摘  要  本文論述了高爐頂壓在異常失控情況下，對(duì)控制系統(tǒng)優(yōu)化后取得的良好效果。對(duì)控制系統(tǒng)從軟硬件上均進(jìn)行了針對(duì)性改進(jìn)，提高了系統(tǒng)的可靠性，達(dá)到了預(yù)期目的。

關(guān)鍵詞  頂壓失控  事故擴(kuò)大

1  前言

在高爐控制參數(shù)中，爐項(xiàng)壓力是非常重要的參數(shù)之一。高爐生產(chǎn)要求爐頂壓力必須穩(wěn)定。爐頂壓力不穩(wěn)定，會(huì)影響爐況順行，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致爐況失常，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度薄弱的地方被吹開，氣密箱煤氣竄入，爐頂設(shè)備密封損壞，煤氣管道移位，大量煤氣泄露，風(fēng)機(jī)喘振等重大危害的產(chǎn)生。

2  現(xiàn)狀

目前龍鋼的5座高爐，正常時(shí)頂壓均由TRT系統(tǒng)來調(diào)節(jié)。調(diào)壓閥組采用一組電動(dòng)（或液壓驅(qū)動(dòng)）調(diào)節(jié)蝶閥，作為非正常工況下的短時(shí)使用。

TRT通過自動(dòng)調(diào)節(jié)靜葉開度來調(diào)節(jié)頂壓，控制原理采用的是傳統(tǒng)的PID控制方式。自動(dòng)控制系統(tǒng)采用的是高可靠性的西門子S7-400H 冗余PLC，達(dá)到了通訊、電源、CPU的冗余熱備，具備很高的可靠性和可用性，平均無故障運(yùn)行時(shí)間充分滿足要求。

TRT接收來自高爐控制系統(tǒng)的頂壓設(shè)定值和實(shí)際值標(biāo)準(zhǔn)儀表信號(hào)，通過PID運(yùn)算，以增量方式輸出靜葉角度的實(shí)際控制值，取得了良好的控制精度，偏差可以控制在±3kPa以內(nèi)，能滿足高爐工藝的實(shí)際需求和高溫高壓煤氣的綜合利用。下圖1是龍鋼某高爐的頂壓實(shí)時(shí)曲線。（紅線為設(shè)定值，白線為實(shí)際值）

3  存在問題及解決措施

高爐頂壓的連續(xù)穩(wěn)定可調(diào)，在現(xiàn)有的控制系統(tǒng)中均能實(shí)現(xiàn)。但一個(gè)可靠的控制系統(tǒng)還應(yīng)能在異常突發(fā)情況下具有良好的響應(yīng)，能抑制事態(tài)向惡性發(fā)展，將危害降低到最小，這也是每個(gè)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和后期運(yùn)行時(shí)應(yīng)該關(guān)注的地方。龍鋼高爐在生產(chǎn)過程中，也曾發(fā)生過由于各種原因造成頂壓突然升高的現(xiàn)象。幅度較小時(shí)，TRT系統(tǒng)能夠積極響應(yīng)。但在由于各種原因引起的大幅升高時(shí)，TRT機(jī)組由于保護(hù)機(jī)制會(huì)自動(dòng)退出，由旁通閥來實(shí)施短時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)。理論上確實(shí)應(yīng)該如此，但實(shí)際上有的設(shè)備由于長期處于備用或待機(jī)狀態(tài)，其動(dòng)作可靠性不能及時(shí)掌握，曾造成了高爐憋壓，煤氣管道移位達(dá)數(shù)10cm的險(xiǎn)肇事故。

單靠操作人員時(shí)刻監(jiān)測(cè)工況的變化，并不能有效解決存在的問題：“人防不如技防”。針對(duì)這些實(shí)際存在的問題，龍鋼公司煉鐵廠組織電儀及自動(dòng)化專業(yè)人員，對(duì)頂壓控制可靠性進(jìn)行了專門的討論研究，提出了一系列改進(jìn)措施，也收到了良好的效果，具體有以下幾方面。

3.1  信號(hào)采集回路改進(jìn)

3.1.1  存在問題

高爐上升管處安裝了兩臺(tái)用來測(cè)量頂壓的壓力變送器，但原來的信號(hào)傳輸僅送出了一路信號(hào)到TRT。當(dāng)該臺(tái)變送器故障、取壓管堵塞或電纜線路故障時(shí)，造成檢測(cè)值非正常降低或回零，此時(shí)TRT靜葉會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)以維持某個(gè)既定的設(shè)定值。而此時(shí)的實(shí)際頂壓肯定會(huì)向更加高的方向發(fā)展，頂壓控制無疑會(huì)失控，存在明顯的安全隱患。

3.1.2  改進(jìn)方案

將兩路信號(hào)均送入高爐側(cè)PLC系統(tǒng)中，手動(dòng)選取其中的一個(gè)或自動(dòng)選取示值高的一個(gè)為頂壓實(shí)際值。在高爐PLC系統(tǒng)將被選擇的頂壓實(shí)際值一分為二，從兩個(gè)模塊分別送出到TRT，TRT同時(shí)接收這兩個(gè)信號(hào)，也自動(dòng)選擇一個(gè)示值較高的值作為頂壓的過程值來參與自動(dòng)調(diào)節(jié)，即PID調(diào)節(jié)中的PV值。這個(gè)好處是信號(hào)和傳輸均實(shí)現(xiàn)了硬件冗余。自動(dòng)選取示值較高的過程值，一定程度上避免了高爐由于信號(hào)采集缺陷引起的憋壓。

3.2  信號(hào)量程的差異化處理

高爐PLC對(duì)采集到的頂壓信號(hào)量程進(jìn)行差異化處理，如兩臺(tái)壓力變送器的量程均為0-600kPa，在程序中可將其中一臺(tái)設(shè)為0-602kPa等，使得兩臺(tái)變送器的示值略有偏差，方便自動(dòng)選取一個(gè)高值，而無需在兩個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)間之間頻繁切換。同時(shí)儀表量程的微小偏差不會(huì)導(dǎo)致頂壓的控制效果變差。

經(jīng)過以上兩個(gè)改進(jìn)，在示值為自動(dòng)選擇方式時(shí)，儀表工對(duì)任意一臺(tái)變送器進(jìn)行排污、疏通，甚至斷電更換，均可在線進(jìn)行，而不會(huì)對(duì)頂壓控制產(chǎn)生任何影響，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換，方便了維護(hù)。信號(hào)通過兩路電纜送給TRT，如果任意一根電纜故障，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)切換為正常的一路，同時(shí)崗位監(jiān)護(hù)人員在監(jiān)控畫面上能夠看到其中的一個(gè)信號(hào)處于明顯的不正常狀態(tài)，系統(tǒng)的可靠性得到了進(jìn)一步的提高。

3.3  優(yōu)化控制邏輯

采用多重措施保證高爐系統(tǒng)和管網(wǎng)不發(fā)生重大險(xiǎn)肇事件。考慮到TRT故障或設(shè)備工藝原因，頂壓不能得到有效及時(shí)的控制，導(dǎo)致壓力大幅提高，造成高爐憋壓。在程序中通過TRT重故障信號(hào)或頂壓過高信號(hào)來自動(dòng)控制減壓閥組管道閥門打開到設(shè)定角度（該值可以在工長電腦上修改，并做了權(quán)限設(shè)置和上下限幅，以防出現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤），此功能在操作畫面上設(shè)有投入/切除按鈕，頂壓過高設(shè)定值及減壓閥開度均可在畫面設(shè)定，有助于高爐操作人員根據(jù)具體情況采取合適的控制參數(shù)。系統(tǒng)的可靠性得到了提高，達(dá)到防憋壓的目的。下圖2為基本控制流程。

以上的設(shè)備動(dòng)作均由控制系統(tǒng)自動(dòng)完成，無需人工干預(yù)。

4  結(jié)語

需要強(qiáng)調(diào)的是，再完善的控制系統(tǒng)也需設(shè)備作支撐。煉鐵廠針對(duì)該項(xiàng)隱患，提出了高爐單位應(yīng)定期對(duì)調(diào)壓閥組的電動(dòng)蝶閥進(jìn)行檢查，并作小幅度的開啟關(guān)閉試驗(yàn)，確保閥門不會(huì)因煤氣中的雜質(zhì)導(dǎo)致卡死或動(dòng)作太慢等現(xiàn)象的出現(xiàn)，時(shí)刻處于可控狀態(tài)。

通過上述改進(jìn)，高爐再未因頂壓過高而引發(fā)重大事件的發(fā)生，在后期運(yùn)行中曾經(jīng)有供電系統(tǒng)閃絡(luò)引起的憋壓現(xiàn)象，控制系統(tǒng)均能可靠動(dòng)作進(jìn)行泄壓，確保了高爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。