蘭炭冶煉的自動化控制與探討

付錦東，任曉慧，李強(qiáng)，劉誠誠

（陜西北元集團(tuán)錦源化工有限公司，陜西 神木 719319）

0 引言

近年來，蘭炭產(chǎn)業(yè)逐漸成為了新疆、陜西、寧夏等地區(qū)的重要煤炭轉(zhuǎn)化工業(yè)之一，當(dāng)前我們國家電石以及冶金行業(yè)對蘭炭的需求量日益增加。蘭炭的生產(chǎn)工藝并不復(fù)雜，并且產(chǎn)成品也比較單一，沒有很高的技術(shù)難度，因此想要在蘭炭行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的發(fā)展，就一定要加強(qiáng)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用，積極研發(fā)新技術(shù)與新手段提高工作效率。文章闡述了陜西北元集團(tuán)錦源化工有限公司在蘭炭冶煉過程中的工作現(xiàn)狀，并根據(jù)其在蘭炭冶煉生產(chǎn)過程中存在的一些安全隱患以及影響工作效率的問題，進(jìn)行了自動化控制的方案實(shí)施探討。

1 蘭炭冶煉基本情況概要

蘭炭作為一種新型的碳物質(zhì)，是通過將煤炭進(jìn)行低溫干餾得到的，憑借著高含量固定碳、高化學(xué)活性、低灰分、低硫等優(yōu)勢，逐漸代替冶金焦進(jìn)行電石、鐵合金等物質(zhì)的生產(chǎn)中，并且還能夠取代焦炭進(jìn)行冶金行業(yè)的應(yīng)用。經(jīng)過近30年的發(fā)展，已經(jīng)初具生產(chǎn)規(guī)模，其產(chǎn)值也在不斷攀升，并且成為了榆林市的重要經(jīng)濟(jì)支柱。但是其目前還存在很多技術(shù)缺陷有待進(jìn)一步優(yōu)化。

陜西北元集團(tuán)錦源化工有限公司經(jīng)營范圍包括蘭炭的加工銷售，之前蘭炭的生產(chǎn)過程主要還是依靠人為手工操作和控制，人工勞動強(qiáng)度也相對比較高，再有生產(chǎn)設(shè)備之間沒有形成良好的自動相互協(xié)調(diào)，需要依靠工作人員豐富的工作經(jīng)驗來完成作業(yè)操控[1]。大量人工對生產(chǎn)過程的干預(yù)，對于生產(chǎn)過程的順利開展以及生產(chǎn)效率的提升非常不利。因此錦源化工進(jìn)行了蘭炭冶煉過程的自動化改造工作，來滿足日益增長的蘭炭產(chǎn)量需求，提升企業(yè)經(jīng)營效益，加速現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程。

2 蘭炭冶煉工作現(xiàn)狀

輸煤系統(tǒng)主要是進(jìn)行蘭炭冶煉原料的供應(yīng)，也就是將原料由原料廠經(jīng)過皮帶機(jī)等工具運(yùn)送至生產(chǎn)爐的過程，在整個蘭炭冶煉的過程中是非常重要的工作基礎(chǔ)與前提，對于保障冶煉工作順利開展極其重要。在實(shí)行自動化改造前企業(yè)蘭炭冶煉工作運(yùn)轉(zhuǎn)相對穩(wěn)定，但是還是存在一些亟待解決的問題。

2.1 煤氣風(fēng)機(jī)和空氣風(fēng)機(jī)未進(jìn)行連鎖控制

錦源化工有限公司原料分廠的碳化工序一共有四臺離心式空氣風(fēng)機(jī)、兩臺羅茨煤氣風(fēng)機(jī)以及兩臺離心式煤氣風(fēng)機(jī)。其中，在工作電壓方面：四臺離心式空氣風(fēng)機(jī)工作需要使用380 V的低壓電，而兩臺離心式煤氣風(fēng)機(jī)工作時則需要10 kV的高壓電；在總管壓力方面：機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時候，空氣的總管壓力需要控制到7～10 kPa，而回爐煤氣的總管壓力需要控制到4～7 kPa。一旦出現(xiàn)低壓失電的情況，空氣風(fēng)機(jī)就會停止工作，但是煤氣風(fēng)機(jī)還會繼續(xù)處于工作狀態(tài)，這樣就會導(dǎo)致復(fù)合爐內(nèi)的煤氣倒竄到空氣系統(tǒng)當(dāng)中，引發(fā)爆炸，因而具有較大的安全事故隱患。

2.2 電液閥故障頻繁

錦源化工原料分廠共有24臺復(fù)合爐電液閥：包括6臺空氣總管供氣閥門，6臺回爐煤氣總管供氣閥門，6臺爐頂放散閥門以及6臺集氣閥門。但是在實(shí)際使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)漏油問題，還會出現(xiàn)自動關(guān)閉甚至無法打開的現(xiàn)象。較高的故障率給我公司蘭炭冶煉生產(chǎn)過程造成了很大影響，不利于生產(chǎn)過程的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 煤氣系統(tǒng)調(diào)控繁瑣

自動化改造以前需要有專門的職工負(fù)責(zé)復(fù)合爐爐內(nèi)壓力的調(diào)控工作。工作人員需要經(jīng)過對煤氣風(fēng)機(jī)回流閥、回爐煤氣至氣柜出口閥門、大放散等閥門進(jìn)行操作進(jìn)而完成復(fù)合爐爐內(nèi)壓力的調(diào)整控制工作。而閥門的調(diào)整需要工作人員進(jìn)行現(xiàn)場人為操作，需要占用較多的勞動力，并且勞動強(qiáng)度較大，操作不慎還會造成復(fù)合爐爐頂冒煙，對于工作人員的生命安全具有較大的威脅。

2.4 上煤系統(tǒng)效率較低

上煤系統(tǒng)需要將原煤經(jīng)過皮帶機(jī)等工具運(yùn)送到生產(chǎn)爐中，在整個過程中還需要進(jìn)行原煤的運(yùn)送、破碎以及篩分等工作。改造前的復(fù)合爐上煤系統(tǒng)的插板閥門、皮帶機(jī)的控制等工作，都需要工作人員在實(shí)施現(xiàn)場使用系統(tǒng)按鍵進(jìn)行設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)或停止的操作，這種傳統(tǒng)人工方式一方面是需要較多的人力，較大的工作強(qiáng)度，不僅造成人力資源的浪費(fèi)，也不利于工作效率的提升。另一方面操作過程中作業(yè)環(huán)境差，對于工作位人員人身健康也會產(chǎn)生較大的不良影響。

2.5 氨水罐區(qū)液位

榆林市在推進(jìn)蘭炭行業(yè)升級改造高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施方案中，對蘭炭企業(yè)污水處理工作提出了較高要求，要求全部蘭炭或涉及蘭炭的單位都要完成廢水處理的全覆蓋。但是錦源化工原料分廠的氨水罐區(qū)只能進(jìn)行遠(yuǎn)傳液位計報警，不能夠根據(jù)氨水液位進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，如有人員操作不到位，將會造成氨水溢流污染環(huán)境的事件。

3 蘭炭冶煉的自動化控制方案

3.1 實(shí)行煤氣風(fēng)機(jī)與空氣風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖

針對因為空氣風(fēng)機(jī)與煤氣風(fēng)機(jī)工作電壓不同造成的生產(chǎn)安全事故隱患問題，對煤氣風(fēng)機(jī)與空氣風(fēng)機(jī)實(shí)施聯(lián)鎖裝置。在工作過程中，實(shí)時監(jiān)測空氣風(fēng)機(jī)總管的壓力，當(dāng)其壓力≤2 kPa的時候，強(qiáng)制煤氣風(fēng)機(jī)也停止工作，并且自動關(guān)閉各臺復(fù)合爐內(nèi)空氣總管的供氣閥門，避免因為空氣總管壓力的降低造成復(fù)合爐內(nèi)煤氣倒竄至空氣系統(tǒng)，降低安全事故隱患。

3.2 電液閥更換為氣動遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制閥

錦源化工有限公司針對原料分廠的24臺復(fù)合爐電液閥門（其中包括6臺空氣總管供氣閥門，6臺回爐煤氣總管供氣閥門，6臺爐頂放散閥門以及6臺集氣閥門），進(jìn)行全部更換，調(diào)換為氣動調(diào)節(jié)控制閥門，實(shí)現(xiàn)DCS遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)操作功能。在DCS操作臺中設(shè)置緊急停爐按鈕，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合爐內(nèi)空氣閥門、煤氣閥門以及集氣閥門等的自動關(guān)閉功能，并且自動開啟爐頂放散。當(dāng)有閥門出現(xiàn)故障的時候也能夠執(zhí)行同樣的操作。

3.3 煤氣系統(tǒng)總管增加遠(yuǎn)程控制回流閥門

在煤氣風(fēng)機(jī)進(jìn)出口總管管線處增加一個型號為DN350的遠(yuǎn)程控制閥門，隨時監(jiān)測復(fù)合爐內(nèi)的壓力并進(jìn)行調(diào)整。該閥門能夠通過遠(yuǎn)程操控以及實(shí)地現(xiàn)場操作雙重功能，在檢修或者維修的時候能夠進(jìn)行獨(dú)自隔離，不會影響到其他設(shè)備或程序的正常運(yùn)行，當(dāng)鎖解除以后也具備遠(yuǎn)程單臺設(shè)備的操控功能[2]。通過DCS遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)煤氣系統(tǒng)壓力的方式，減少人員占用與人力資源的浪費(fèi)，降低復(fù)合爐爐頂冒煙的安全隱患。

3.4 上煤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控改造

錦源化工有限公司針對原料分廠的備料系統(tǒng)主要包括3臺受煤坑、1#原煤皮帶、2臺原煤振動篩、面煤皮帶、2#原煤皮帶以及3臺緩沖煤倉。1#原煤皮帶及2#原煤皮帶可以在DCS控制臺操控的基礎(chǔ)上，將2#原煤皮帶至3臺緩沖倉之間的備料小車，由現(xiàn)場控制修改為使用DCS操作臺進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

在上料系統(tǒng)上，將3臺加料可逆移動小車修改為配備DCS遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，在每個備煤倉口上方安裝小車限位開關(guān)，負(fù)責(zé)進(jìn)行每個備煤倉安裝料位計；其次，由針對單向驅(qū)動小車皮帶很容易發(fā)生跑偏的現(xiàn)象，將每臺小車都修改為前后雙向驅(qū)動，以此解決皮帶跑偏問題。；此外，在每個備煤倉的倉口安裝料位計、限位開關(guān)以及視頻監(jiān)控，開啟備煤小車、煤倉閘板閥的聯(lián)鎖裝置，保證小車備煤的倉口視頻監(jiān)控畫面能夠在DCS操作臺單獨(dú)出現(xiàn)，這樣能夠降低由于操作失誤出現(xiàn)的操作問題；最后，將目前擁有的72臺電動閘板閥控制系統(tǒng)全部引至碳化工段的DCS操作室，全部實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制操作。

在每臺備煤小車的車頭與車尾跟隨皮帶支架設(shè)置2臺防爆攝像頭，該攝像頭可以進(jìn)行遠(yuǎn)程旋轉(zhuǎn)與焦距調(diào)節(jié)功能，在信號傳輸方面使用無線Wifi網(wǎng)絡(luò)，DCS操作室的操作人員可以通過調(diào)整攝像頭來觀察上煤情況。

3.5 氨水罐區(qū)液位聯(lián)鎖

蘭炭的尾氣中具有甲烷、氨氣、一氧化碳、二氧化碳等多種成分，在這些成分當(dāng)中，氨氣極容易溶于水生成氨水，而氨水又因為是一種弱堿性的物質(zhì)會對多種的合金物質(zhì)產(chǎn)生腐蝕作用。所以，蘭炭的尾氣經(jīng)常會對燃?xì)饣騼?nèi)燃機(jī)中的一些部分形成損害，降低生產(chǎn)裝置的使用壽命[3]。依據(jù)榆林市推進(jìn)蘭炭行業(yè)升級改造高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案中的工作要求以及發(fā)電機(jī)組的需求，需要對蘭炭尾氣進(jìn)行脫氨操作，而水洗脫氨則是一種性價比最高的方式。

由于水洗脫氨技術(shù)是采用水作為主要的吸附物質(zhì)，所以對于氨水罐區(qū)液位的監(jiān)測極其重要。在遠(yuǎn)傳液位計報警裝置的基礎(chǔ)上，增加低液位遠(yuǎn)程補(bǔ)水操作，實(shí)時對液位進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)氨水罐區(qū)低液位遠(yuǎn)程補(bǔ)水。避免因為液位不足形成的脫氨故障，避免對大氣形成污染。

4 蘭炭冶煉的自動化控制達(dá)到的目的

蘭炭冶煉的自動化控制達(dá)到的目的在于：當(dāng)空氣風(fēng)機(jī)總管壓力≤2 kPa時，聯(lián)鎖煤氣風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，各臺復(fù)合爐空氣總管供氣閥門自動關(guān)閉；通過將24臺電液閥門更換為氣動遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制閥門，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)操作，在DCS設(shè)置緊急停爐按鈕；實(shí)現(xiàn)DCS遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)煤氣系統(tǒng)壓力；實(shí)現(xiàn)上煤系統(tǒng)遠(yuǎn)程DCS操控，減少現(xiàn)場人員操作；實(shí)現(xiàn)氨水罐區(qū)低液位遠(yuǎn)程補(bǔ)水。

5 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前蘭炭冶煉技術(shù)已經(jīng)得到了較大發(fā)展，隨之而來的是市場競爭日益激烈。在當(dāng)前蘭炭行業(yè)發(fā)展形勢下，實(shí)行蘭炭冶煉的自動化改造與控制，對于進(jìn)行蘭炭產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新升級具有重要意義，能夠幫助企業(yè)起到很好的節(jié)能作用。蘭炭冶煉的自動化控制與技術(shù)創(chuàng)新升級能夠促進(jìn)企業(yè)工作人員技術(shù)能力提升，提高管理水平與生產(chǎn)效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)企業(yè)高速以及高質(zhì)量發(fā)展。