郝 強

（天津天鐵冶金集團有限公司動力廠，河北涉縣 056404）

[摘 要] 介紹了天鐵兩座高爐煤氣柜降壓改造的內容以及自控系統的完善內容，通過改造使兩座高爐煤氣柜實現在線運行，同時改進后的自控系統自動化程度提高，減少了人工操作，為氣柜的安全運行提供保障。

[關鍵詞] 高爐煤氣柜；降壓；改造；自控系統

0 前言

天鐵冶金集團有限公司在用高爐 8 座，正常生產情況下可保持高爐煤氣管網壓力在 7 kPa 至 12kPa 之間。現有 30 萬m³ 、16.5 萬m³ 兩座高爐煤氣柜,原設計壓力定為 11 kPa。由于煤氣柜距離氣源較遠，煤氣壓力傳遞存在滯后性，同時，煤氣壓力損失很大，氣柜長期獨立于管網之外運行，無法充分發揮其調節能力。出現管網壓力波動頻次及幅度加劇，需將氣柜降壓改造重新掛網運行，且煤氣閥為電動蝶閥，手動控制，不能實現煤氣柜的自動運行，聯系協調困難，操作復雜，造成煤氣放散率較高，安全隱患大。應用 PLC 自動控制技術,實現了煤氣柜調整的自動控制改造，使煤氣柜在管網壓力調節穩定以及降低煤氣放散率等方面的優越性充分發揮出來，既滿足了煤氣管網生產工藝過程的需要，又能實現節能降耗的作用，提高經濟技術指標。

1 高爐煤氣柜改造內容

1.1 高爐煤氣柜原設計參數

高爐煤氣柜原設計參數如表 1 所示。

1.2 高爐煤氣柜改造后參數

高爐煤氣柜改造后參數如表 2 所示。

1.3 16.5萬煤氣m³ 柜和 30萬m³ 煤氣柜的控制系統

16.5 萬m³ 煤氣柜和 30 萬m³ 煤氣柜在改造前有遠程和就地操作, 缺少自動控制和完善的保護功能，無法實現自動掛網運行，無法完全釋放煤氣柜的調節功能。

2 氣柜改造實施

通過動力廠相關技術人員和中冶京誠工程技術有限公司團隊對 16.5 萬m³ 、30 萬m³ 高爐煤氣柜實際運行情況進行充分調研和分析，為了充分利用氣柜的儲氣和穩定管網壓力的功能，降低煤氣放散率，提高發電量，進行了降低氣柜運行壓力可行性方案討論，通過降低煤氣柜內壓力，可提高氣柜利用率，使其在低壓力也可以充柜，同時通過調節PLC 系統，使其能夠在線運行，自動調節入口閥門，提高調節效率。氣柜的運行壓力與活塞重量成正比，與活塞的直徑成反比。氣柜的基本外形尺寸已無法進行改變，要想實現降壓的目的只有進行活塞減重，即采取減少活塞配重方式進行降壓。

2.1 16.5 萬m³ 氣柜降壓改造

16.5 萬m³ 稀油密封干式煤氣柜共計 24 個扇區，共計配重 1237.481 噸（17 934 塊）。其中柱號15-16 之間扇區配重 736 塊（原 1 054 塊），其他 23個扇區配重各 747 塊（原 1 077 塊）。此次改造共需移除配重 545.696 噸，配重塊數量約為 7 908 塊,詳見表 3。

2.2 30 萬m³ 氣柜降壓改造

根據工藝及設計要求，30 萬m³ 稀油密封干式煤氣柜降壓方案定為從設計的 11 kPa（實際氣柜運行壓力為 10.8 kPa） 降至 9 kPa 運行，30 萬m³ 稀油密封干式煤氣柜內部配重分為活配重和死配重。總體降壓改造原則：保留活配重，均勻鑿除死配重共32 區間,壓力 9 kPa 時鑿除高度為 525 mm（根據實際運行壓力計算需鑿除 500 mm）并移出柜外。改造需保證氣柜活塞結構的穩定性，及氣柜降壓后運行的平穩性。

30萬m³ 氣柜不同壓力下配重相關參數（見表4）：

2.3 對控制程序的設計、開發與調試

根據生產工藝要求，當管網煤氣壓力高于氣柜壓力時，打開進出口閥門自動充氣；當管網壓力低于氣柜壓力時，自動打開進出口閥門向管網放氣，以達到煤氣管網壓力的平衡和穩定；煤氣柜在充柜和放氣過程中需保持氣柜活塞上、下行速度在安全值 0.5 米/分，范圍內，同時在活塞，高低位有相應的連鎖保護和報警信號，以保證氣柜安全運行。

2.3.1 柜速信號的計算設置

根據控制要求，需計算氣柜活塞上下行運動的速度，由于激光物位計檢測信號受外界環境、灰塵、油污、振動、干擾等信號的影響，會出現偶然性的瞬間波動，為了消除波動帶來的影響，記錄 65 秒內每秒檢測到的柜位信號，首位取 5 個數據做平均值，前后相減，計算 1 分鐘內的柜位變化，從而得到氣柜活塞速度。消除了偶然誤差帶來的影響，保證了控制的穩定。

2.3.2 控制模式的選擇和實現

控制程序設計可實現遠程手動操作和自動控制兩種工作模式。

在兩種工作模式之間要實現無擾切換，第一，氣柜活塞速度的手動設定值和自動設定值之間實現自動跟蹤，第二，氣柜進出口閥門手動設定開度值和自動設定開度控制值之間實現自動跟蹤，保證手自動切換、遠程就地切換的時候均能穩定過度，保證氣柜的安全運行。

2.3.3 PID 自動調節的編程設計

因為氣柜進出口閥門為電動蝶閥，不宜連續快速的頻繁動作，同時柜位及柜速具有滯后的特性，為了保證調節控制的可靠和設備的使用壽命等綜合考慮，通過使用兩個 PID 功能塊，實現串級調節控制，閥門動作行程階梯式動作，即滿足了控制工藝的基本要求，又保證了設備的壽命和安全。

2.4 連鎖保護的設置

2.4.1 活塞上行設定三個自動連鎖報警點

（1）活塞上升至第一個高度時，自動發出聲光報警，關閉進出口閥門，外網壓力低于柜內壓力時，打開進出口閥門向外送氣。

（2）活塞繼續上升，達到第二個高度，自動發出聲光報警，自動進出口閥門和煤氣一道門，外網壓力低于柜內壓力時，同時進出口閥門和煤氣一道門，向外送氣。

（3）活塞繼續上升，達到第三個高度，自動發出聲光報警，關閉煤氣一道門，同時打開氣柜進出口閥門，并打開緊急放散閥進行放散，放散煤氣至 81米后，關閉放散閥，和進出口閥門。外網壓力低于柜內壓力時，打開進出口閥門和煤氣一道門向外送氣。

2.4.2 活塞下行時設置三個自動連鎖報警點

（1）活塞下行至第一個高度，自動發出聲光報警，關閉進出口閥門停止送氣，當外網壓力高于柜內壓力時進出口閥門向柜內充氣。

（2）活塞繼續下行至第二個高度，自動發出聲光報警，關閉進出口閥門的同時，再自動關閉煤氣一道門。當外網壓力高于柜內壓力時打開進出口閥門向柜內充氣。

（3）活塞繼續下降至第三個高度，自動發出聲光報警，關閉進出口閥門的同時，再自動關閉煤氣一道門。當外網壓力高于柜內壓力時打進出口閥門向柜內充氣。

2.4.3 活塞超速

活塞速度檢測值超過 0.5 米/分鐘時，自動發出聲光報警，關閉進出口閥門。

2.4.4 活塞卡澀

當柜內與官網壓力相差過大超過一定值時，自動判斷為活塞卡澀不動，自動發出聲光報警，關閉進出口閥門和煤氣一道門，以保證設備的安全。

2.4.5 人機交互界面（HMI）程序的設計：

通過對原人機界面進行完善的方式改造，重新設計繪制進出口閥門手自動操作調節界面，使界面與原系統界面風格及操作相近，可實現快速加減柜速調整和閥門手動的精確控制，操作方便界面友好。

3 改造后的效果

16.5 萬m³ 稀油密封干式煤氣柜和 30 萬m³ 稀油密封干式煤氣柜降壓改造后，實現了兩座氣柜的高低搭配、壓力互補，有效避開了因管網用戶多而造成的壓力波動大、高爐爐況不穩定造成產出量波動較大等一系列不利因素，實現了管網壓力區間內可自動調節的效果。

目前兩座氣柜均已掛線運行一年，氣柜的水平度和傾斜度等各項運行指標均在氣柜安全規程規定的安全區間內運行，且相關參數均優于改造前記錄的原始值。氣柜在線運行小時數明顯增加，用戶端的壓力穩定程度得到了明顯改善，確保了各主體廠礦的安全穩定運行。

通過對 16.5 萬m³ 稀油密封干式煤氣柜和 30萬m³ 稀油密封干式煤氣柜的降壓改造，使得氣柜運行壓力與管網運行壓力保持同步，同時滿足了現行工況要求。對穩定高爐煤氣的輸供效果顯著，穩定管網壓力成果明顯。

4 結束語

通過對兩座氣柜降壓改造，提高了高爐煤氣回收率，降低了高爐煤氣放散率，穩定了管網壓力，解決了高爐煤氣不能及時高效回收利用等一系列問題。同時，也為天鐵煤氣柜檢修維護和生產運行方面提供了重要的借鑒作用。