丁理格、李延宏、纪勇攀、韩鹏 （达州钢铁集团有限责任公司，四川省达州市 635000） 摘要：本文以某钢铁企业新厂区1#、2#高炉工程为实例，详细阐述了其配套高炉鼓风机拨风系统的关键设计理念、控制逻辑、硬件配置及实景应用效果。该系统创新性地采用了基于独立PLC控制的拨风管道互联方案 ，将两座高炉的鼓风站联接起来。核心目标在于，当任一主鼓风机（采用三机同轴BPRT机组）发生突发停机故障时，系统能够迅速将另一台正常运行风机的部分风量紧急引至故障风机侧的高炉，以有效防止该高炉因瞬间失风导致的炉内料柱塌陷等重大安全生产事故。现场严谨的测试结果表明，该拨风系统响应速度达到秒级要求，能够将高炉风压平稳地维持在安全临界水平之上（由220Kpa降至约 120Kpa），成功保障了高炉的安全顺行，完全达到了设计预期目标 。本研究为同类大型高炉的安全冗余设计和工程应用提供了宝贵的实践经验和参考依据。 关键词：高炉；鼓风机；三机同轴BPRT；拨风系统；快速响应 1. 引言 高炉炼铁是现代钢铁生产的核心环节，其稳定、连续运行对整个企业至关重要。高炉鼓风机被称为高炉的“肺脏”，为高炉提供持续、稳定的冷风，是保障高炉顺行的关键设备[1]。一旦运行中的鼓风机发生突发停机故障，对应的高炉将在极短时间内失风，导致炉内料柱塌陷（塌料），不仅会造成巨大的经济损失，还可能引发设备损坏和安全事故[2]。 为应对这一极端工况，拨风系统（Air Distributing System）被广泛应用于配备多座高炉的钢铁企业[3]。该系统通过管道和快速切断阀将两座或多座高炉的送风管网连接起来，在一台风机故障时，由相邻的正常运行风机通过拨风管道向故障高炉提供紧急风源，为高炉休风或安全停机争取宝贵时间。本文结合某钢厂新厂区的具体实践，对其拨风系统的技术特点和应用效果进行深入分析。 2. 拨风系统设计方案 2.1 系统总体配置 本案例中新厂区1#、2#高炉各配备一座鼓风站，核心设备为三机同轴BPRT（Blast Furnace Power Recovery Turbine）鼓风机机组[4]，型号AV71-16，单机功率达27000kW。BPRT机组将鼓风机与能量回收透平机同轴布置，具有高效节能的优点，但其系统复杂性也对安全联锁提出了更高要求。拨风系统即为此高配置下的重要安全冗余设计。 2.2 管道设计 拨风系统的管道设计是功能实现的基础。主送风管道直径为1200mm，承担正常送风任务。拨风专用管道直径为500mm，这一尺寸经过计算，能够在紧急情况下输送足够的风量以维持炉内压力，同时又不会对正常运行风机的高炉造成过大的负荷冲击，影响其稳定运行[5]。 2.3 控制系统的独立性与可靠性 该拨风系统最大的设计特点在于其高度的独立性： 控制单元独立：采用独立的PLC控制器[6]，与主鼓风机控制系统分离。这种设计避免了因主控制系统故障而导致拨风系统失效的风险，极大提高了可靠性。 电源独立：配备独立的控制电源，确保在主电源波动或故障时，拨风系统的控制回路依然能正常工作。 连锁逻辑精简可靠：系统连锁逻辑设计摒弃了可能误动作的参数，体现了“安全优先”的原则。 3. 控制逻辑与硬件配置 3.1 核心控制逻辑 该拨风系统的控制逻辑经过精心设计，兼顾了响应速度与防止误动作： 触发条件：拨风系统的启动（即气动拨风阀开启）条件非常明确且唯一：“当前送风风机停机或安全运行，且其出口逆止阀已关到位”。逆止阀关到位是判断风机已真正退出运行、防止风倒灌的关键信号[7]。 母管压力低信号处理：母管压力低信号仅作为报警信号，不参与连锁停机或拨风。这是因为母管压力波动可能由多种因素引起，若参与连锁，极易导致系统误动作，影响生产稳定性。 阀门操作逻辑： 开启：气动拨风阀采用失电快开模式，一旦触发条件满足，立即快速全开，确保风量在秒级时间内补充到位。 关闭：气动拨风阀只设自动开，不设置自动关。拨风动作后，需要人工确认故障高炉已进入安全休风状态，再由操作人员手动关闭拨风阀。此设计避免了系统自动关闭可能带来的风压二次波动，将后续操作权交给经验丰富的工程师，体现了“自动触发，人工恢复”的安全操作理念。 电动阀状态：拨风阀两端的电动调节蝶阀始终保持全开状态，确保拨风通道时刻畅通，无阻力损失。 3.2 关键硬件配置 系统硬件配置完整，确保了功能实现： 每台风机出口配备1台气动助关止回阀，防止风倒灌。 每台风机出口配备1台电动送风调节蝶阀，用于正常工况下的风量调节。 拨风管道上配置2台电动送风调节蝶阀（两端各一），作为拨风通道的隔离和畅通保障。 拨风管道核心：1台拨风气动快开阀，要求极高的动作速度（通常全开时间＜3s），是实现快速拨风的关键执行器。 4. 系统测试与效果分析 在2座高炉建设投产初期，对拨风系统进行了严谨的实际工况测试。 4.1测试方法 利用管道试压过程，将两座高炉的热风放散阀关闭，使高炉管道压力上升至正常炉顶压力220Kpa。随后，主动模拟故障，将其中一台风机人为停机。 4.2测试结果与分析 4.2.1实验结果 拨风系统立即被触发，气动快开阀迅速开启。测试数据显示，两座高炉的管道压力均由220Kpa平稳下降至120Kpa左右并保持稳定。 (1) 成功干预证明 管道压力从220Kpa下降至120Kpa并保持稳定,而非直接降至零，这有力地证明了拨风系统的快速、有效介入。 （2）安全指标达成 120Kpa的稳定压力水平远高于高炉塌料的临界压力值，完全足以支撑炉内料柱，成功避免了失风引发的塌料事故。 （3）设计验证 测试结果完全符合设计要求和安全规范，证实了系统设计、设备选型（尤其是快速阀门）和控制逻辑的正确性与可靠性。 4.2.2可靠性验证 为验证拨风系统在紧急工况下的功能和可靠性，项目组在两座高炉投产初期进行了严谨的实景测试。测试方法是：将两座高炉的热风放散阀关闭，使管道压力达到正常炉顶压力220Kpa。随后，主动模拟一台主鼓风机的突发停机故障。 故障高炉侧（红线）：管道压力由220Kpa平稳下降，最终稳定在 120Kpa左右。这一压力水平远高于高炉塌料的临界安全压力（图中虚线所示的80Kpa，证明拨风系统成功介入并维持了炉内料柱的稳定，有效避免了塌料事故的发生。 供风高炉侧（蓝线）：在拨风动作瞬间，其管道压力仅有轻微下降，随后快速稳定在210Kpa以上。这表明500mm的拨风管道设计尺寸合理，在提供应急风量的同时，对正常运行风机的高炉负荷冲击极小，不会影响其稳定运行。 进一步为精确量化拨风系统的快速响应性能，我们利用具有毫秒级（ms）记录精度的高速数据采集系统，对从故障发生到应急风量输送到位的全过程关键信号进行了捕捉。 拨风系统展现了卓越的动态性能：最关键的拨风执行速度 -为2.635s，有力地证明了所选用的快速开启阀满足小于3s的设计要求。此外，从逆止阀关到位到拨风阀开始开启的控制延迟仅为 0.070s，体现了独立PLC连锁逻辑的高效和可靠性。总应急时间-仅用时5.390s，确保系统能在最短时间内建立安全风源。这一量化数据与图1所示的平稳压力曲线相互印证，共同支撑了系统设计的安全性和有效性。 5. 结论 某钢厂新厂区1#、2#高炉拨风系统的成功实施，是高炉安全生产领域的一个设计先进、运行可靠的典范案例。其关键成功因素可总结如下： 1、高安全冗余结构：采用了独立的控制系统和独立的电源，彻底避免了与主鼓风机系统间的干扰，安全等级高。 2、精简核心连锁：以风机停机和逆止阀关闭这两个最可靠、最核心的信号作为触发条件，最大程度地杜绝了系统误动作的可能性。 3、人机结合策略：遵循“自动触发，人工恢复”的操作理念，在保证紧急响应速度的同时，将恢复操作的最终控制权交给经验丰富的工程师，符合高炉生产的精细化管理要求。 该拨风系统的成功实践，对于保障采用BPRT等大型复杂机组的高炉安全生产、减少因非计划失风而带来的巨大经济损失具有重大意义。其设计理念和工程经验值得在同行业中进行广泛的推广和借鉴。
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