王彩琴，盧冬冬

（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪　271104）

萊鋼170 t鍋爐安全防護系統(tǒng)的優(yōu)化與改進

王彩琴，盧冬冬

（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪271104）

通過增加鍋爐語音報警、鍋爐自動吹掃和MFT跳閘等功能，對萊鋼黃前區(qū)170 t鍋爐安全系統(tǒng)進行了完善和改進，并研發(fā)了緊急狀態(tài)快速切斷保護系統(tǒng)，在異常情況下能安全停機，避免設(shè)備損害，延長鍋爐及主要設(shè)備的的壽命，降低故障停機率，切斷閥切斷時間達到2～3 s，增加自動反吹功能，減輕了工人勞動強度，改善了工作環(huán)境。

鍋爐；安全防護；快速響應(yīng)切斷

1　前言

隨著工業(yè)生產(chǎn)對電力需求的不斷增長，機組容量的不斷增加，運行參數(shù)隨之增高，機組系統(tǒng)也愈加復(fù)雜，對機組的安全要求也相應(yīng)提高。對于燃氣機組來說，其特點是參數(shù)變化快，執(zhí)行機構(gòu)多，各系統(tǒng)之間相互耦合，控制回路多，因此，僅靠人工手動操作顯然不能滿足機組的安全要求。尤其是事故或者是故障停機的情況下，要求相關(guān)的設(shè)備同時連鎖動作，這對機組的安全提出了更高的要求，連鎖停機保護系統(tǒng)必須滿足機組的運行要求。

萊鋼黃前區(qū)170 t鍋爐原滅火保護系統(tǒng)不夠完善，還有個別設(shè)備動作不靈敏，可靠性比較差，后又將燃氣輪機的高溫尾氣排入爐膛參與燃燒，存在很大的安全隱患。為滿足鍋爐的安全運行、可靠停機，對原鍋爐的滅火系統(tǒng)進行了完善和改進，并研發(fā)了緊急狀態(tài)快速切斷保護系統(tǒng)。

2　安全防護系統(tǒng)

2.1原系統(tǒng)缺陷

萊鋼黃前區(qū)170 t鍋爐原滅火保護系統(tǒng)安全不到位，火焰檢測器時好時壞，不能正常檢測鍋爐燃燒狀態(tài)；鍋爐聯(lián)鎖報警防護功能不完善，如爐膛壓力高、低、高高等多點報警；引風(fēng)機送風(fēng)機在設(shè)備運行不正常時不能提前預(yù)警；一些設(shè)備動作不靈敏，特別是切斷閥在控制系統(tǒng)發(fā)出切斷指令后，切斷時間需要4～5 s才能完全切斷，泄漏量比較多。

2.2系統(tǒng)的優(yōu)化改進

為保證燃料氣體的安全，對原系統(tǒng)進行優(yōu)化，增加了鍋爐語音報警、鍋爐自動吹掃和MFT跳閘等功能。

1）火焰監(jiān)視功能。通過火焰檢測探測器觀察火焰的強度，指導(dǎo)生產(chǎn)人員操作監(jiān)控畫面控制各層閥門的開度控制。

2）在線報警功能。設(shè)計報警系統(tǒng)能，以語音聲光報警的形式提前報告生產(chǎn)人員，鍋爐正處在哪類異常情況之下。語音報警的主要內(nèi)容包括:爐膛壓力高、爐膛壓力低、汽包水位高低、引送風(fēng)機故障、吹掃失敗、火焰強度低等報警。

3）吹掃功能。在鍋爐點火前、停爐后、點火失敗后能夠?qū)t膛進行自動或手動吹掃，以防爆膛或打炮。

4）MFT跳閘功能。當(dāng)鍋爐處于不正常運行情況時，立即手動或自動切斷進入爐膛燃料并停用相關(guān)的設(shè)備。以保護主設(shè)備的安全。

5）記憶功能。充分利用DCS自動控制子系統(tǒng)功能，當(dāng)MFT跳閘時分析記錄原因，并在工程師站的監(jiān)控畫面積立即顯示跳閘原因，還能自動打印事故原因及時間，追憶事故順序。

2.3快速響應(yīng)切斷保護

國內(nèi)有些燒高爐或焦爐煤氣的燃氣鍋爐，在快速響應(yīng)切斷保護系統(tǒng)中采用的快速切斷閥都是電動閘閥。電動閘閥的嚴密性較好，但是切斷燃氣所需的時間通常為1～2.5 min。在1～2.5 min內(nèi)進入爐膛的燃氣，就可能達到燃氣的爆炸極限而產(chǎn)生爆炸事故。如果在鍋爐熄火時，快速切斷閥（電動閘閥）能及時關(guān)閉，就可避免這種情況發(fā)生。需要分析切斷閥執(zhí)行機構(gòu)的動作和切斷時燃氣流量情況，找到緊急切斷時合理時間值，還需在后續(xù)調(diào)試中進一步修正。

2.3.1計算執(zhí)行機構(gòu)的動作時間

工程上使用的燃氣，幾乎都是數(shù)種可燃氣體的混合物，其爆炸極限可用勒·查特列（LeChatelier）公式計算。

當(dāng)燃氣中不含惰性氣體時:

當(dāng)燃氣中含有惰性氣體時:

式中:Xi為燃氣中各可燃組分的體積百分數(shù)，%；Li為燃氣中各可燃組分爆炸極限（上限或下限），%；X為惰性氣體的體積分率。

2.3.2執(zhí)行機構(gòu)關(guān)閉過程的流量特性

執(zhí)行機構(gòu)快速切斷閥關(guān)閉過程的流量特性由圖1可知，快速切斷閥開始關(guān)閉時間為T0時，燃氣流量為Q0；當(dāng)快速切斷閥關(guān)閉后時間為T1時，燃氣流量為0（不計泄漏量）。因此，在時間間隔ΔT=T1-T0內(nèi)，進入鍋爐爐膛的燃氣體積（即圖1中陰影部分的面積）為:Vd=0.5Q0ΔT（m3）。

圖1　快速切斷閥關(guān)閉過程的流量特性

當(dāng)進入鍋爐爐膛的燃氣體積Vd與爐膛內(nèi)空氣體積（其數(shù)值等于爐膛容積V1）混合后的體積含量小于燃氣的爆炸極限（下限）Ldx，那么就可以避免發(fā)生爆炸危險。即:Vd/（Vd+V1）＜Ldx。

進入爐膛的燃氣體積Vd，為了使選擇的快速切斷閥更安全可靠，計算中忽略了燃氣擴散、爐膛中滯留煙氣、引風(fēng)機倒轉(zhuǎn)、煙囪抽力及爐膛泄漏等因素對Vd的微小影響。

將式（3）代入式（4）得:

式中:ΔT為執(zhí)行機構(gòu)的允許切斷時間，s；Ldx為燃氣爆炸濃度下限，%；V1為鍋爐爐膛容積，m3；Q0為額定工況下進入鍋爐的燃氣流量，m3/s。

在實際調(diào)試中，主要是煤氣壓力參與切斷閥控制，當(dāng)高爐煤氣或焦爐煤氣壓力≤1.5 kPa時，切斷閥自動切斷停爐。同時，在后續(xù)生產(chǎn)中增加了引風(fēng)機跳閘、鍋爐汽包水位高高、汽包水位低低、集汽集箱壓力≥11.0 MPa、汽包壓力≥14.0 MPa和鍋爐緊急停爐時切斷閥也參與聯(lián)鎖保護。

3　結(jié)語

萊鋼170 t鍋爐安全防護系統(tǒng)優(yōu)化與改進后，保證了鍋爐的安全運行，在異常情況下能安全停機，切斷閥切斷時間達到2～3 s，避免設(shè)備損害，延長鍋爐及主要設(shè)備的的壽命，降低故障停機率；火焰監(jiān)控系統(tǒng)在線實時檢測用機器視覺代替信號檢測，增加自動反吹功能，減輕了工人勞動強度，改善了工作環(huán)境。

TK223.6

B

1004-4620（2016）05-0076-02

2016-07-11

王彩琴，女，1975年生，1998年畢業(yè)于包頭鋼鐵學(xué)院計算機及應(yīng)用專業(yè)?，F(xiàn)為萊鋼自動化部工程師，從事自動化控制工作。