2010年第四屆全國焦化技術及生產年會 2010年 6月 8日 11日 182 焦爐 集氣管煤氣壓力控制系統(tǒng) 中的應用 王福珍 （ 天津天鐵冶金集團有限公司焦化廠 ） 【 摘 要 】 本文 闡述了 爐煤氣壓力控制 及軟硬件配置 ，對 集氣管煤氣壓力參數(shù)的選取 以及 煤氣壓力自動調節(jié)的調試過程 進行了詳細的描述 。 通過 本系統(tǒng) 調試 達到控制要求。 【 關鍵詞 】 集氣管 煤氣 壓力控制 在焦爐煉焦過程中，會有大量的荒煤氣產生，荒煤氣由集氣管收集 ,通過輸氣管網由鼓風機送往后續(xù)工段處理。由于產氣量隨結焦時間而變化，集氣管中的壓力不斷改變，特別是在炭化室進行推焦、裝煤時會造成集氣管壓力大幅 波動。當爐體內操作形成負壓時，空氣就會從爐門、爐蓋等處進入爐體，導致焦炭燃燒、灰分增加、焦炭質量下降。集氣管壓力的穩(wěn)定不但影響焦炭的質量，也關系到焦爐的壽命。所以必須對集氣管壓力進行控制，使其維持在設定的壓力范圍內，為此在反復比較、論證了多套自動化方案的基礎上，項目最后選擇 動化產品的解決方案。 化廠工藝流程 目前，天鐵集團焦化廠現(xiàn)有四座焦爐、三臺初冷器（ 2開 1備）以及三臺鼓風機（ 2開 1備）。焦爐煤氣從各炭化室通過上升管，并在上升管 被循環(huán)氨氣冷卻到 8090C ，然后進入集氣管。在氣液分離器與焦油、氨水分離，進入初冷器，在初冷器冷卻到 3540C ，然后通過鼓風機送往下道工序。如圖 1所示。 圖 1 煤氣工藝流程圖 響集氣管壓力的因素 炭化室內間歇地裝煤和推焦對集氣管壓力產生較大的沖擊； 結焦時間的變更和加熱制度的變化使得產氣量存在明顯波動； 煤的成分、裝煤量的變化以及實際推焦時間的變化也會影響到集氣管的壓力變化； 各焦爐之間的相互耦合，在初冷器前吸力穩(wěn)定的情況下，任一焦爐壓力的波動，都會影響另一焦爐壓力； 初冷器前吸力 變化的影響，在鼓風機吸力不變的情況下，機后設備的阻力發(fā)生變化或煤氣用戶的2010年 6月 8日 11日 2010年第四屆全國焦化技術及生產年會 183 用量發(fā)生變化時，都會引起機后壓力的變化，進而引起初冷器前吸力的變化，在煤氣發(fā)生量穩(wěn)定的情況下，該吸力勢必引起集氣管壓力的波動； 循環(huán)氨水流量和溫度的變化，荒煤氣 冷卻系統(tǒng)是否暢通、阻力大小也影響壓力的穩(wěn)定 ； 爐門、爐蓋密封不嚴引起集氣管壓力降低； 氨水量的變化形成瀑布，從而增加荒煤氣的流動阻力。 統(tǒng)的組成 把現(xiàn)場采集 壓力 信號 ，轉變?yōu)?4 二線制變送器提供配電電源，并把二線制變送器傳來的 4 20 20 安裝有 括 1塊 塊， 1塊 2塊 其中一塊備用， 1 塊 所示。 圖 2 原理圖 執(zhí)行機構的原理：由上位調節(jié)儀表來的 4 20，在單片機內與閥位信號進行運算比較， 輸出相的開關信號，用于驅動伺服電機的正反轉動，經機械減速變換后驅動閥門。閥門位 開度經位移傳感器檢測變換。為與位移成比例的電壓信號，這個信號經 A/ 位信號經過各種變換，可對閥門的行程特性進行變換。執(zhí)行機構有自動及手動兩種工況。在自動工況，閥位開度由調節(jié)輸入信號控制，實時跟蹤調節(jié)信號；在手動工況，閥位開度由手動操作按鍵開關控制。閥位信號在 經 D/ 20系統(tǒng)顯示及跟蹤控制用。圖 3為智能執(zhí)行機構原理圖。 2010年第四屆全國焦化技術及生產年會 2010年 6月 8日 11日 184 圖 3 智能執(zhí)行機構原理圖 位監(jiān)控計算機：上位監(jiān)控計算機通過 與現(xiàn)場 統(tǒng)通訊，作為人機界面實現(xiàn)系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的顯示統(tǒng)計、對現(xiàn)場 控制 。 統(tǒng)的工作過程 系統(tǒng)由 服、執(zhí)行機構、調節(jié)翻板、檢測變送單元組成，現(xiàn)在很多執(zhí)行機構系統(tǒng)里集成了伺服系統(tǒng)。當給定值 等于 測量值， 出模塊 出值 等于 執(zhí)行機構反饋值，伺服系統(tǒng)進行比較放大，執(zhí)行機構保持不動。當給定值 大于 測量值 , 出模塊 出值 大于 執(zhí)行機構反饋值，伺服系統(tǒng)進行比較放大 ,觸發(fā)正轉可控硅導通，執(zhí)行機構正轉調節(jié)翻板，直到給定值 等于 測量值。 反之，則 執(zhí)行機構反轉調節(jié)翻板，直到給定值 等于 測量值。 圖 4為系統(tǒng)流程圖。 圖 4 系統(tǒng)流程圖 態(tài)王軟件概述 組態(tài)王是運行在 8/用組態(tài)王，可以方便地構造適應自己需要的 “ 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ” ，在任何需要的時候把生產現(xiàn)場的信息實時地傳送到控制室。通過 組態(tài)王可實現(xiàn) 與現(xiàn)場的 I/ 態(tài)王軟件的組成 “ 組態(tài)王 ” 軟件系統(tǒng)由工程瀏覽器和畫面運行系統(tǒng) 部分組成 。 其中，工程瀏覽器內嵌畫面開發(fā)系統(tǒng)。 程瀏覽器 工程瀏覽器是 “ 組態(tài)王 ” 軟件的核心部分和管理開發(fā)系統(tǒng)，它將畫面制作系統(tǒng)中已設計的圖形畫面、命令語言、設備驅動程序管理、配方管理、數(shù)據(jù)報告等工程資源進行集中管理，并在一個窗口中進行樹形2010年 6月 8日 11日 2010年第四屆全國焦化技術及生產年會 185 結構排列。 態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng) 畫面開發(fā)系統(tǒng)具有先進完善的圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫中有多種數(shù)據(jù)類型，能合理地抽象控制對象的特性，對數(shù)據(jù)的報警、趨勢曲線、過程記錄、安全防范等重要功能有簡單的操作辦法。 面運行系統(tǒng) 于顯示畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立的動畫圖形畫 面，并負責數(shù)據(jù)庫與 I/通過實時數(shù)據(jù)庫管理從一組工業(yè)控制對象采集到的各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成報警、歷史記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能，并可生成歷史數(shù)據(jù)文件。 在工程實際中 ,應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制 ,簡稱 制。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握 ,或得不到精確的數(shù)學模型時 ,控制理論的其它技術難以采用時 ,系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經驗和現(xiàn)場調試來確定 ,這時應用 實際中也有 制。 我們的集氣管煤氣壓力控制系統(tǒng)采用 P：比例控制是一種最簡單的控制方式，其控制器的輸出與輸入誤差成比例關系。當僅有比例控制時，系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 I：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比例關系，對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大，即使誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而增大， 它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到為零。因此，比例 +積分（ 制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 D：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。 氣管煤氣壓力的 P， I 的選取 我們采用的是臨界比例法，利用該方法進行 制器參數(shù)的整定步驟如下：（）首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；（）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期，（）在一定的控制度下通過參考公式得到 制器的參 數(shù)。P=30I=24 動調節(jié) 調試 自動控制調節(jié)系統(tǒng)分為手動調節(jié)與自動調節(jié)，手動是自動的前提條件，如果手動無法調節(jié)到設定值，自動肯定是調節(jié)不了的。手動調節(jié)分為就地手動調節(jié)和遠程計算機手動調節(jié)。 地手動調節(jié) 通過手搖裝置調節(jié)執(zhí)行機構 ：斷 開調節(jié)翻 板 ， 若 出現(xiàn)手搖不動或動作遲緩，執(zhí)行電機本身硬件故障。常見有電機輸出齒輪單元故障、電機抱閘太緊。輸出帶上翻板，出現(xiàn)手搖不動或動作遲緩，則是管道翻板有 卡死現(xiàn)象 ， 活動翻板解決故障。 程手動調節(jié) 在就地手動一切正常的情況 下，打遠程手動調節(jié)，從全開到全關，依次檢測 出模塊 服輸入）反饋電流 4及觀察變化的勻速性，有無突變、或恒定不變現(xiàn)象。檢查 示狀態(tài)。反饋不在 4圍內，偏大或偏小，會出現(xiàn)跑單向現(xiàn)象，調節(jié)反饋模塊電位器，進行電限位調整。 動運行 在兩種手動均正常的情況下，打自動后，調節(jié)往單方向調節(jié)，存在規(guī)律性，說明是調節(jié)正反作用設置錯誤，在 動 運行時 ，觀察記錄曲線 是否正常， 波動大或者出現(xiàn)震蕩，2010年第四屆全國焦化技術及生產年會 2010年 6月 8日 11日 186 則是 置不合理 。調整 在振蕩頻繁時，要增加比例帶，曲線飄浮繞大彎時，要減少比例帶，曲線偏離回復慢時，積分時間要往下降，曲線波動周期長時，積分時間要加大，經過