提高大型高爐自控系統(tǒng)安全防護(hù)性能實(shí)踐

河鋼集團(tuán)宣鋼檢修公司　樊　磊

提高大型高爐自控系統(tǒng)安全防護(hù)性能實(shí)踐

河鋼集團(tuán)宣鋼檢修公司樊磊

河鋼宣鋼四座大型高爐的自動控制系統(tǒng)均為自主研發(fā)，現(xiàn)代化的高爐必須配備現(xiàn)代化的高精度的檢測手段和完整嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂品桨?、控制邏輯加以軟件?shí)現(xiàn)，否則直接影響高爐生產(chǎn)，嚴(yán)重時還會造成人身、設(shè)備的安全事故，所以提高大型高爐自控系統(tǒng)的安全防護(hù)性能是急需解決的問題。

隱患；自動；冗余；語音報警；安全連鎖

0　引言

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，設(shè)備管理人員發(fā)現(xiàn)了一些設(shè)備存在的安全隱患，和生產(chǎn)工藝相關(guān)的不完善地方，針對這些問題，組織相關(guān)技術(shù)人員對大型高爐自控系統(tǒng)進(jìn)行了安全性能的評估，并對其中存在的問題和隱患進(jìn)行項(xiàng)目改造，其中涉及到高爐自控系統(tǒng)的幾大部分，即爐頂系統(tǒng)、本體系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)，內(nèi)容包括了現(xiàn)場設(shè)備安全性改造，重要設(shè)備的安全連鎖重新修改，預(yù)警和報警系統(tǒng)的完善，設(shè)備的安全保護(hù)，設(shè)備的自動控制等。

1　高爐調(diào)壓閥組自動安全保護(hù)程序

高爐減壓閥組自動調(diào)節(jié)頂壓屬于本體系統(tǒng)，宣鋼的四座大型高爐均采用以下方法來進(jìn)行爐頂頂壓的調(diào)節(jié)：四個調(diào)節(jié)用執(zhí)行機(jī)構(gòu)和差壓發(fā)電系統(tǒng)串聯(lián)起來，進(jìn)行高爐頂壓的調(diào)節(jié)。當(dāng)設(shè)備無事故的正常模式下，四個調(diào)節(jié)用執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，會有一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置在自動調(diào)節(jié)方式，與差壓發(fā)電設(shè)備中的調(diào)節(jié)裝置配合使用，最終達(dá)到調(diào)節(jié)高爐頂壓的目的。而另外三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)都設(shè)置為手動模式。如果處在自動調(diào)節(jié)狀態(tài)的那個執(zhí)行機(jī)構(gòu)突然出現(xiàn)故障，操作人員如果不能及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行手動操作來干預(yù)其設(shè)備動作，差壓發(fā)電系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)裝置又與四個執(zhí)行機(jī)構(gòu)為串聯(lián)調(diào)節(jié)方式，會直接造成高爐爐頂頂壓的波動，而當(dāng)設(shè)備故障不能及時解除，當(dāng)頂壓升高到爐頂放散設(shè)備的極限時，爐頂放散會打開，高爐直接進(jìn)入停風(fēng)、減產(chǎn)操作，影響正常生產(chǎn)。為了避免此類事故發(fā)生，對高爐的調(diào)壓閥組增加了自動保護(hù)程序。當(dāng)高爐的實(shí)際頂壓與設(shè)定值相差15Kpa時，會在操作人員的操作用電腦彈出提示小窗口，顯示內(nèi)容為：頂壓異常！此時，可按照畫面提示切換其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)為自動方式，相關(guān)操作人員只需要簡單地點(diǎn)擊一下鼠標(biāo)，就可以將目前為自動調(diào)節(jié)方式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)變?yōu)槭謩诱{(diào)節(jié)方式，而之前其他三個手動調(diào)節(jié)方式下的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)操作人員的操作，變?yōu)樽詣诱{(diào)節(jié)方式。

2　爐頂自動注水程序

在高爐的爐頂系統(tǒng)工藝中，高爐放料在放完焦炭之后，在爐頂安裝的頂溫都會顯示升高，當(dāng)頂溫數(shù)值升高達(dá)到報警極限，并且高爐探料尺還沒有到達(dá)程序設(shè)定的數(shù)值，無法完成放料動作，此時就需要操作人員開啟灑水球閥，給高爐爐內(nèi)部注水，以達(dá)到降溫目的。利用冷水對高溫的高爐內(nèi)部進(jìn)行打水操作，本身就存在危險性，如果未能及時對爐內(nèi)進(jìn)行打水降溫，會對爐頂設(shè)備造成損壞；而如果打水過多，勢必會對高爐造成很大影響，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)安全事故，在正常生產(chǎn)的實(shí)際操作，高爐工長需要操作設(shè)備和觀察高爐相關(guān)數(shù)據(jù)和趨勢，很容易忘記向高爐注水或注水較多后仍沒有關(guān)閉閥門。

針對這一隱患，我們在程序中對四個頂溫顯示數(shù)值做了高、低極限報警輸出，并將報警輸出程序與爐頂注水設(shè)備的開啟和關(guān)閉進(jìn)行連鎖控制，當(dāng)四個爐頂溫度顯示中有任意一個數(shù)值超過高極限報警后，程序會自動打開爐頂注水設(shè)備，對高爐內(nèi)部進(jìn)行注水，以達(dá)到降溫的目的，而當(dāng)四個爐頂溫度顯示數(shù)值全部低于報警低極限后，程序又會自動關(guān)閉爐頂注水設(shè)備，停止對爐內(nèi)打水。在爐頂注水設(shè)備的控制上，將之前的手動操作方式變成可以在手動和自動上隨時切換，當(dāng)此設(shè)備處于“自動”下，程序才會根據(jù)頂溫數(shù)據(jù)進(jìn)行閥門的自動開啟。

3　爐頂設(shè)備增加反饋備用信號

高爐自控系統(tǒng)中的核心部分是爐頂自動裝料、放料，自動裝料、放料程序能否正常運(yùn)行，設(shè)備能否正常動作，直接關(guān)系到高爐的順產(chǎn)。

在爐頂?shù)乃性O(shè)備中，正常生產(chǎn)時只要有一個設(shè)備的反饋信號出現(xiàn)故障，就會使整個自動裝料、放料程序無法順利運(yùn)行，直接影響高爐的正常生產(chǎn)，如果設(shè)備問題未能及時發(fā)現(xiàn)，還會引發(fā)安全事故。為此需要給重要閥位增加冗余信號，以保證高爐正常自動上料。

新加的冗余點(diǎn)，采用現(xiàn)場總線設(shè)計方式，現(xiàn)場增加總線箱，總線箱內(nèi)安裝總線模件，將設(shè)備相關(guān)信號直接接入總線模件內(nèi)，通過DP協(xié)議通訊，信號進(jìn)入主控系統(tǒng)，操作人員可以隨時切換現(xiàn)用備用信號。在程序中也增加了報警，當(dāng)每個設(shè)備相對應(yīng)的兩個反饋點(diǎn)超過10秒信號未一致時，也會發(fā)出報警，及時通知相關(guān)操作人員。

4　熱風(fēng)爐系統(tǒng)安全連鎖

大型高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)通過煤氣和助燃空氣混合燃燒來達(dá)到提高為高爐送風(fēng)溫度的目的，其煤氣和助燃空氣的混合燃燒本身就是危險因素，而當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或操作失誤后，煤氣、空氣比例一旦失調(diào)，會造成重大安全事故，在保護(hù)熱風(fēng)爐系統(tǒng)中，我們通過完成以下安全改造，保證了熱風(fēng)爐系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（1）轉(zhuǎn)悶爐程序保護(hù)。即在熱風(fēng)爐的正常生產(chǎn)時，三座使用中的熱風(fēng)爐必須有一座處于“送風(fēng)”狀態(tài)，其它兩座熱風(fēng)爐才可以執(zhí)行“送風(fēng)狀態(tài)至悶爐狀態(tài)”的程序。程序中還設(shè)計有應(yīng)急按鈕，按下應(yīng)急按鈕后，可跳過保護(hù)程序。

（2）設(shè)備狀態(tài)提前報警。熱風(fēng)爐系統(tǒng)中每個設(shè)備中都有：開信號和關(guān)信號，在程序中預(yù)設(shè)開信號和關(guān)信號與開命令和關(guān)命令的相互對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)程序發(fā)出開、關(guān)命令信號后，在程序中設(shè)定的等待時間內(nèi)，控制的設(shè)備實(shí)際反饋信號要與程序中設(shè)置的一致時，系統(tǒng)會顯示設(shè)備正常，否則程序會發(fā)出該設(shè)備的報警提示。如果一個設(shè)備在控制命令發(fā)出后長時間停留在原設(shè)備狀態(tài)并超過程序設(shè)定的等待時間，程序也會對該設(shè)備發(fā)出報警。并且將每個設(shè)備的報警信息組合，在程序中將其設(shè)為熱風(fēng)爐總報警。在換爐程序執(zhí)行過程中只要有一個設(shè)備發(fā)出報警，該座熱風(fēng)爐的所有程序?qū)⑼Ｖ箞?zhí)行，并及時提醒相關(guān)的操作人員，及時處理設(shè)備出現(xiàn)的故障，可避免更大的安全事故的發(fā)生。

（3）設(shè)備自動復(fù)位。熱風(fēng)爐現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備可能受天氣或其他方面的影響，閥門會離開原位置，并失去其狀態(tài)的反饋信號，使熱風(fēng)爐失去其狀態(tài)，直接影響程序向下繼續(xù)執(zhí)行。也可能導(dǎo)致人為誤操作，通過反復(fù)修改控制程序的自定義功能塊，有效防止設(shè)備誤操作。

（4）后燒控制先送。即如果有兩座正在使用的熱風(fēng)爐都已燃燒并達(dá)到可以送風(fēng)的狀態(tài)，只允許程序?qū)⒑鬅煹罍囟葦?shù)值較高的熱風(fēng)爐先執(zhí)行“送風(fēng)”。并且，已經(jīng)進(jìn)入“送風(fēng)狀態(tài)”的熱風(fēng)爐，其處在送風(fēng)狀態(tài)的時間必須大于30分鐘，才能被程序允許執(zhí)行悶爐或燃燒。

（5）自動悶爐的程序。即任意一座正在使用的熱風(fēng)爐處于燃燒狀態(tài)下，當(dāng)熱風(fēng)爐后煙道溫度數(shù)值達(dá)到350℃時，該熱風(fēng)爐程序會自動程序悶爐，從而減少燃?xì)庀模?jié)約煉鐵成本。

5　結(jié)束語

此項(xiàng)改造在河鋼宣鋼1#、2#2500M3高爐成功實(shí)施，標(biāo)志著宣鋼高爐自動化控制系統(tǒng)在安全性上有了一個新的突破，設(shè)備的自動控制的實(shí)現(xiàn)，安全性能的提高，報警系統(tǒng)的完善，其新穎的系統(tǒng)設(shè)計理念，是基于對軟、硬件控制系統(tǒng)平臺的熟悉，和對煉鐵工藝系統(tǒng)的了解，對提高高爐系統(tǒng)安全操作、管控水平，減少人力資源和系統(tǒng)資源的浪費(fèi)都具有相當(dāng)?shù)慕梃b作用和推廣意義。