焦炉集气管压力自控系统——解耦控制系统

董海龙

摘要:介绍了焦炉集气管压力自控系统——解耦控制系统的特点和工作原理。

关键词:解耦 集气管压力 鼓风机

一、解耦控制系统的特点

原来焦炉集气管控制系统采用PID单回路DCS控制系统,PID单回路调节手段(或手动调节)无法实现解耦。风机在设计选型时,都留有一定的余量,而在生产中,其煤气发生量是有波动的。液力偶合器调速在自控方面的唯一缺憾就是调速灵敏度低,由于液力偶合器的“调速勺管”每移动1mm鼓风机的转速就将变化上百转,而传统执行器的控制精度很难使“调速勺管”每次移动小于1mm。因此我们选用的执行器采用“数字式电动执行器”控制液力偶合器的鼓风机调速,使风机的工作真正有效的参与到集气管的压力调节当中。

功能简述:该装置是以工控机作为控制单元,以集气管蝶阀执行器与鼓风机液力偶合器为执行机构的工业自动控制装置。我们知道,焦炉煤气的发生量是波动的,为了保证集气管压力的稳定,必须使鼓风机的输送量与实际发生量相符。所以,必须对鼓风机进行及时调节,以保证集气管压力的稳定。该装置就是通过自动调节鼓风机转速、集气管蝶阀开度及放散蝶阀开度,以达到稳定集气管压力的目的。

二、解耦控制系统的工作原理

基本工作原理:系统根据反馈集气管压力与设定集气管压力的比较结果发出控制信号,对集气管蝶阀执行器进行控制——当集气管压力高于设定值(或有该趋势)时,则增大集气管蝶阀开度。当蝶阀开到一定程度集气管压力仍有高于设定压力的趋势时,工控机将发出升高鼓风机转速的控制信号,以增大吸力。通过鼓风机转速的调节,可使蝶阀角度在设定的范围内——保证足够的阻力分数,增加其调节的灵敏度。最终,系统将稳定在至少有一个蝶阀处于开度最大的状态下,以尽量减小系统的阻力,即最大限度地节省电能。鼓风机转速是根据集气管蝶阀阀位而非机前吸力进行调节,所以避免了由于机前(气液分离器、初冷器等)设备的阻力变化影响集气管压力——鼓风机真正地参与到了集气管压力的控制当中。

为了保证生产的安全,软件中设置了鼓风机前吸力上限指标——当机前吸力达到我们设定的上限时,不管集气管压力如何,鼓风机都将逐渐减速以使机前吸力恢复安全值。因为当气液分离器、初冷器等机前系统发生意外堵塞时,若不能及时被发现,机前吸力将迅速上升,煤气含氧量可能会增高,这对电捕的运行是不安全的。鼓风机的转速也有上下限限制,以确保设备安全。

三、操作要点

1.若某一集气管压力变送器有故障,须将该集气管蝶阀的控制方式转为“手动”,并将该集气管压力的设定值设成“0”,这样可以保证工控机对其它集气管的正常自动控制。

2.当故障恢复后转回为“自动”时,一定不要忘记将该集气管压力的设定值恢复成正常值。

3.若集气管压力发生振荡而较长时间不能稳定下来时,可将振幅较大的集气管压力控制方式转为“手动”——用鼠标小范围的修改阀位输出值,待系统稳定后再将其转回“自动”。

4.若鼓风机转速较低(接近转速下限)、机前吸力超标时,应适当开大“大循环”。

5.一旦鼓风机转速超出“高高限——低低限”的范围,工控机将发出语音报警,弹出“鼓风机控制”界面,并同时将该鼓风机的控制方式转为“手动”。

6.若因变送器故障或停电而使被控参数显示异常时,要及时将各控制选项转为“手动”。

7.在“鼓风机控制”界面内,根据鼓风机的实际情况,正确设置鼓风机状态——界面上显示的鼓风机状态(运行或停止)要与该鼓风机的实际状态相符。

8.当遇有停电时,要在UPS停止供电前将控制方式转到 DCS 或“手动”控制,然后按停机操作步骤停工控机——工控机绝不许非法关机。

下图为量程等参数的修改画面:

四、安全注意事项

1.正常情况下不能关闭工控机或退出“焦炉集气管压力自动控制系统”程序。若需要关机,要按正确的关机程序进行操作,绝不许“非法关机”或“硬重启”——按RESET键。

2.为保证生产的安全与稳定,需要在停工控机前将各蝶阀的控制开关搬至“仪表”位置;鼓风机转速的控制操作器也要转为“手动”控制。此时若需要“手动”调节鼓风机转速时,首先需要将该操作器的功能转为“手动”(以免恢复供电后自动动作而伤人);还要将该电动执行器电机端部的“手动/电动”调节轮向“手动”方向旋开(以松开“刹车”);然后拉出手柄就可摇动执行器了。当恢复“自动”后,要将“手动/电动”调节轮向“电动”方向旋紧(让“刹车”恢复工作,以避免发生振荡)。

3.“机前吸力低低限”是为保证系统安全而设的——当机前吸力(绝对值)超过我们设定的低低限时,鼓风机将自动减速(不管集气管压力的高低),所以,我们要在保证系统安全的前提下,尽量将该值设的高些,以保证有足够的调节余量(机前吸力超过其低限时鼓风机即不再自动加速);当机前吸力(绝对值)小于其“高限”时,鼓风机将快速加速。

4.一旦鼓风机转速超出“高高限——低低限”的范围,工控机将报警,弹出“鼓风机控制”界面,并同时将该鼓风机的控制方式转为“手动”。此时,若将其转回“自动”,鼓风机将连续调速(不管集气管压力的高低与机前吸力的大小),直到其离开临界转速。所以,当有该报警发生时,要求操作者要及时、正确地处理:若确是鼓风机的转速超出了临界转速,要马上“手动”调回到安全转速,同时用“大循环”配合,以保证机前吸力不超标和焦炉集气管压力的稳定;若是转速仪信号有误,要在故障排除后及时将其转回“自动”,以实现鼓风机转速的自动调节——保证焦炉集气管压力的稳定(鼓风机转速高于“高限”就不再自动加速;鼓风机转速低于“低限”就不再自动减速)。

五、结论

目前,解耦控制系统在我公司正常投入使用7个多月,运行状况良好,效果非常明显。有效保证了公司安全生产,提高了公司自动化水平,改善了环境污染。

(作者单位:唐山中润煤化工有限公司计控部)