田媛

汽化冷卻技術(shù)是利用軟水汽化吸熱,帶走被冷卻設(shè)備熱量的一種冷卻方式。受水汽化條件的限制,在常規(guī)條件下汽化冷卻只適用于高溫冷卻對(duì)象。對(duì)于同一冷卻系統(tǒng),用汽化冷卻所需的水量?jī)H為溫升為10℃時(shí)水冷卻水量的2%,且少用90%的補(bǔ)充水量,汽化冷卻所產(chǎn)生的蒸汽還可以利用,并網(wǎng)發(fā)電或用于爐區(qū)取暖。承鋼加熱爐汽化冷卻中的三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)、蒸汽外送穩(wěn)壓系統(tǒng)、除氧水箱給水系統(tǒng)等控制系統(tǒng),自動(dòng)化程度高,調(diào)節(jié)效果良好,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,操作簡(jiǎn)便,保證了加熱爐生產(chǎn)的順行,并延長(zhǎng)了被冷卻設(shè)備的使用壽命。

1 工藝流程描述

為保證循環(huán)系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行,防止冷卻構(gòu)件過熱等現(xiàn)象發(fā)生,加熱爐水梁及立柱汽化冷卻方式采用強(qiáng)制循環(huán)汽化冷卻。各冷卻回路的冷卻水在水梁中吸熱后,部分水汽化,汽水混合物通過上升管進(jìn)入汽包,在汽包內(nèi)汽水分離,被分離為蒸汽及水,蒸汽送往廠區(qū)管網(wǎng)并網(wǎng)供各用戶,參與全廠低壓蒸汽平衡。汽化冷卻系統(tǒng)分為循環(huán)水路系統(tǒng)、除氧給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、排汽排污系統(tǒng)等。所產(chǎn)蒸汽設(shè)計(jì)壓力可在1.0～1.3MPa間調(diào)節(jié),加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)平均蒸發(fā)量～12t/h,最大蒸發(fā)量為～16t/h。

2 控制系統(tǒng)

2.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

承鋼加熱爐汽化冷卻監(jiān)控系統(tǒng),運(yùn)行于WindowsXP系統(tǒng)下,采用西門子的STEP 7 V5.4編程軟件及WINCC 6.2畫面監(jiān)控軟件。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),PLC系統(tǒng)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),進(jìn)行基礎(chǔ)運(yùn)算,并輸出信號(hào)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,本系統(tǒng)從PLC系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)顯示、報(bào)警、記錄、生成歷史曲線和報(bào)表功能,并能手動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)閥門動(dòng)作或選擇自動(dòng)由PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制?？刂葡到y(tǒng)主要由三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)、蒸汽外送穩(wěn)壓系統(tǒng)、除氧水箱給水系統(tǒng)等控制系統(tǒng)。

2.2 汽包水位三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)

所謂沖量,是指調(diào)節(jié)器接受的被調(diào)量的信號(hào)。汽包水位三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)由汽包水位測(cè)量變送器、蒸汽流量測(cè)量裝置及變送器、給水流量測(cè)量裝置及變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器等組成。在汽包水位三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,調(diào)節(jié)器接受汽包水位、蒸汽流量和給水流量三個(gè)信號(hào),其中,汽包水位信號(hào)是主信號(hào),任何擾動(dòng)引起的水位變化,都會(huì)使調(diào)節(jié)器輸信號(hào)發(fā)生變化,改變給水流量,使水位恢復(fù)到給定值;蒸汽流量信號(hào)是前饋信號(hào),其作用是防止由于“虛假水位”而使調(diào)節(jié)器產(chǎn)生錯(cuò)誤的動(dòng)作,改善蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)的調(diào)節(jié)質(zhì)量;蒸汽流量和給水流量?jī)蓚€(gè)信號(hào)配合,可消除系統(tǒng)的靜態(tài)偏差。當(dāng)給水流量變化時(shí),測(cè)量孔板前后的差壓變化很快并及時(shí)反應(yīng)給水流量的變化,所以給水流量信號(hào)作為介質(zhì)反饋信號(hào),使調(diào)節(jié)器在水位還未變化時(shí)就可根據(jù)前饋信號(hào)消除內(nèi)擾,使調(diào)節(jié)過程穩(wěn)定,起到穩(wěn)定給水流量的作用。

2.3 蒸汽外送穩(wěn)壓系統(tǒng)

蒸汽外送穩(wěn)壓系統(tǒng)采用單回路控制系統(tǒng),以蒸汽壓力為被控變量,以氣關(guān)式單作用調(diào)節(jié)閥為執(zhí)行器,多參數(shù)PID控制,即隨著設(shè)定值與實(shí)際值的差值作為PID參數(shù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn),并配以快速開、關(guān)閥功能,保證了外網(wǎng)所需蒸汽壓力需求。

2.4 除氧水箱給水系統(tǒng)

除氧水箱給水系統(tǒng)采用單回路控制系統(tǒng),以除氧水箱水位計(jì)為被控變量,以氣關(guān)式單作用調(diào)節(jié)閥為執(zhí)行器,保證除氧水箱的水位在60格左右(量程為0格～90格)。

除上述控制系統(tǒng)外,承鋼加熱爐還有除氧器穩(wěn)壓系統(tǒng),蒸汽壓力放散控制系統(tǒng),加之各種介質(zhì)流量的計(jì)量、累積,曲線記錄、數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警記錄等功能,共同實(shí)現(xiàn)了承鋼加熱爐的儀表自動(dòng)化控制,滿足了承鋼生產(chǎn)節(jié)奏、事故率低、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的要求。

3 控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)現(xiàn)場(chǎng)儀表具有較高的測(cè)量精度和可靠性,為控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供保障;

(2)先進(jìn)的三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成對(duì)汽包水位的精確控制,從根本上消除了虛假水位對(duì)控制系統(tǒng)的干擾;

(3)簡(jiǎn)單實(shí)用的人機(jī)界面,降低了工人的工作強(qiáng)度,改善了工人的勞動(dòng)條件。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中的問題及解決方案

(1)活動(dòng)梁的進(jìn)出口壓力與流量的檢測(cè)是檢驗(yàn)進(jìn)出口管道是否堵塞或泄漏的有效手段,正常情況下每根梁的進(jìn)口或者出口壓力值和流量值近似相等,如果某個(gè)壓力值或流量值相對(duì)于其他壓力值偏小或偏大,則應(yīng)檢查壓力變送器相應(yīng)的管道是否有泄漏堵塞,以免步進(jìn)梁被爐膛內(nèi)的高溫?zé)龤?影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

(2)汽化冷卻系統(tǒng)在加熱爐生產(chǎn)中的安全性不容忽視,每個(gè)汽包應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置一臺(tái)雙色磁翻板水位計(jì)用于現(xiàn)場(chǎng)觀察水位;一臺(tái)汽包專用遠(yuǎn)傳式汽包液位計(jì),將4～20mA信號(hào)送給PLC用于操作室的監(jiān)控;對(duì)于汽包的水位的遠(yuǎn)程監(jiān)控,應(yīng)加以多種手段進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警,本設(shè)計(jì)中,設(shè)定水位為35格(量程為0格～60格),水位低于30格時(shí),在畫面中閃爍文字報(bào)警;在水位低于25格或設(shè)備故障時(shí),除畫面文字報(bào)警外,加以特殊聲音報(bào)警(區(qū)別于加熱爐其他聲音報(bào)警),提醒操作人員及時(shí)分析原因或及時(shí)排除故障;當(dāng)水位信號(hào)低于15格時(shí),發(fā)出停爐指令,以免汽包被燒干。除了畫面監(jiān)控外,在汽包磁翻板水位計(jì)處加裝工業(yè)電視,在操作室可以通過電視檢查水位,以防萬一;

(3)汽化冷卻系統(tǒng)中的用電建議使用UPS電源,以免短期停電時(shí)對(duì)汽化冷卻設(shè)備的失控。

5 結(jié)語

承德新新釩鈦股份有限公司棒材廠連扎加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)自2010年底投產(chǎn)以來,自動(dòng)控制運(yùn)行穩(wěn)定,汽包水位精確控制在±5格內(nèi),汽包外送蒸汽壓力控制在1.2MPa左右,從未發(fā)生因汽化冷卻事故而產(chǎn)生的停爐狀況,延長(zhǎng)加熱爐步進(jìn)梁的使用壽命、降低了軟水的消耗,對(duì)節(jié)能降耗起到了十分重要的積極作用。操作簡(jiǎn)便,深受現(xiàn)場(chǎng)工作人員的歡迎,達(dá)到了比較好的預(yù)期效果。