陈宗福1  段丽芝2

（1.昆钢环保搬迁改造指挥部；2.昆钢安宁公司检修厂）

摘  要  昆钢本部2000m3高炉为引进的国外高炉，比肖夫煤气洗涤环缝炉顶压力控制沿用了当时欧洲八十年代的控制技术，本文对此控制进行探究，介绍了控制方式、控制原理、使用中存在的问题、解决思路及改进后所达到的效果。

关键词  比肖夫  环缝锥体  TRT

1  前言

昆钢本部2000m3高炉为九十年代末引进欧洲卢森堡八十年代技术的大型高炉，于1998年10月建成投产。炉顶采用并罐式装料，齿轮箱倾动、旋转控制布料，炉顶粗煤气由四根上升管汇聚到一个球罐后经粗煤气总管下沉降到重力除尘器、旋风除尘器、比肖夫煤气洗涤塔进行粗煤气净化处理，处理后的水洗净煤气送往TRT余压发电装置降压，约150kPa压力的炉顶粗煤气最后处理、调控成8～12kPa水洗净煤气送入外网供各用户使用。

TRT余压发电装置为高炉建成后上的设备，高炉正常生产情况下，比肖夫煤气洗涤塔的三个锥体由高炉中控室控制对应环缝在某一位置、并且电气锁定，由TRT余压发电装置调控炉顶压力。高炉开、停炉和高炉生产异常，或者TRT余压发电装置故障时，则由高炉中控室控制比肖夫煤气洗涤塔锥体的环缝开度，从而控制炉顶压力。

2  比肖夫煤气洗涤环缝控制炉顶压力方式

比肖夫煤气洗涤塔内有三个锥体和相对应的环缝，经喷淋水洗涤后的净煤气流通三个环缝后流出洗涤塔，环缝开度大小与之锥体上下直线移动对应，包括现场液压站的模拟量液压伺服阀远程控制、220 VDC电气液压阀紧急远程控制和现场操作控制等三种控制方式。环缝外置磁性条型传感器检测装置，现场设检测仪表箱、控制仪表箱和电气操作箱，高炉中控室设仪表操作台，操作台上装有伺服阀手操器、紧急开关按钮、带信号灯的电气连锁按钮。模拟量液压伺服阀实现上位机和操作台都可控制，液压阀电磁阀电气控制仅能在操作台上实现紧急控制及现场操作控制。比肖夫煤气洗涤塔环缝开度信号各分一路4～20 mADC分别送至DCS系统和操作台手操器显示，DCS系统同时还采集现场液压站油路压力、差压和电气相关接点信号。液压站油路信号正常时才具备操控条件，否则比肖夫煤气洗涤塔内的锥体不能上下移动，环缝的开度也就不会发生变化。

2.1  模拟量控制环缝开度的炉顶压力调控

通常情况下，模拟量调控的精度比电气逻辑控制高，是一个连续调控的精密控制过程，可实现提前控制和反馈后的过程控制，在条件许可和较为精准的控制都会优先选用。因此，八十年代欧洲高炉比肖夫炉顶压力采用4～20 mADC输出控制，经中间仪表转换成-60 mADC～+60 mADC操控现场液压站内液压伺服阀动作，通过改变现场油缸油量进出的大小，实现锥体的上下直线移动达到控制环缝开度的目的。

模拟量控制的系统由现场外置磁性条型位置传感器检测装置、现场检测仪表箱（内装信号隔离器、24 VDC电源、开关、接线端子）、现场控制仪表箱（内装电流转换器、伺服放大器、24 VDC电源、开关、接线端子）、液压伺服阀、中控室操作台仪表（含手操器、信号隔离器、24 VDC电源、开关、接线端子）、DCS系统及上位机组成，见图1。  

2.2  电气逻辑控制环缝开度的炉顶压力调控

电气逻辑控制为紧急控制或控制要求不高下的控制，八十年代欧洲高炉比肖夫炉顶压力在设计时优先考虑模拟量控制时，同样采用电气逻辑紧急控制和现场操作箱控制。相同处都是控制驱动比肖夫锥体的油缸动作，不同处是模拟量控制油缸进出油量更精确、采用的液压阀结构形式不同，电气逻辑控制连锁较多。电气逻辑控制采用220 VDC驱动电磁阀的动作电压，控制电磁阀的线圈电压、操作台按钮供电为60 VDC，信号指示灯电源为24 VDC，克服了交流信号干扰的影响。

2.2.1  电气逻辑控制的系统构成

由现场操作箱、液压换向电磁阀、液压节流电磁阀、液压连锁电磁阀、中控操作台紧急开关按钮和各环缝带信号灯的电气连锁按钮、中控室控制继电器柜（内装继电器、开关、接线端子）组成。

2.2.2  逻辑控制流程

不用模拟量控制时，通过现场操作箱开关转换，可实现现场各环缝的控制和中控操作台通过紧急开关按钮对环缝的控制，为两种控制模式。

（1）现场操作箱控制模式

现场操作箱面板上有三个转换开关，分别为“S1”表示“电控”、“S2”表示“现场—远程、” “S9”表示“开—关”。“S1”处于电控位置，“S2”处于现场位置，操作“S9”转换开关，可实现液压换向电磁阀开关、液压节流电磁阀同时动作，与对应的椎体跟随上下线性移动，环缝位置阀位值对应变化，实现现场控制炉顶压力的目的。

此种控制与电气连锁无关，现场操作需要与中控室工长和操作人员联系。

（2）中控操作台紧急控制模式

现场操作箱面板“S1”处于电控位置，“S2”处于远程位置，在高炉中控室操作台操作紧急开、关按钮，此时三个环缝在原先位置同时向开方向或关方向动作，相对应的现场液压换向阀“开”或“关”、液压节流阀、液压连锁阀解锁的同时动作，释放紧急开、关按钮后，环缝开度定于某一位置。如要控制两个环缝开度，可把现场的另一个环缝的进出油路手动切断；如要控制一个环缝开度，可把现场的另两个环缝的进出油路手动切断。

在此种控制模式下，即使各环缝处在“锁定”或“解锁”任一状态，当操作紧急 “开”或“关”按钮时，现场液压连锁阀失电解锁，操作完后，各环缝“锁定”或“解锁”恢复为原来状态。“锁定”只在此模式下有用，“锁定”不仅是电气锁定，同时还是各环缝油路阀门的保险关断，以防液压换向阀动作后的泄漏。

（3）电气逻辑控制原理

现场操作控制：“S1”转换开关置于“电控”，“S2”转换开关置于“现场”，操作“S9”转换开关在“开”或“关”状态，即可控制环缝开度。 “S9”置于“开”状态时，油压换向阀“开”继电器K22 和节流阀动作继电器K24得电，油压换向阀“开”动作、同时节流阀动作；“S9”置于“关”状态时，油压换向阀“关”继电器K21 和节流阀动作继电器K23得电，油压换向阀“关”动作、同时节流阀动作。停止时，把“S9”置于中间位置，即“0”状态。见图2。

远程紧急控制：“S1”转换开关置于“电控”，“S2”转换开关置于“远程”，远程控制回路60VDC继电器K33得电，按下中控操作台紧急按钮“S84”或“S85”时，锁定的环缝解锁，三个环缝同时动作，松开按钮时，停止动作。如处于“锁定”状态下紧急操作，操作后需按下锁定按钮“S86”重新进行电气锁定。见图2、图3、图4。

3  使用中存在的问题及思考

3.1  存在的问题和操作情况

高炉投产后，由于还没上TRT余压发电装置，炉顶的压力控制只能通过比肖夫洗涤塔内三个锥体与环缝间的开度来控制。通常情况下，现场操作某一锥体使其停留在中间位置、切断油路，预留煤气流通通道，远程模拟操控另两个锥体与环缝间的开度，从而控制炉顶压力。但在使用过程中，发现液压伺服电磁阀使用寿命短、阀体内的油路小孔容易堵塞，导致驱动油缸的椎体运行不稳定或不动，达不到长期精准调控炉顶压力的目的。液压伺服阀为八十年代欧洲产品，仅有随高炉引进时多余的几个作为备件，一旦损坏只得送省外液压厂家修理和性能测试，修复后的伺服阀质量无法保证。可替换的伺服阀找不到，备件修复大多靠从有问题的伺服阀中拆好的零件更换，因此备件保供出现困难。维护上也需定期更换液压伺服阀。以至于后来的高炉操作中，就不在采用模拟控制炉顶压力，只得使用电气逻辑控制方式或现场手动液压阀动作来调控炉顶压力。采用电气逻辑方式可在中控操作台上和现场操作箱上操控，中控操作台设紧急“开”、“关”总按钮，三个环缝分别设“锁定”、“解锁”带信号灯的分按钮。

为了精确控制炉顶压力和执行挖潜节能的要求，高炉投产几年后上了TRT余压发电装置，正常情况下高炉炉顶压力通过TRT装置进行调节，异常情况则通过现场和中控操作台紧急开关按钮进行调节。

3.2  对问题的思考

在高炉异常情况下，炉顶压力调节通过远程电气按钮操控比肖夫环缝开度大小来实现调控的，因此，各环缝间必须实现电气连锁。在中控操作台可实现任一环缝、两个环缝、三个环缝的三种操控方式，送DCS系统的信号不变，动作时各环缝油路节流阀跟随动作，动作完后及时按“锁定”按钮锁定各环缝电气和油路阀门，此时信号灯相应发生改变。仅在连锁条件中做适当更改，不增加设备，仍保留模拟量控制。

4  电气控制逻辑分析和改进

4.1  控制逻辑流程分析

液压换向阀为双向电磁阀，控制各环缝油缸的动作。液压节流阀为单向电磁阀，得电时控制油量为一定值，失电时阀门全开。液压连锁阀为单向电磁阀，得电时关闭阀门、切断油路，失电时阀门全开。环缝开度发生变化中油缸要跟随动作，此时液压换向电磁阀得电“开”或“关”，同时液压节流电磁阀得电、液压连锁电磁阀失电。

4.2  实施方法及思路

电气连锁逻辑关系中解除“紧急运行状态”中“开、关”按钮控制的继电器P10-K33作用，即断开P10-K33线圈供电（见图5），使“锁定—解锁”电气连锁继电器P10-K33控制的常闭触点一直闭合或用导线直接短接，DCS系统给出的各环缝调节故障、液压系统油压＜60 bar、各环缝远程电气控制60 VDC电源依然保持原来的连锁状态（见图6）；与DCS系统的电气相关信号不作变动；现场电气操作箱、磁性条形位置检测传感器和检测保护箱因锈蚀进行更换。

4.3改进后的逻辑控制原理图及说明如图5、图6所示

图5说明：通过对各环缝“锁定”、“解锁”带信号灯按钮的操作，可实现三个环缝、任两个环缝同时朝“开”或“关”方向动作，也可实现任一个环缝“开”或“关”方向动作，相应环缝开度在操作台和上位机上进行显示，炉顶压力也跟随调控。操作前先解锁所操作的环缝，操作后及时锁定，对应的信号灯亮。

图6说明：取消P10-K33常闭触点作用，用导线直接短接。另两个环缝“锁定—解锁”控制依此方法更改。

4.4  改前、改进后的效果对比

改前的效果：主要作用为紧急操控，操控时三个环缝同时动作；三个环缝间控制没有电气连锁，如要调控炉顶压力，则需要人员到现场操作。

改进后的效果：调控作用增加，即能紧急操作，又能远程逻辑调控炉顶压力；三个环缝间实现控制连锁，在锁定状态下操作不起作用；取代模拟量调控。

通过上述对比，改进后的炉顶环缝控制具有远程电气操作按钮调控炉顶压力的功能，解决了模拟量控制对油脂要求高、液压伺服阀备件保供难的问题，增加了控制灵活性，降低了控制故障率。

5  结语

昆钢本部2000m3高炉比肖夫煤气洗涤环缝控制炉顶压力的探究中，以改进控制思路的方式解决使用中存在的问题，取得了较好的控制效果，为解决生产中存在的控制问题起到一个很好的启示作用。作为仪表维护技术人员，只有深入现场，了解工艺流程和生产操作、掌握相关设备的性能，应用所学知识，不断的实践和积累，才能解决检测控制中遇到的问题，更好地服务于安全生产。

6  参考文献

[1] 乐嘉谦.仪表工手册（第二版）[M].化学工业出版社.2004.

[2] 黄伟灵，郑志明.自动化仪表常见故障分析[J].大众科技.2012（9）:82-84.

[3] 杨波，乔明.实用电工技术[M].哈尔滨工业大学出版社.2015.