賈 銳，高喜義

（本鋼板材股份有限公司能源總廠，遼寧本溪 117000）

1 煤氣混合站工藝控制

1.1 基本工藝

本鋼板材股份有限公司能源總廠現(xiàn)有12 座煤氣混合加壓站。每座加壓站設(shè)有大、小2 套煤氣混合系統(tǒng)用于不同流量工況。一般小混合在25 000～45 000 m3/h、大混合在35 000～120 000 m3/h 之間運行。工藝采用四蝶閥高、焦?fàn)t煤氣流量配比混合系統(tǒng)。高爐煤氣系統(tǒng)采用混合壓力調(diào)節(jié)功能。焦?fàn)t煤氣系統(tǒng)采用流量配比調(diào)節(jié)功能，流量以高、焦?fàn)t煤氣比7:3作為常規(guī)設(shè)定，比值在2.0～3.5區(qū)間取值。大混合高爐煤氣設(shè)PV101、PV102壓力調(diào)節(jié)閥2臺（1用1備），小混合高爐煤氣設(shè)PV201、PV202壓力調(diào)節(jié)閥2 臺（1 用1 備）。大混合焦?fàn)t煤氣設(shè)FV101、FV102 比例調(diào)節(jié)閥2 臺（1 用1 備），小混合焦?fàn)t煤氣設(shè)FV201、FV202 比例調(diào)節(jié)閥2 臺（1 用1 備），如圖1所示。

1.2 過程控制模式

高、焦?fàn)t煤氣大小混合系統(tǒng)隨用戶混合煤氣用量增減需要經(jīng)常切換，特別是新建冷軋系統(tǒng)對熱值要求非常精準(zhǔn)、流量變化極大。在生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品時混合煤氣用量瞬間波動，需要2 套煤氣混合調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻繁切換。目前該系統(tǒng)采用人工方式切換，通過手動修改高爐煤氣壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)定值來完成調(diào)節(jié)系統(tǒng)切換。

圖1 改進前高、焦?fàn)t混合煤氣控制系統(tǒng)原理圖

1.2.1 當(dāng)混合煤氣用戶總流量≤35 000 m3/h或用戶通知檢修減量時，需要按照以下步驟將大混合切換至小混合：

①計算機操作小混合高爐PV201、焦?fàn)tFV201調(diào)節(jié)閥設(shè)定手動全開。

②手動修改小混合焦?fàn)tFV202 投入自動，配比值設(shè)定為2.57，此時壓力設(shè)定為高于混合出口實際壓力0.5 kPa進入自動運行。

③待大混合高爐PV102、焦?fàn)tFV102 閥自動全關(guān)后，立即手動關(guān)閉大混合高爐PV101、焦?fàn)tFV101調(diào)節(jié)閥，此時小混合投入生產(chǎn)運行大混合備用。

④注意觀察熱值、混合煤氣壓力變化情況，適時調(diào)整小混焦?fàn)t煤氣配比。

1.2.2 當(dāng)混合煤氣用戶總流量＞45 000 m3/h 或用戶通知復(fù)產(chǎn)增量時，需要按照以下步驟將小混合倒換至大混合：

①計算機操作大混合高爐PV101、焦?fàn)tFV101調(diào)節(jié)閥設(shè)定手動全開。

②手動修改大混合焦?fàn)tFV102 投入自動，配比值設(shè)定為2.57，此時壓力設(shè)定為高于混合出口實際壓力0.5 kPa進入自動運行。

③待小混合高爐PV202、焦?fàn)tFV202 閥自動全關(guān)后，立即手動關(guān)閉小混合高爐PV201、焦?fàn)tFV201調(diào)節(jié)閥，此時大混合投入生產(chǎn)運行小混合備用。

④注意觀察熱值、混合煤氣壓力變化情況，適時調(diào)整大混焦?fàn)t煤氣配比。

2 人工切換存在問題分析

實際生產(chǎn)運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)大小混合煤氣系統(tǒng)切換操作情況，需要修改大小混合高爐煤氣壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)定值，閥門開關(guān)狀態(tài)需要提前預(yù)置，比如調(diào)節(jié)閥PV101/PV201/FV101/FV201 需要根據(jù)切換系統(tǒng)提前預(yù)置手動全開、全關(guān)狀態(tài)。2 套高、焦?fàn)t煤氣混合調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用人工切換方式運行，存在以下問題：

2.1 人工操作存在誤差導(dǎo)致誤操作事故頻發(fā)

2 套煤氣混合系統(tǒng)人工切換需要操作人員對工藝技術(shù)熟練，控制參數(shù)分析準(zhǔn)確。根據(jù)用戶混合煤氣變化情況快速分析修改兩套高爐壓力調(diào)節(jié)設(shè)定值，對工藝閥門設(shè)定準(zhǔn)確，時時跟蹤混合煤氣變化情況，增加操作人員勞動強度。由于操作人員高度緊張，極易出現(xiàn)誤操作現(xiàn)象，為安全生產(chǎn)和能源介質(zhì)保供‘零影響’產(chǎn)生重大影響。

2.2 生產(chǎn)聯(lián)系制度不完善無法實現(xiàn)調(diào)節(jié)預(yù)判

用戶用量隨爐溫變化、設(shè)備檢修、軋制品種等因素影響，沒有規(guī)律可循。用戶突然增減量不會通過生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)第一時間告知操作人員。這樣造成現(xiàn)場操作人員對下一時段用量情況無法預(yù)判，直接影響系統(tǒng)切換準(zhǔn)確率。目前用戶爐溫直接用熱值控制，系統(tǒng)人工切換勢必導(dǎo)致熱值波動，造成人工操作熱值變化而工藝熄火事故發(fā)生。

2.3 調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動化程度較低需要多人操作

2 套煤氣混合系統(tǒng)切換操作需要同時修改高爐2 套調(diào)節(jié)壓力設(shè)定值、修改4 套調(diào)節(jié)閥開關(guān)狀態(tài)，監(jiān)控混合壓力、熱值變化情況。這就需要至少3 人聯(lián)合操作，增加操作難度，3 人如果操作不協(xié)調(diào)非常容易產(chǎn)生誤操作。解決人工操作難題，實現(xiàn)自動化控制是目前最重要的攻關(guān)課題。

3 解決方案

為此需要對現(xiàn)有四蝶閥混合煤氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行改造，將原有人工修改高爐調(diào)節(jié)壓力設(shè)定值步驟改為計算機自動賦值方式，利用新增大、小混合出口流量計作為高爐壓力自動賦值控制點，具體方案如下，工藝控制見圖2。

圖2 改進后高、焦?fàn)t混合煤氣控制系統(tǒng)原理圖

3.1 小混合切換到大混合方案

小混合系統(tǒng)正常運行時，焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)FV201閥自動全開，F(xiàn)V202閥自動調(diào)節(jié)，比例設(shè)定值2.6；小混高爐煤氣調(diào)節(jié)PV201 閥自動全開，PV202 閥自動調(diào)節(jié)，壓力設(shè)定16 kPa。此時大混合系統(tǒng)停止運行，焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)FV101 閥自動全關(guān)，由于此時沒有流量，F(xiàn)V102 閥處于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)，比例設(shè)定2.6，F(xiàn)V102 閥關(guān)閉；大混合高爐煤氣壓力調(diào)節(jié)PV101 閥自動全關(guān)，調(diào)節(jié)PV102 閥處于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)，壓力設(shè)定14 kPa，并由于低于混合煤氣出口壓力而自動關(guān)閉。

當(dāng)小混合煤氣流量＞30 000 m3/h時，計算機自動將小混合高爐壓力調(diào)節(jié)閥PV202壓力設(shè)定為14 kPa，大混合高爐調(diào)節(jié)閥PV102壓力設(shè)定為16 kPa，同時程序指令FV101 和PV101 自動全開。此時混合壓力低于16 kPa，小混合系統(tǒng)將逐漸關(guān)閉，大混合系統(tǒng)逐漸打開，直至大混壓力正常。運行10 min 后計算機程序指令小混合FV201 和PV201 自動全關(guān)，完成切換操作。

3.2 大混合切換到小混合方案

大混合系統(tǒng)正常運行時，焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)FV10閥1 自動全開，F(xiàn)V102 自動調(diào)節(jié)，比例設(shè)定值2.6；大混高爐煤氣調(diào)節(jié)PV101 閥自動全開，PV102 閥自動調(diào)節(jié)，壓力設(shè)定16 kPa。此時小混合系統(tǒng)停止運行，焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)FV20閥1自動全關(guān)，由于此時沒有流量，F(xiàn)V202 閥處于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)，比例設(shè)定2.6，F(xiàn)V202 閥關(guān)閉；小混合高爐煤氣壓力調(diào)節(jié)PV201 閥自動全關(guān)，調(diào)節(jié)PV202 閥處于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)，壓力設(shè)定14 kPa，并由于低于混合煤氣出口壓力而自動關(guān)閉。

當(dāng)大混合煤氣流量＜35 000 m3/h 時，計算機自動將小混合高爐壓力調(diào)節(jié)閥PV202 壓力設(shè)定為16 kPa，大混合高爐調(diào)節(jié)閥PV102壓力設(shè)定為14 kPa，同時程序指令FV201和PV201自動全開。此時混合壓力低于16 kPa，小混合系統(tǒng)將逐漸開啟，大混合系統(tǒng)逐漸關(guān)閉，直至小混壓力正常。運行10 min 后計算機程序指令大混合FV101 和PV101 自動全關(guān)，完成切換操作。

3.3 新增程序功能

(1)流量檢測功能：利用現(xiàn)有大小混合煤氣出口流量計信號進行混合煤氣流量檢測，實現(xiàn)大小混合煤氣流量高、低值報警檢測和流量信號斷線報警檢測功能。

(2)調(diào)節(jié)閥開關(guān)延時功能：計算機程序設(shè)定調(diào)節(jié)閥開關(guān)延時處理30～60 s，從而保證閥門開關(guān)完成一次行程時間，避免頻繁切換造成閥門系統(tǒng)故障。在混合系統(tǒng)操作畫面增加延時選擇按鍵，可以輸入修改延時時間，延時采用倒計時方式進行。

(3)小混→大混自動切換功能：新編小混→大混自動切換程序，實現(xiàn)小混混合煤氣流量超高閥值報警判定、延時、小混→大混自動切換功能（大混壓力調(diào)節(jié)設(shè)定16 kPa，小混壓力調(diào)節(jié)設(shè)定14 kPa）。

(4)大混→小混自動切換功能：新編大混→小混自動切換程序，實現(xiàn)大混混合煤氣流量超低閥值報警判定、延時、大混→小混自動切換功能（大混壓力調(diào)節(jié)設(shè)定14 kPa，小混壓力調(diào)節(jié)設(shè)定16 kPa）。

(5)大小混自動/人工轉(zhuǎn)換功能：新編大小混合煤氣系統(tǒng)自動切換程序，可以循環(huán)掃描調(diào)用功能，同時實現(xiàn)自動切換與人工切換選擇功能，預(yù)置自動切換由小混開始功能（避免小流量混合煤氣在大混中運行而引起的誤差）。

4 改進后效果

⑴通過對兩套高、焦?fàn)t煤氣大、小混合調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動切換工藝升級改造，實現(xiàn)高焦?fàn)t混合煤氣兩套調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動切換，達到自動化操作目標(biāo)。

⑵由于實現(xiàn)人工智能操作，減少操作人員，由原有4 人生產(chǎn)值班減少至2 人操作，大大降低人工成本。同時計算機自動修改參數(shù)降低誤操作風(fēng)險，避免由人的因素造成系統(tǒng)切換過程事故發(fā)生。

⑶經(jīng)過6個月的調(diào)試使用，熱值穩(wěn)定切換準(zhǔn)確，很好地保證了安全生產(chǎn)，消除了生產(chǎn)隱患，提高了設(shè)備自動化效率。