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攀鋼集團西昌鋼釩有限公司能源動(dòng)力中心煤氣儲配站主要負責全公司的煤氣回收、存儲、加壓、混合工序, 為用戶(hù)提供滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的合格煤氣, 設有30萬(wàn)m³高爐煤氣柜1座, 建設2座放散能力各為180000 m³/h的高爐煤氣燃燒放散塔, 2塔并聯(lián)。在全公司正常運行時(shí), 西昌公司為提高燃料的使用率, 把高爐煤氣放散率作為一項經(jīng)濟指標, 盡量實(shí)現“零”放散。

西昌公司3座高爐產(chǎn)生的高爐煤氣, 經(jīng)DN3200主管道送入煤氣儲配站30萬(wàn)m³圓形稀油橡膠密封型煤氣柜, 在正常運行時(shí)煤氣必須經(jīng)過(guò)煤氣柜穩壓后再轉送至用戶(hù), 一部分直接用于燃燒鍋爐, 另一部分作為混合站原料氣生產(chǎn)更符合用戶(hù)熱值要求的混合煤氣。過(guò)剩的高爐煤氣由站區DN3200管道上引出的DN2600放散主管至高爐煤氣放散區域, 再由DN2000的管道分別引至2座高爐煤氣放散塔, 燃燒后放散。管道安裝由主管網(wǎng)至放散系統依次安裝盲板閥、電動(dòng)蝶閥、氣動(dòng)調節閥, 保證可靠切斷, 同時(shí)煤氣可按需放散。在儲配站高爐煤氣系統主要采用自動(dòng)控制的方式來(lái)保證煤氣主管網(wǎng)壓力, 煤氣柜設計有安全放散管1根 (D1220×6) , 緊急放散管 (D630×5) 10根, 保證在煤氣柜位達到高高位時(shí)實(shí)現自動(dòng)放散功能。

2013年9月能動(dòng)中心煤氣儲配站發(fā)生一起30萬(wàn)m³高爐煤氣柜超高位運行險肇事故, 導致此次事故的主要原因是煤氣柜放散系統由于長(cháng)期處于備用狀態(tài), 大型閥門(mén)長(cháng)時(shí)間不動(dòng)作, 在異常情況下閥門(mén)卡澀, 放散系統失去了放散功能, 最終采用人工操作大型閥門(mén)的方式實(shí)現煤氣的快速放散, 保證了煤氣柜和煤氣管網(wǎng)的正常運行。

放散系統的DN2000的管道將高爐煤氣分別引至2座高爐煤氣放散塔, 設置的盲板閥、電動(dòng)蝶閥、氣動(dòng)調節閥, 特別是氣動(dòng)調節閥在雙氣缸的作用下, 無(wú)論從操作靈敏度、精度上都可以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求, 根據現有的操作規程, 放散系統的盲板閥、電動(dòng)蝶閥、氣動(dòng)調節閥都采用自動(dòng)控制的方式, 隨時(shí)具備放散條件, 而在實(shí)際運行中發(fā)現閥門(mén)易卡澀。2018年12月份閥門(mén)解體檢查發(fā)現, 閥門(mén)閥體出現了不同程度的銹死、結垢、軸抱死等現象, 同時(shí)閥門(mén)定位由于長(cháng)時(shí)間不動(dòng)作, 執行氣源中的水分在閥門(mén)定位器中形成水垢, 影響閥芯的動(dòng)作情況。最終導致調節閥不動(dòng)作、動(dòng)作遲緩、閥位不準確等故障。具體現場(chǎng)閥門(mén)分解如圖1所示。

放散塔系統舊的運行流程圖在設計上存在重大缺陷, 大型盲板閥與蝶閥不可完全依靠自動(dòng)控制方式來(lái)運行放散系統, 現控制邏輯圖如圖2所示。

在系統邏輯中, 所有的放散系統大型閥門(mén)全部處于常閉狀態(tài), 采用自動(dòng)控制, 放散系統的大型閥門(mén)具有以下特點(diǎn):動(dòng)作次數少, 煤氣中含有部分粉塵和水分, 甚至包含一些腐蝕性氣體, 在實(shí)際的操作實(shí)踐中確實(shí)存在不足。

放散系統調節閥采用PID調節的方式來(lái)控制管網(wǎng)壓力, 而根據原有的設計, 放散控制壓力點(diǎn)取自放散壓力, 而放散壓力距離高爐煤氣主管網(wǎng)較遠, 在參與實(shí)際的調節時(shí), 調節系統不穩定, 存在系統缺陷。

大型閥門(mén)執行機構, 調節閥調節單元系統故障點(diǎn)較多。電動(dòng)蝶閥采用智能電動(dòng)頭, 在閥門(mén)動(dòng)作時(shí), 易出現閥門(mén)電機故障, 電機在運轉過(guò)程中負荷較重, 電機發(fā)生燒毀、堵轉風(fēng)險大。氣動(dòng)調節閥閥門(mén)定位器的執行氣源壓縮空氣含水量大, 時(shí)間長(cháng)會(huì )導致閥芯部分卡死, 調節單元調節性能不穩定。

大型閥門(mén), 特別是這種應急系統的閥門(mén)在生產(chǎn)系統起到至關(guān)重要的作用, 針對放散系統的閥門(mén)閥體問(wèn)題, 能動(dòng)中心已制定詳細的閥門(mén)點(diǎn)檢標準和維修技術(shù)標準, 依據設備運行周期、點(diǎn)檢周期對大型閥門(mén)依據點(diǎn)檢內容對潤滑部位、卡死部位早排查、早發(fā)現。在執行維修標準時(shí), 對出現的問(wèn)題及時(shí)處理和解決。

運行方面:針對放散系統閥門(mén)的特殊性, 修訂原有的操作規程如下:盲板閥+電動(dòng)蝶閥處于常開(kāi)狀態(tài), 調節閥處于常閉狀態(tài), 同時(shí)要求制定固定的閥門(mén)活動(dòng)周期。

在原有的兩套系統的DN1600調節閥兩側分別增加DN700和DN800的調節閥各1臺, 經(jīng)過(guò)前期核算, 若30萬(wàn)m³高爐煤氣柜退出運行后, 一套系統就可完全滿(mǎn)足放散要求, 同時(shí)小閥門(mén)在參與系統的調節中調節精度高, 性能更好。

為實(shí)現新增調節閥門(mén)的控制系統與原有的調節系統完美拼接, 經(jīng)過(guò)慎重考慮最終確定按照分階梯壓力等級控制方式, 來(lái)最終實(shí)現管網(wǎng)壓力的保供。在閥門(mén)安裝到位后, 結合西門(mén)子400控制系統STEP7和WINCC SP3編程組態(tài)軟件, 實(shí)現壓力自動(dòng)控制 (系統壓力根據不同的調節閥設定的調節壓力, 自動(dòng)投入調節, 同時(shí)PID調節參與系統壓力修正, 始終保持高爐煤氣主管網(wǎng)壓力穩定) 。具體實(shí)施方案:

(1) 鋪設電纜3×1.5 KGGP 500 V電纜300 m到DCS控制柜, 利用多余的AI、AO點(diǎn), 將控制閥門(mén)的信號接入PLC系統。

(2) 完成程序。主要將實(shí)現邏輯:當主管網(wǎng)壓力>11 kPa時(shí), 1^#DN700調節閥投入調節, 當主管網(wǎng)壓力>11.5 kPa時(shí), 1^#DN800調節閥投入調節, 當主管網(wǎng)壓力>12 kPa時(shí), 2^#DN700調節閥投入調節, 當主管網(wǎng)壓力>12.5 kPa時(shí), 2^#DN800調節閥投入調節, 當主管網(wǎng)壓力>13 kPa時(shí)執行原有控制邏輯, 主放散調節閥投入調節, 若次放條件滿(mǎn)足, 次放調節閥投入使用;反之閥門(mén)逐步關(guān)閉。

(3) 重新完善畫(huà)面組態(tài), 程序歸檔。保留原有的放散控制畫(huà)面, 在原有的畫(huà)面上增加“高爐煤氣自動(dòng)放散控制”按鈕, 制作新的變量和新的組態(tài)畫(huà)面, 如圖3。

(1) 系統壓力測量點(diǎn)更換。在靠近主管網(wǎng)的取壓點(diǎn)安裝壓力變送器, 同時(shí)將壓力信號引入后臺, 作為系統壓力檢測點(diǎn), 參與系統PID調節。

(2) 增加壓氣脫水裝置。在煤氣儲配站進(jìn)站壓縮空氣主管網(wǎng)中, 增加一套脫水分離裝置, 有效去除壓縮空氣中的水分, 同時(shí)閥門(mén)定位器前的調壓閥采用新型自動(dòng)排水調壓閥, 壓縮空氣在進(jìn)入閥門(mén)定位器之前的調壓閥再次對壓縮空氣進(jìn)行脫水, 可有效降低閥門(mén)定位器中的水分, 延長(cháng)閥門(mén)定位器的使用壽命, 降低調節閥的故障率。

為進(jìn)一步驗證高爐煤氣放散系統優(yōu)化后的效果, 同時(shí)為保證30萬(wàn)m³高爐煤氣柜順利開(kāi)展年修, 在30萬(wàn)m³煤氣柜未解列之前, 對優(yōu)化后的系統進(jìn)行了24 h試運行, 對PID參數進(jìn)行了重復試驗調校, 從試運行結果來(lái)看, 調節閥動(dòng)作靈敏, 響應速度快, 對管網(wǎng)壓力控制比較準確, 主管網(wǎng)壓力按照10±1kPa, 在試運行期間未影響高爐的穩定運行, 未影響鍋爐及混合煤氣系統用戶(hù), 未出現高爐煤氣安全設施被擊穿, 甚至漏煤氣的現象。最終確定PID參數如表1, 對現場(chǎng)壓力信號接入示波器后顯示如圖4。

待所有的優(yōu)化方案全部落實(shí)后, 30萬(wàn)m³高爐煤氣柜退出運行, 正式開(kāi)始為期25天的年修工作, 在此期間放散系統實(shí)現了穩定、安全、高效的運行, 最終確定該改造優(yōu)化是可靠、合理的。

通過(guò)本次高爐煤氣放散系統的優(yōu)化, 最終實(shí)現了在30萬(wàn)m³煤氣柜年修期間, 放散系統自動(dòng)控制管網(wǎng)壓力, 閥門(mén)動(dòng)作靈敏度高, 壓力等級設計合理, 方案考慮周全, 保證了全公司高爐煤氣系統的穩定運行。為降低后期的維護難度, 本次改造優(yōu)化后, 能源動(dòng)力中心對原有的操作制度也進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn), 定期的維護和保養制度也是放散系統持久發(fā)揮作用的重要保證。