高爐爐頂壓力調節閥控制

                              高爐爐頂壓力調節閥控制

                               上海申弘閥門有限公司

之前介紹高壓管路氮氣減壓閥組協調工作，現在介紹高爐爐頂壓力調節閥控制在高爐煉鐵中，爐頂煤氣壓力的控制對高爐穩定生產，降低高爐焦比，增加TRT發電量起到了重要的作用，過大的爐頂壓力波動會對料流速度、氣流分布、爐況順行有較大的制約，甚至會導致崩料、懸料。隨著國家加速淘汰落后產能，新上的高爐項目都是在1000m3以上，均采用高壓操作，頂壓一般達到0.2～0.25MPa，本文對某鋼廠1580m3高爐建立了模糊PID組合調節的高爐爐頂調壓閥組控制系統，投產后的生產數據表明，本文介紹的調壓閥組控制系統快速響應爐頂壓力的劇烈波動的同時控制精度也很好，對穩定爐況起到了積極的作用。介紹了高爐煤氣調壓閥組先后使用的3種閥液壓系統的性能特點，通過分析，采用液壓比例閥的液壓系統以實現閥的快開功能。針對高爐調壓閥組設備易磨損、泄漏等故障問題,進行了原因分析與改進,延長了設備壽命,為高爐生產奠定了良好的設備基礎。TYFZ型煤氣調壓閥組適用于煉鐵廠高爐系統，通過對氣體介質流量調節來保證爐頂壓力穩定在一定范圍內。安裝于除塵裝置(濕式除 塵或干式除塵)之后的凈煤氣管道上。也適用干其它對需要通過流量、壓力調節保持穩定生產的氣體介質管路系統。

高爐調壓閥組TYFZ-10

電動三偏心硬密封蝶閥，中間連通管為手動 介質：高爐煤氣 調壓閥組接口尺寸： Φ1220x8 閥前壓力：0.10Mpa 閥后壓力：10Kpa 工作溫度：80-300℃ 環境溫度： -0~55℃ 煤氣流量： 正常：4x104Nm3/h 大：5x104Nm3/h 泄露率：0 煤氣含塵量： ≤10mg/ Nm4

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1.調壓閥組工藝概況 高爐生產過程中產生的高爐煤氣，通過爐頂上升管、中立除塵器、干式布袋除塵器，進入調壓閥組與TRT，經過調壓閥組與TRT流量調節，匯入凈煤氣環網。整個煉鐵過程是在密閉容器內，過程參數間的關系是非線性、強耦合、不均勻的，高爐內化學物理變引起的煤氣量變化，熱風爐換爐，間歇上料，料罐均壓放散，鼓風機的風量風壓變化都會影響爐頂頂壓穩定。調壓閥組是由3個DN900、一個DN500口徑閥門所組成的閥組，與TRT設備并列。傳統控制方法有逐個閥門開關和所有閥門聯合動作兩種方式，前一種方式動作較慢，遇到頂壓波動大時響應速度慢，后一種方式響應速度快但是控制精度低。

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥高爐煤氣減壓閥消聲器系阻性片式消聲裝置，內部采用煤塵清洗措施，吸聲結構可靈活更換，整個系列可與不同規格的煤氣減壓閥組配套。

二、適用范圍 主要用于控制高爐煤氣除塵系統中減壓閥組所帶來的氣流噪聲。 氣體流量：200000～700000m3/h；適用壓力：0.01～0.013MPa。

三、
JD-GMX型高爐煤氣減壓閥消聲器

一 結構型式 高爐煤氣減壓閥消聲器系阻性片式消聲裝置 內部采用煤塵清洗措施 吸聲結構可靈活更換 整個系列可與不同規格的煤氣減壓閥組配套。

二 適用范圍 主要用于控制高爐煤氣除塵系統中減壓閥組所帶來的氣流噪聲。 氣體流量：200000～700000m3/h；適用壓力：0.01～0.013MPa。

三 高爐爐頂壓力調節閥控制規格 性能 外形尺寸 消聲器號 減 壓 



2.模糊PID控制設計 模糊控制和PID控制是兩種應用廣泛的控制方式。模糊控制不依賴對象建立數學模型，適應能力強，但穩態精度差。PID控制算法簡單，可靠性高，但對滯后、時變、非線性的復雜系統適應力差。兩者的優點和不足存在明顯的互補性。根據調壓閥組微調閥和普通閥的不同作用，我們設計了如下的模糊PID聯合控制：

（1）當系統偏差較小時，被控對象的非線性不是很強，采用微調閥PID控制，具有良好的靜態性能。 （2）當系統偏差較大時，存在較強的非線性，PID控制輸出作用力滯后、偏小，無法快速抑制系統大的偏差，如果增加P的作用，系統容易產生震蕩，對偏差較小的情況也無法有效控制，因此在偏差較大時調節閥采用模糊控制聯合作用，改善了系統的抗干擾能力，解決了PID對非線性大偏差的控制不力，提高了穩定精度和動態跟蹤性。

3.系統的運行環境 系統采用施耐德過程控制系統，系統主要分為三層：生產過程層、下位機系統、上位機系統，結構如圖1所示。生產過程層主要由現場傳感器、執行機構、驅動設備組成，如壓力變送器。調壓閥組等，下位機系統是高爐本體PLC控制系統，采用Quantum系列PLC和UNITY4.0軟件編程，主要負責各個生產過程的程序執行，是整個系統的核心部分，上位機系統是由若干服務器、操作員站和工程師站組成。采用WindowsXPSP3操作系統。人機界面軟件使用組態軟件Intouch10.0工程軟件包，實現對工作現場的監督控制。下位機系統之間，下位機和上位機之間均采用工業以太網進行通訊。 圖1網絡結構圖



4．調壓閥組控制系統的實現 根據高爐的生產工藝，結合現場人員的操作需求，高爐頂壓控制系統包含的主要功能有：實時監控、操作控制、數據查詢等，爐頂主畫面如圖2所示。 圖2爐頂監控畫面

4．1頂壓的選擇 爐頂上升管四個方位安裝了四個壓力變送器，可選擇其中一個為頂壓控制對象，一般有高選、低選、中間值、平均值選擇四種方式。在生產中，會出現壓力變送器堵塞、信號斷線等異常現象，本系統主要由操作員選擇被控頂壓。 4．2閥門的控制方式選擇 四個調節閥有機旁手動、PLC手動、PLC自動三種控制方式，操作界面如圖3。 圖3調壓閥組操作畫面 結合與TRT切換頂壓控制的要求，把4個閥的功能區分如下，除了DN500的閥門作為微調閥以外，其它三個DN900的閥門功能是可以互換的。

（1）微調閥PV12101(DN500)：在頂壓初步穩定的狀態下實行頂壓的調節，采用PID控制。

（2）自動閥HV12111(DN900)：在調壓閥組控制頂壓時進行粗調，采用模糊法控制，也可以作為手動閥保持一定開度，TRT控制頂壓時不參與控制，但是在煤氣壓力過高或者TRT故障停機時具備快開功能。

（3）量程閥HV12112(DN900)：在微調閥PID調節時，根據閥位采用模糊法調節，控制微調閥的閥位在有效的控制范圍內，煤氣壓力過高的情況下具有快開功能。
3.2中波天、饋線的維護要點 針對于上述出現的故障，維護技術人員就必須制定出細致的維護檢修計劃、檢修周期和可行性較高的應急預案。

3.2.1日常巡視工作加強 天饋線日常巡視工作，看似簡單，其實責任重大。對天、饋線系統日常進行簡單的檢查巡視時，能及時發現問題解決解決，并且有大風、大雨、暴雪等特殊天氣時對重點部位增加次數巡視，做到防患于未然；重要播出保障時段，不定時增加白天和夜間的巡視次數，確保安全播出*。

3.2.2天饋線系統的月檢制定 按照不同季節和氣候的變化，對天饋線系統進行有所側重的檢查。每次冬季換頻和夏季換頻前，需要及時對饋線調整、對天線拉線檢查；對于灰塵較大的地方，定期對絕緣子進行清潔檢查，對底座絕緣子和穿墻絕緣子的檢查清潔尤為重要。在條件的允許情況下，對中波各穿墻絕緣子及饋電點進行點溫測試記錄比對，有利于及時發現問題解決問題。

3.2.3天饋線系統的年檢制定 天饋線系統年檢，要求每年對整個系統進行全面普查，包括各部分性能的測試與比對，并做好記錄。進行全面檢查時特別強調兩點：

（1）饋線的線卡有無缺失松動；

2）各饋電點連接螺絲有無松動。天、饋線上全部的花籃螺絲涂抹黃油，灰塵較大地區使用麻布片捆綁，確保調整時靈活可靠；檢查所有地錨坑并夯實；在冬夏季對天饋線進行接地電阻搖測，逐年進行比對，發現異常及時找到原因并加以解決；檢測饋線的行波系數，測量饋線對地的絕緣大小；制定合理的大修計劃，根據實際的水土條件、氣候環境對天饋線系統設備的影響程度，沿海一帶具有較強腐蝕性，大修周期3年，其它地區5年。 綜上所述，對于大功率中波天饋線系統維護工作，平時只要嚴格按照天饋線運行維護規程來維護，加上前輩們多年來積累的維護經驗，能按時按質認真完成維修檢修工作，敏銳地判斷出故障點及原因，中波天饋線系統零秒播出會實現的。

4）手動閥HV12113(DN900):在調壓閥組控制頂壓時手動保持一定開度，自動采用模糊法調節，為HV12111備用控制閥，煤氣壓力過高的情況下具有快開功能。



4．3微調閥和自動閥的聯動邏輯 當爐頂壓力和壓力設定值的偏差在+/-1KPa以內自動閥維持在40%的開度不動，微調閥開始PID精調；當爐頂壓力和壓力設定值的偏差超過+/-1KPa，除了微調閥精調外，自動閥查表計算閥位值，自動閥在40%的開度左右調整，保證閥門在有效的范圍內快速調整。 圖4實時趨勢4．4微調閥和量程閥的聯動邏輯 當微調閥的閥位大于高*，量程閥以固定的速度開閥；當微調閥的閥位在有效范圍內，量程閥的維持不動；當微調閥的閥位小于低*，量程閥以固定的速度關閥。以此方式聯動，保證微調閥在一定范圍內調節，加大線性的有效控制范圍。



4．5實時趨勢監控 實時趨勢畫面能準確的顯示高爐頂壓的變化曲線，包括與之關聯的全壓差、透氣性指數的趨勢，正常情況下壓力波動在+/-1KPa，切換TRT頂壓波動控制在+/-3KPa，滿足了爐頂壓力波動+/-5KPa的要求，實時趨勢如上圖4所示。 TYFZ型煤氣調壓閥組由ZAJW-1型自動調節蝶閥及常通管組成。在使用中一般用一臺ZAJW-1型自動調節蝶閥通過DDZ型電動單元組 合儀表進行自動控制，其余二臺（或三臺）ZAJW-1型自動調節蝶閥由閥門配制的電動執行器通過儀表盤上的手動操作器控制進行粗調，以達到對系統流量和壓力之調節。TYFZ型煤氣調壓閥組適用于高爐系統及其它需要通過流量、壓力調節保持穩定生產的系統。本閥組安裝在水平管道上時無方向要求，但常通管應置于閥組下方，以保證在系統溫度下降時冷凝水的排出。安裝在垂直管路上時應考慮電動執行器的工作位置。我公司128m3高爐風機（主機）電機功率1250kw,進氣流量530min/s,進氣壓力0.098MPa,高爐風機（備機）電機功率1000kw, 進氣流量430min/s,進氣壓力0.098MPa,按以上數據推算，煤氣發生量在33000m3/h---38000 m3/h,，目前凈煤氣管道通徑為700mm，爐頂煤氣壓力應該在30kpa以內。我們想通過在凈煤氣管道上增加調壓閥組，以此來實現相對小高壓爐頂（40-50kpa），對將來高爐各項經濟指標的提高有利。

5．結束語 基于高爐爐頂壓力控制系統工藝標準和現場工礦的分析，進行了模糊PID控制算法的研究，確定了詳細的控制參數，設計模糊PID調壓閥組控制系統。該系統經過實踐檢驗，調壓閥組在高爐爐頂壓力全范圍內都能自動調節，在無需人工自動干預的情況下，模糊PID調壓閥組控制系統保證了爐頂壓力的穩定精度和抗干擾能力與本產品相關論文：焚硫工藝超高溫煙氣蝶閥