间配合手动调节。4、实施方案后，观察集气管运行情况，做好数据记录，总结调试过程报告。根据一周的统计数据初步确定集气管压力波动原因为：1、集气管压力执行器有时动作滞后。2、操作问题，通过查看历史趋势发现在装煤结束关高压氨水时，如果操作工在关过程中分为3次关阀，（30秒内完成）基本不会出现负压，但如果分2次关阀或小于两次，集气管压力出现负压现象较高。3、集气管阀位没有在最佳位置。针对集气管压力波动原因研讨解决方案：1、首先解决集气管执行器滞后问题，组织梅陇仪表对执行器进行专项检查，对于开关阀滞后的执行器进行更换，并重新带负荷整定三炼焦集气管执行器调节参数。2、车间配合开关高压氨水特别是关高压氨水要慢关。3、重新整定执行器参数后根据集气管执行器阀位调节情况，适当调整集气管的手动翻板，找到吸力平衡点，同时需车间配合检查集气管管道是否正常流通。4、根据集气管压力调节情况，适当调整调节PID参数,力争找出最佳控制点。5、跟踪执调器整行参数后的运行情况。方案实施：车间积极配合装煤时注意开关高压氨水的速度，根据统计的集气管压力数据分析8个集气管执行器的调节情况，根据集气管执行器控制压力数据，分别修改控制参数P、I、D值，力争找到最佳控制点，同时根据执行器动作情况，制定了带负荷整定集气管执行器参数方案。调整集气管控制参数阶段，经过调整集气管压力相对于之前有了一定的变化，针对执行器滞后问题研讨小组决定对执行器进行带负荷整定，整定参数前调节情况：1#炉机侧相对稳定，12小时负压值最低-120Pa左右，负压次数最多7次，焦侧压力波动大，主要是压力震荡，特别是焦侧西执行器根据一周统计数据负压最低值-150Pa左右，负压次数12小时最多15次。7月4日带负荷整定1#炉焦侧集气管执行器，整定参数后观察运行情况，焦侧西执行器调节情况有所好转，焦侧东执行器关阀仍滞后，滞后时间最长9秒钟，1#炉焦侧仍有震荡现象，振幅相对减小，震荡范围40Pa左右。 8优化方案实施前后对比 经过三周的调试优化，集气管压力趋对比如下：1#炉机侧优化前：参数整定后：1#炉焦侧整定前：1#炉焦侧整定后：2#炉机侧整定前：2#炉机侧整定后：2#炉焦侧整定前：2#炉焦侧整定后9总结 集气管压力调节稳定必须具备以下条件： 1、集气管压力执行器动作迅速准确，在调试的过程中出现过因执行器气缸漏气影响集气管调节，导致一侧集气管压力震荡。这种情况就需要检修人员加强巡检力度，发现问题及时处理。2、生产工艺变化后车间之间，部门之间要及时沟通。3、炉顶操作工开、关高压氨水要有统一的操作标准，不能猛开或猛关，否则会导致集气管瞬间出现高压或出现负压。4、通过三周的调试运行发现初冷器前吸力在-1.8KPa左右时，在现在的生产状况下能同时满足集气管压力稳定和装煤不冒烟，如果吸力高于-2.5KPa，集气管压力就会出现震荡、负压严重情况。5、煤气净化设备产生的阻力保持稳定。6、煤气用户增加或减少使用量一定要缓慢调节。（无气柜的情况下）10结束语 通过安装集气管工控系统，实现焦炉和风机房的联动控制，