煤气净化鼓风机DCS控制系统升级改造.pdf

2 4 南钢科技与管理 2 0 1 2年第 4期 设计与改造 隅 承 矗 煤气净化鼓风机 D C S控制系统升级改造 李影 左殿杰 ( 炼铁新厂 ) 摘 要 ： 介绍了炼铁新厂对D C S 控制系 统、 自 动化仪表控制策略进行的一系列改造： 增加风机大循环管的调 节 ， 采取 “ 风机 大循环管加鼓风机联调” 的方案。达到 了稳 定鼓风机及 其焦炉集气管压力调节的 目的。 关键词 ： D C S 鼓风机焦炉集气管调节 DCS Co n t r o l S y s t e m Up g r a d e o f Ga s Bl o we r L i Y in g Z u o Di a n j ie ( N e w I r o n - ma k in g P l a n t ) Ab s t r a c t ： A s e r ie s o f t e c h n ic a l mo d if ic a t io n s h a v e b e e n d o n e f o r D CS c o n t r o l s y s t e m a n d a u t o ma t ic in s t r u me n t a t io n c o n t r o l s y s t e m a t N e w I r o n m a k in g P l a n t ，t h a t i s ， a d j u s t i n g g e n e r a l c i r c u l a t io n p ip e o f f an a n d a d o p t i n g t h e s c h e m e fo r d e b u g o f a d j u s t in g g e n e r a l c i r c u l a t i o n p ip e o f f an a n d b l o w e r ， w h ic h m a k e s b l o w e r o p e r a t e n o r mal l y a n d t h e p r e s s u r e o f c o k e o v e n c o l l e c t o r c a n b e s t a b il iz e d Ke y w o r d s ： D C S ； b l o w e r ； c o k e o v e n c o l l e c t o r ； a d j u s t m e n t 前言 炼铁新厂 1 7 0万 t 焦化装置是南钢“ 十五” 结构 调整配套项 目。 自 2 0 0 3年 2月 到 2 0 0 6年 8月完成 建设 。拥有 2 5 5 孔 ( 3 # 、 4 # ) 、 1 6 0孑 L ( 5 # ) 炭化室 高 6 m单集气管复热式顶装焦炉 ( J N 6 0 6型 ) 3座 ， 年产冶金焦炭 1 7 0万 t ， 配套建有两套年处理煤气 8亿立方米 的煤气净化系统 。 该厂焦化与市中心隔江相望， 距国家高新技术 开发区 3 公里 ， 在国家节能减排， 环保要求越来越高 的今天， 鼓风机及其焦炉集气管调节的稳定性、 可靠 性尤为重要。 项 目建设之初 ， 该厂在 D C S系统设备选型上， 通 过对比国内外主流 D C S系统， 选择了北京某公司的 M A C S S m a r t P r o 分 布式控 制 系统 。但 在 日后 的生 产 运行当中， 最初建立的 D C S控制系统逐渐暴露 出鼓 风机及其焦炉集气管压力调节不够稳定的问题。因 此， 对 D C S 控制系统进行改造升级， 完善其控制策略 成为了该厂面临的重要课题。 1 面临的问题 从工艺、 机械、 仪表及 自动化控制方面分析了存 在的问题， 概括地说 ， 一是 自控系统的不安全性 ， 二 是控制策略及方案上的不足， 三是工艺状况多变引 起的 问题 。 1 1 自控系统的不安全性 该厂煤气净化鼓风机 D C S系统硬件组态设计之 初没有设独立的主控， 而是属于煤气净化 D C S系统 1 1 # 站。鼓风机本体的调节监控与鼓冷工段的部分 2 0 1 2年第 4期 南钢科技与管理 信号都进设于鼓风机室的 1 1 # 站远程站 ， 这给日后的 系统安全运行留下隐患 。 1 2 控制策略上的不足 原来集气管、 鼓风机 的调节分属焦炉和煤 气净 化 D C S系统， 控制策略上是独立的， 但是实际上两者 又是相互关联和相互影 响的。 集气管调节 的仪表信号取压点过于靠近吸气 管， 控制上没有考虑信号冗余。 没有考虑使用循环管来调节初冷期前吸力。 1 3 工艺状况的多变 1 3 1 焦炉工 艺的多变 焦炉压力控制系统是一个耦合严重、 具有非线 性、 时变特性、 扰动剧烈的多变量系统。普通的单点 独立调节已不能适应焦炉生产和鼓风机冷凝系统控 制的复杂变化 ， 不能克服焦炉集 气管之 间 、 焦炉 不 同 吸气管与鼓风机冷凝之间的耦合问题 ， 导致压力及 吸力调节效果很不理想， 给生产安全、 下道工序带来 严 重影响 。 焦炉炼焦不是纯连续的生产过程， 而是在连续 生产过程中伴随着具有一定规律的间断过程。煤气 产生是连续的， 而出焦、 装煤、 平煤操作、 喷氨水操作 则是间断的执行的。3座焦炉共有 1 7 0孔， 每孔在生 产时根据需要周期性地加煤或出焦 ， 任何一孔炉 门 的开和关 ， 都会造成集气管压力的波动。 3 # 、 4 # 焦炉有四段集气管共用一个风机， 5 # 焦炉 有 2段集气管共用一台风机， 而风机对各个集气管 的吸入管距离长短不等， 管路又不对称 ， 吸力分配不 可能都合适。在鼓风机前吸力不变的情况下 ， 任一 焦炉压力的波动， 都会影响其它炉压力的稳定。 1 3 2 鼓风机后煤气阻力变化的影响 在鼓风机能力不变 的情况下 ， 机后设备的阻力 发生变化或煤气用户的用量发生变化时， 都会引起 机后压力的变化， 进而引起机前吸力的变化。在煤 气发生量稳定的情况下 ， 该吸力变化势必引起集气 管压力的波动。 鼓风机机械部分电机通过增速性液力耦合器拖 动风机 ， 是个多变的动力源。耦合器的功率输 出随 负荷的变化而变化， 反应到风机转速上就是风机转 速 随外 界煤气 量的变化而变 化。这种变 化直接 引起 初冷期前吸力的波动。 1 4 设备 自身引起的波动 耦合器调 速系统 的机械结构差 异引起 执行器 的 角行程与耦合器勺管行程不对应 ， 造成调节精度差， 从而导致执行器 调 1 的开度 ， 而风 机要 么不动 ， 动 辄百转 以上 ， 也加 大了系统波动 。 自动化仪表系统中的调节达不到精度， 引起调 节动作滞后 ， 从而引起压力或吸力的波动。 2 解决方案 通过吸取 国内焦化厂的经验与教训 ， 借鉴国外 同类型焦 炉 的调 控 经验 ， 提 出 了 自己 的改 造 方 案 。 即在原有的 D C S系统上， 围绕稳定集气管压力及初 冷器前吸力做一系列改造。 2 1 D C S系统方案的改进 按 自动化仪表控制的设计规范， 鼓风机是化产 的核心设备 ， 其控制应当独立， 这可降低因系统问题 带来的风险； 另外 ， 鼓风机本体的测控独立后 ， 给煤 气净化其余部分的仪表自动化检修带来方便。 改造需在鼓风机机柜间增加 D C S系统主控制器 柜， 与原来的I O卡件共同组成 1 3 # 站。对原 D C S系 统重新“ 组态修改” ， 取消原 D C S系统 1 1 # 站的远程 站 ， 增加 1 3 # 站 。同时取 消原来 的光纤收发器 改用 光 口交换机 ， 增加系统的可靠性。图 1 是改造后的3 # 、 4 # 焦炉煤气净化 D C S系统网络图。 2 2 控制策略的完善 把焦炉集气管压力调节由焦炉 D C S系统移到鼓 风机 D C S系统 中， 增加风机大循环管 的调节 ， 采取 “ 风机大循环管加鼓风机联调” 的方案。风机的调节 动 作由循环管的开度决定 ， 即在循环管一定范围内 2 6 南钢科技与管理 2 0 1 2年第4期 I程师站 I程师站 操作 站 操作员站 操作员站 操作员站 酚氰控制室 煤气净化控制室 煤气鼓风机室 图 1 煤 气净化 D C S网络 图 风机不动作 ， 只有需要大幅度调整 吸力 时 ， 风机才动 作 。 具体阀位的设定视工艺状况及系统负荷决定。 该厂循环管调节 蝶 阀的动作 范 围在 0 3 0 。当 循环管调节蝶阀在 8 2 0 范围内动作时， 风机不 动作， 循环管调节蝶阀8 ， 表明风机吸力不足， 缓 慢 ( 1 分钟增加 1 开度 ) 增加风机吸力 ， 直 到循环管 调节蝶阀 8 为止。循 环管调 节蝶 阀 2 0 ， 表 明 风机吸力过大 ， 缓慢 ( 1 分钟减小 1 开度 ) 减小风机 吸力 ， 直到循 环管调节蝶阀 2 0 为止 ( 参见 图 2 ) 。 每段集气管上的压力测点由一个增加到三个 ， 程序上采用特殊算法 ， 对焦炉集气管 的压力控制采 取“ 3选 2 ” 的控制方案 ( 见 图 3 ) ， 消除 了某个 测点有 误引起的调节失控 。 2 3 消除多变的工艺影响 2 3 1 针对焦炉集气管压力多变 多个 集气管压 力管 道相 连 ， 集 气管 管道 与 初冷 器 、 风机也管道相连， 它们之间存在较强的相互耦合 作用。控制的主要策略是采用多变量解藕控制 ， 消 除它们之间的相互干扰。 通过增加每段集气管压力信号的检测点 ， 采用 3 个信号的算术平均作为压力控制调节对象 ， 从而均 衡每段的压力 ， 起到“ 削峰填谷” 作用。 图 2 循 环管及 风机切 换程序截 图 2 3 2 采 用先进控制 以稳定