可編程控制器在干熄焦循環(huán)氣體取樣裝置吹掃的應(yīng)用

安耀棟

（河鋼唐鋼信息自動(dòng)化部，河北唐山 063000）

0 引言

在焦化行業(yè)生產(chǎn)中，例如干熄焦生產(chǎn)線，焦炭的顯熱借助于循環(huán)氣體（主要成分是N2）回收并可用于生產(chǎn)水蒸汽。每噸紅焦可產(chǎn)生400 kg 蒸汽（溫度約450 ℃、壓力4 MPa）。1000 ℃左右成熟的紅焦從干熄爐頂部的裝入裝置裝入，130 ℃左右的低溫惰性循環(huán)氣體由循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入干熄爐冷卻段紅焦層內(nèi)，氣體吸收紅焦顯熱，并將紅焦冷卻至低于200 ℃后從干熄爐底部排出。從干熄爐環(huán)形煙道出來(lái)的高溫惰性氣體流經(jīng)干熄焦鍋爐進(jìn)行熱交換，鍋爐產(chǎn)生蒸汽。冷卻后的惰性氣體由循環(huán)風(fēng)機(jī)重新鼓入干熄爐，惰性氣體在封閉的系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用。干熄焦生產(chǎn)線上的惰性循環(huán)氣體主要由N2、CO2、CO、H2和O2等組成，還有不到1%的其他氣體。本文介紹的使用工業(yè)用儀表氮?dú)馊詣?dòng)反吹疏通氣體取樣采集裝置的方法，適用于管道通徑為DN5.5～DN20的易燃易爆氣體過(guò)濾布袋取樣裝置的吹掃和疏通。目前，已在唐鋼美錦干熄焦生產(chǎn)線成功應(yīng)用。

1 唐鋼美錦干熄焦工藝簡(jiǎn)介

焦化行業(yè)的干熄焦生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，焦?fàn)t推焦車(chē)推出的高溫焦炭（1000 ℃）經(jīng)攔焦車(chē)接入焦罐中，然后經(jīng)焦罐運(yùn)送電機(jī)車(chē)、提升機(jī)和裝入裝置等將高溫焦炭裝入干熄爐。高溫焦炭在干熄爐頂存留約1.5 h 后，進(jìn)入冷卻段，與低溫的惰性循環(huán)氣體（主要成分為N2）逆流換熱。高溫焦炭被冷卻至200 ℃以下，經(jīng)排焦裝置輸送至篩焦樓。在篩焦樓內(nèi)完成對(duì)焦炭的分級(jí)工作，焦炭的分級(jí)工作是為了適應(yīng)不同用戶(hù)對(duì)焦炭塊度的要求，塊度大于60～80 mm 的焦炭可供鑄造使用，40～60 mm 的焦炭供大型高爐使用，25～40 mm 的焦炭供高爐和耐火材料廠豎窯使用，10～25 mm 的焦炭用作燒結(jié)機(jī)或供小高爐、發(fā)生爐使用，小于10 mm 的焦炭供燒結(jié)礦石使用。在干熄爐內(nèi)換熱后的循環(huán)氣體被加熱至650 ℃，經(jīng)斜道、下環(huán)道、上環(huán)道、一次除塵進(jìn)入余熱鍋爐，與水進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生熱蒸汽。被冷卻的循環(huán)氣體經(jīng)二次除塵后再經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)作用，進(jìn)入干熄爐循環(huán)使用。唐鋼美錦干熄焦工藝流程如圖1 所示。

圖1 唐鋼美錦干熄焦工藝流程

2 循環(huán)氣體成分控制的必要性

循環(huán)氣體組分中主要控制的是CO2、CO、H2、O2。其中，CO、H2、O2在合理范圍內(nèi)是允許的，CO 組分控制在小于6%，H2組分控制在小于3%，O2組分控制在小于3%。若生產(chǎn)過(guò)程中這些組分超出控制允許范圍，會(huì)給干熄焦連續(xù)輸出帶來(lái)影響。干熄焦工藝生產(chǎn)中可通過(guò)判斷組分氣體的含量，及時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定情況。若負(fù)壓段泄漏，則O2含量將升高，導(dǎo)致生產(chǎn)能力下降；若循環(huán)氣體中可燃組分氣體成分升高，則表明焦炭成熟度差；干熄爐內(nèi)循環(huán)氣體組分的變化表征干熄爐的處理量是否降低；若循環(huán)氣體內(nèi)H2含量升高，則反映鍋爐存在爆管的安全可能性變大；預(yù)存室壓力調(diào)節(jié)閥及放散閥的開(kāi)度，同樣影響循環(huán)氣體中可燃?xì)怏w的組分。綜上所述，生產(chǎn)工藝要實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)氣體組分中CO2、CO、H2、O2的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，關(guān)鍵是自動(dòng)化儀表設(shè)備系統(tǒng)必須采取一套實(shí)時(shí)可行的氣體取樣分析裝置，才能滿(mǎn)足生產(chǎn)線的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

3 干熄焦生產(chǎn)中循環(huán)氣體取樣裝置現(xiàn)狀

在焦化行業(yè)生產(chǎn)中，例如干熄焦生產(chǎn)過(guò)程，設(shè)計(jì)施工人員通常將被測(cè)氣體經(jīng)過(guò)取樣裝置引至分析儀表進(jìn)行測(cè)量。由于生產(chǎn)線工藝條件粉塵濃度大或者其他原因，這些取樣裝置（或過(guò)濾布袋）、導(dǎo)管、閥門(mén)和取樣口的通道部分易被堵塞，導(dǎo)致測(cè)量不正?；蛘卟荒苋?，無(wú)法對(duì)循環(huán)氣體組分CO2、CO、H2、O2進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。為了保障數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量，不影響生產(chǎn)線高效穩(wěn)定運(yùn)行，自動(dòng)化儀表技術(shù)人員要快速響應(yīng)，及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)排除故障。技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)后要依次拆除裝置的取樣部件，查找堵塞點(diǎn)，然后使用敲振、升溫、沖吹等方法清除堵塞物。特殊情況下，他們還要冒險(xiǎn)進(jìn)入有毒有害的工藝設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，或者進(jìn)行高空危險(xiǎn)性作業(yè)，有時(shí)還必須對(duì)工藝設(shè)備、保溫設(shè)施進(jìn)行破壞性維修。顯然，這些方法不但中斷了連續(xù)生產(chǎn)，又存在安全風(fēng)險(xiǎn)，改進(jìn)勢(shì)在必行。

4 方案分析

首先，分析介質(zhì)取樣裝置及配套閥門(mén)現(xiàn)狀，估算出疏通用氮?dú)獾纳舷迚毫?，針?duì)性地制定相應(yīng)疏通方案。然后，準(zhǔn)備一套能提供壓力氮?dú)獾墓鈦?lái)源，包括一套氮?dú)鈨?chǔ)氣罐（帶壓力指示的減壓器），氣源由工業(yè)用儀表氮?dú)馓峁?zhǔn)備工作完成后，關(guān)閉儀表截止閥，吹掃閥門(mén)保持全部開(kāi)啟；將疏通系統(tǒng)氮?dú)獾某隹谕ㄟ^(guò)匹配的過(guò)程接頭與吹掃閥門(mén)的進(jìn)氣口相連，檢查并確保安全、牢固、可靠；手動(dòng)開(kāi)啟/關(guān)閉吹掃閥門(mén)，緩緩打開(kāi)/關(guān)閉吹掃閥門(mén)，記錄閥門(mén)的開(kāi)度，注意聽(tīng)過(guò)濾布袋的響聲。當(dāng)聽(tīng)到氣體流過(guò)且無(wú)明顯阻力時(shí)，說(shuō)明過(guò)濾布袋已經(jīng)干凈。記錄吹掃閥門(mén)開(kāi)度、吹掃時(shí)間和吹掃用氮?dú)獾膲毫ΑＭㄟ^(guò)多次手動(dòng)取得的數(shù)據(jù)，在自動(dòng)吹掃控制系統(tǒng)里標(biāo)定吹掃時(shí)序和吹掃時(shí)間。

本文控制部分采用可編程控制器，控制系統(tǒng)硬件部分依托施耐德昆騰67160 系列可編程控制器，軟件部分依托UNITY XL6.0 PLC 可編程軟件。依據(jù)科學(xué)、準(zhǔn)確的邏輯控制功能，實(shí)現(xiàn)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的合理啟停。程序段如圖2 和圖3 所示，本應(yīng)用中的分析儀取樣裝置如圖4 所示。

圖2 設(shè)備合理啟停程序

圖3 基于UNITY XL6.0 PLC 可編程軟件實(shí)現(xiàn)的程序段

圖4 本應(yīng)用中的分析儀取樣裝置

5 應(yīng)用效果

本文介紹的采用工業(yè)用儀表氮?dú)夥创凳柰怏w取樣裝置的方法，能夠安全、輕松地清除堵物，達(dá)到清理過(guò)濾布袋的目的。方法簡(jiǎn)單，無(wú)需人工參與，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)，無(wú)需破壞原取樣系統(tǒng)或者工藝設(shè)備，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。避免了高壓力氣體危險(xiǎn)性作業(yè)，使用工業(yè)用氮?dú)庾鳛榇祾咻d體，成本低、安全可靠。已經(jīng)應(yīng)用于通徑DN5.5～DN20 的易燃易爆氣體過(guò)濾布袋取樣裝置的吹掃和疏通，效果顯著，有效減少了自動(dòng)化技術(shù)人員維護(hù)循環(huán)氣體取樣裝置的工作量。