攀鋼集團西昌鋼釩有限公司能源動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, 為用戶提供滿足生產要求的合格煤氣, 設有30萬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。在全公司正常運行時, 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濟指標, 盡量實現“零”放散。

西昌公司3座高爐產生的高爐煤氣, 經DN3200主管道送入煤氣儲配站30萬m³圓形稀油橡膠密封型煤氣柜, 在正常運行時煤氣必須經過煤氣柜穩壓后再轉送至用戶, 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更符合用戶熱值要求的混合煤氣。過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。管道安裝由主管網至放散系統依次安裝盲板閥、電動蝶閥、氣動調節閥, 保證可靠切斷, 同時煤氣可按需放散。在儲配站高爐煤氣系統主要采用自動控制的方式來保證煤氣主管網壓力, 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實現自動放散功能。

2013年9月能動中心煤氣儲配站發生一起30萬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期處于備用狀態, 大型閥門長時間不動作, 在異常情況下閥門卡澀, 放散系統失去了放散功能, 最終采用人工操作大型閥門的方式實現煤氣的快速放散, 保證了煤氣柜和煤氣管網的正常運行。

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、電動蝶閥、氣動調節閥, 特別是氣動調節閥在雙氣缸的作用下, 無論從操作靈敏度、精度上都可以滿足生產要求, 根據現有的操作規程, 放散系統的盲板閥、電動蝶閥、氣動調節閥都采用自動控制的方式, 隨時具備放散條件, 而在實際運行中發現閥門易卡澀。2018年12月份閥門解體檢查發現, 閥門閥體出現了不同程度的銹死、結垢、軸抱死等現象, 同時閥門定位由于長時間不動作, 執行氣源中的水分在閥門定位器中形成水垢, 影響閥芯的動作情況。最終導致調節閥不動作、動作遲緩、閥位不準確等故障。具體現場閥門分解如圖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控制方式來運行放散系統, 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全部處于常閉狀態, 采用自動控制, 放散系統的大型閥門具有以下特點:動作次數少, 煤氣中含有部分粉塵和水分, 甚至包含一些腐蝕性氣體, 在實際的操作實踐中確實存在不足。

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

大型閥門執行機構, 調節閥調節單元系統故障點較多。電動蝶閥采用智能電動頭, 在閥門動作時, 易出現閥門電機故障, 電機在運轉過程中負荷較重, 電機發生燒毀、堵轉風險大。氣動調節閥閥門定位器的執行氣源壓縮空氣含水量大, 時間長會導致閥芯部分卡死, 調節單元調節性能不穩定。

大型閥門, 特別是這種應急系統的閥門在生產系統起到至關重要的作用, 針對放散系統的閥門閥體問題, 能動中心已制定詳細的閥門點檢標準和維修技術標準, 依據設備運行周期、點檢周期對大型閥門依據點檢內容對潤滑部位、卡死部位早排查、早發現。在執行維修標準時, 對出現的問題及時處理和解決。

運行方面:針對放散系統閥門的特殊性, 修訂原有的操作規程如下:盲板閥+電動蝶閥處于常開狀態, 調節閥處于常閉狀態, 同時要求制定固定的閥門活動周期。

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, 經過前期核算, 若30萬m³高爐煤氣柜退出運行后, 一套系統就可完全滿足放散要求, 同時小閥門在參與系統的調節中調節精度高, 性能更好。

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

(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, 將控制閥門的信號接入PLC系統。

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

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

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

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

為進一步驗證高爐煤氣放散系統優化后的效果, 同時為保證30萬m³高爐煤氣柜順利開展年修, 在30萬m³煤氣柜未解列之前, 對優化后的系統進行了24 h試運行, 對PID參數進行了重復試驗調校, 從試運行結果來看, 調節閥動作靈敏, 響應速度快, 對管網壓力控制比較準確, 主管網壓力按照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, 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, 對現場壓力信號接入示波器后顯示如圖4。

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

通過本次高爐煤氣放散系統的優化, 最終實現了在30萬m³煤氣柜年修期間, 放散系統自動控制管網壓力, 閥門動作靈敏度高, 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, 本次改造優化后, 能源動力中心對原有的操作制度也進行了優化和改進, 定期的維護和保養制度也是放散系統持久發揮作用的重要保證。