1.引言

煤氣回火或脫火是煤氣燒嘴回火或脫火的簡稱，是煤氣在燃燒過程中在燒嘴部位產(chǎn)生的特殊燃燒現(xiàn)象。煤氣回火是當(dāng)煤氣和空氣混合氣體流量減小時，火焰?zhèn)鞑ニ俣却笥跉怏w噴出速度，使兩者間的動平衡遭到破壞，火焰逆流傳播至上游的現(xiàn)象。有時回火至煤氣管道，使煤氣管焊縫開裂，損壞設(shè)備，不僅影響生產(chǎn)，而且很不安全。因此，通過采用PLC控制系統(tǒng)，可以自動判斷煤氣壓力的高低，控制煤氣的燃燒，達(dá)到動平衡的最佳狀態(tài)，提高燃燒效率，防止安全隱患的發(fā)生。

2.背景技術(shù)

2.1 研究背景

無論是煤氣還是空氣出現(xiàn)高壓后，都會加快燒嘴口噴出的混合氣體速度．而當(dāng)煤氣和空氣壓力大于設(shè)計的脫火壓力時，在很短的時間（即高壓時間域值）后就會產(chǎn)生脫火。目前比較流行的回火和脫火保護(hù)方式是熱電偶式，其工作原理是熱電偶受熱時，會產(chǎn)生熱電勢，這一電勢可使電磁閥工作。具體的工作原理為：按動旋鈕后，當(dāng)火點(diǎn)燃時，熱電偶受其火焰加熱，產(chǎn)生熱電勢。熱電勢通過導(dǎo)線導(dǎo)入電磁線圈，產(chǎn)生磁場使電磁閥開啟，一旦產(chǎn)生回火或脫火，燒嘴外溫度下降，熱電偶的熱電勢很快下降到零，線圈失電，電磁閥失效，在彈簧作用下迅速復(fù)位，閥門關(guān)閉煤氣通路，終止供氣，保證安全。雖然這種防回火的裝置在一定程度上解決了回火和脫火問題，但由于回火和脫火的速度很快，很有可能在閥門關(guān)閉之前就因回火或脫火引發(fā)嚴(yán)重后果，造成停產(chǎn)或引發(fā)煤氣管網(wǎng)爆炸，所以必須保證其安全可靠。見圖1。

圖1 控制裝置示意圖

2.2 意義和目的

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，通過檢測煤氣管道中的壓力變化，以及煤氣低壓或高壓持續(xù)的時間，來準(zhǔn)確判斷發(fā)生回火或脫火的壓力，并控制快切閥快速關(guān)閉，以避免回火或脫火的發(fā)生，做到防患于未然。

3.PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)包括：串接在煤氣管道上的快切閥、PLC控制器和煤氣壓力傳感器、報警器，報警器的控制信號輸入端與PLC控制器的控制信號輸出端連接；裝置與控制電源、助燃風(fēng)機(jī)、煤氣用戶火源連鎖來切斷煤氣。

當(dāng)控制電源系統(tǒng)意外斷電時，快切閥會快速關(guān)閉。控制電路與助燃風(fēng)機(jī)連鎖運(yùn)行，當(dāng)燃風(fēng)機(jī)運(yùn)行異常時會切斷煤氣。與煤氣用戶火源連鎖，一旦檢測用戶火源消失，也會切斷煤氣。通過PLC控制系統(tǒng)可以根據(jù)其他因素控制煤氣，取得多方面保護(hù)用氣安全的技術(shù)效果。見圖2。

圖2 PLC控制方法流程圖

4.應(yīng)用方法

壓力傳感器和快切閥與PLC控制器輸入和輸出端連接，方法步驟如下：

4.1 煤氣壓力標(biāo)準(zhǔn)值

PLC將煤氣壓力安全值的最小值與最大值和低壓時間閾值與高壓時間閾值預(yù)先設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)值；設(shè)定可以在人機(jī)交互界面（HMI）進(jìn)行設(shè)置。

4.2 采集現(xiàn)場煤氣壓力信號

當(dāng)煤氣燃燒時，采集現(xiàn)場煤氣壓力信號，PLC程序里進(jìn)行邏輯判斷，如果經(jīng)判斷該信號大于等于預(yù)設(shè)的最小值且小于等于預(yù)設(shè)的最大值時，PLC程序不動作，快切閥保持常開狀態(tài)。

4.3 煤氣壓力信號的變化

如經(jīng)判斷現(xiàn)場煤氣壓力信號小于預(yù)設(shè)的最小值時，再跟蹤該信號持續(xù)的時間，當(dāng)該信號持續(xù)時間超過低壓時間閾值時，則PLC程序采用其下降沿觸發(fā)煤氣快切閥動作，切斷煤氣；當(dāng)該信號僅在低壓時間閾值內(nèi)波動之后又恢復(fù)正常，則PLC程序不動作，以避免快切閥誤動作的產(chǎn)生。

如經(jīng)判斷現(xiàn)場煤氣壓力信號大于預(yù)設(shè)的最大值時，再跟蹤該信號持續(xù)的時間，當(dāng)該信號持續(xù)時間超過高壓時間閾值時，則PLC程序采用其上升沿觸發(fā)煤氣快切閥動作，切斷煤氣；當(dāng)該信號僅在高壓時間閾值內(nèi)波動之后又恢復(fù)正常，則PLC程序不動作，以避免快切閥誤動作的產(chǎn)生。

4.4 煤氣壓力安全值

煤氣壓力安全的最小值與最大值和低高壓時間閾值，是根據(jù)實(shí)際用氣情況，通過長期反復(fù)試驗(yàn)和總結(jié)得出的結(jié)果，再通過反復(fù)試驗(yàn)總結(jié)，得到的最佳安全值和時間閾值。

5.應(yīng)用效果

由于PLC控制系統(tǒng)是根據(jù)煤氣壓力的變化提前預(yù)測出回火或脫火的壓力，以確保在發(fā)生回火或脫火前，快速切斷氣源，因此，大大提高了用氣的安全性，同時還根據(jù)煤氣的低壓持續(xù)時間或高壓的持續(xù)時間，對回火的壓力或脫火的壓力做出更準(zhǔn)確的判斷，以確定切斷氣源的時機(jī)，避免因誤切氣源影響生產(chǎn)，保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。該控制系統(tǒng)增加與電氣重要設(shè)備、控制電源或煤氣用戶火源連鎖來切斷煤氣，并根據(jù)其他因素控制煤氣，以取得多方面保護(hù)用氣安全的技術(shù)效果。

在煤氣管網(wǎng)的設(shè)計中，須保證在不用煤氣時管路中的壓力處于安全值范圍內(nèi)，通常在安全值的最大值與最小值的平均值附近，并在正常狀態(tài)下，在開火或關(guān)火瞬間管道中的最小（大）壓力不小于（不大于）安全值的最小值（最大值）。所以，PLC控制系統(tǒng)和裝置接在管道后，在正常情況下不會因?yàn)殚_火、關(guān)火，導(dǎo)致快切閥的關(guān)閉。如果在開火、關(guān)火時快切閥關(guān)閉，則可斷定管道內(nèi)的壓力不正常，需與煤氣加壓站聯(lián)系，以排除故障，防患于未然。

6.結(jié)論

PLC控制系統(tǒng)可以通過報警的方式警示用戶注意人身安全，及時采取措施，還可以根據(jù)警示判斷煤氣壓力的穩(wěn)定性，當(dāng)煤氣壓力極不穩(wěn)定時，可以采用手動方式控制快切閥。PLC采用模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、操作容易。