攀钢集团西昌钢钒有限公司能源动力中心煤气储配站主要负责全公司的煤气回收、存储、加压、混合工序, 为用户提供满足生产要求的合格煤气, 设有30万m³高炉煤气柜1座, 建设2座放散能力各为180000 m³/h的高炉煤气燃烧放散塔, 2塔并联。在全公司正常运行时, 西昌公司为提高燃料的使用率, 把高炉煤气放散率作为一项经济指标, 尽量实现“零”放散。

西昌公司3座高炉产生的高炉煤气, 经DN3200主管道送入煤气储配站30万m³圆形稀油橡胶密封型煤气柜, 在正常运行时煤气必须经过煤气柜稳压后再转送至用户, 一部分直接用于燃烧锅炉, 另一部分作为混合站原料气生产更符合用户热值要求的混合煤气。过剩的高炉煤气由站区DN3200管道上引出的DN2600放散主管至高炉煤气放散区域, 再由DN2000的管道分别引至2座高炉煤气放散塔, 燃烧后放散。管道安装由主管网至放散系统依次安装盲板阀、电动蝶阀、气动调节阀, 保证可靠切断, 同时煤气可按需放散。在储配站高炉煤气系统主要采用自动控制的方式来保证煤气主管网压力, 煤气柜设计有安全放散管1根 (D1220×6) , 紧急放散管 (D630×5) 10根, 保证在煤气柜位达到高高位时实现自动放散功能。

2013年9月能动中心煤气储配站发生一起30万m³高炉煤气柜超高位运行险肇事故, 导致此次事故的主要原因是煤气柜放散系统由于长期处于备用状态, 大型阀门长时间不动作, 在异常情况下阀门卡涩, 放散系统失去了放散功能, 最终采用人工操作大型阀门的方式实现煤气的快速放散, 保证了煤气柜和煤气管网的正常运行。

放散系统的DN2000的管道将高炉煤气分别引至2座高炉煤气放散塔, 设置的盲板阀、电动蝶阀、气动调节阀, 特别是气动调节阀在双气缸的作用下, 无论从操作灵敏度、精度上都可以满足生产要求, 根据现有的操作规程, 放散系统的盲板阀、电动蝶阀、气动调节阀都采用自动控制的方式, 随时具备放散条件, 而在实际运行中发现阀门易卡涩。2018年12月份阀门解体检查发现, 阀门阀体出现了不同程度的锈死、结垢、轴抱死等现象, 同时阀门定位由于长时间不动作, 执行气源中的水分在阀门定位器中形成水垢, 影响阀芯的动作情况。最终导致调节阀不动作、动作迟缓、阀位不准确等故障。具体现场阀门分解如图1所示。

放散塔系统旧的运行流程图在设计上存在重大缺陷, 大型盲板阀与蝶阀不可完全依靠自动控制方式来运行放散系统, 现控制逻辑图如图2所示。

在系统逻辑中, 所有的放散系统大型阀门全部处于常闭状态, 采用自动控制, 放散系统的大型阀门具有以下特点:动作次数少, 煤气中含有部分粉尘和水分, 甚至包含一些腐蚀性气体, 在实际的操作实践中确实存在不足。

放散系统调节阀采用PID调节的方式来控制管网压力, 而根据原有的设计, 放散控制压力点取自放散压力, 而放散压力距离高炉煤气主管网较远, 在参与实际的调节时, 调节系统不稳定, 存在系统缺陷。

大型阀门执行机构, 调节阀调节单元系统故障点较多。电动蝶阀采用智能电动头, 在阀门动作时, 易出现阀门电机故障, 电机在运转过程中负荷较重, 电机发生烧毁、堵转风险大。气动调节阀阀门定位器的执行气源压缩空气含水量大, 时间长会导致阀芯部分卡死, 调节单元调节性能不稳定。

大型阀门, 特别是这种应急系统的阀门在生产系统起到至关重要的作用, 针对放散系统的阀门阀体问题, 能动中心已制定详细的阀门点检标准和维修技术标准, 依据设备运行周期、点检周期对大型阀门依据点检内容对润滑部位、卡死部位早排查、早发现。在执行维修标准时, 对出现的问题及时处理和解决。

运行方面:针对放散系统阀门的特殊性, 修订原有的操作规程如下:盲板阀+电动蝶阀处于常开状态, 调节阀处于常闭状态, 同时要求制定固定的阀门活动周期。

在原有的两套系统的DN1600调节阀两侧分别增加DN700和DN800的调节阀各1台, 经过前期核算, 若30万m³高炉煤气柜退出运行后, 一套系统就可完全满足放散要求, 同时小阀门在参与系统的调节中调节精度高, 性能更好。

为实现新增调节阀门的控制系统与原有的调节系统完美拼接, 经过慎重考虑最终确定按照分阶梯压力等级控制方式, 来最终实现管网压力的保供。在阀门安装到位后, 结合西门子400控制系统STEP7和WINCC SP3编程组态软件, 实现压力自动控制 (系统压力根据不同的调节阀设定的调节压力, 自动投入调节, 同时PID调节参与系统压力修正, 始终保持高炉煤气主管网压力稳定) 。具体实施方案:

(1) 铺设电缆3×1.5 KGGP 500 V电缆300 m到DCS控制柜, 利用多余的AI、AO点, 将控制阀门的信号接入PLC系统。

(2) 完成程序。主要将实现逻辑:当主管网压力>11 kPa时, 1^#DN700调节阀投入调节, 当主管网压力>11.5 kPa时, 1^#DN800调节阀投入调节, 当主管网压力>12 kPa时, 2^#DN700调节阀投入调节, 当主管网压力>12.5 kPa时, 2^#DN800调节阀投入调节, 当主管网压力>13 kPa时执行原有控制逻辑, 主放散调节阀投入调节, 若次放条件满足, 次放调节阀投入使用;反之阀门逐步关闭。

(3) 重新完善画面组态, 程序归档。保留原有的放散控制画面, 在原有的画面上增加“高炉煤气自动放散控制”按钮, 制作新的变量和新的组态画面, 如图3。

(1) 系统压力测量点更换。在靠近主管网的取压点安装压力变送器, 同时将压力信号引入后台, 作为系统压力检测点, 参与系统PID调节。

(2) 增加压气脱水装置。在煤气储配站进站压缩空气主管网中, 增加一套脱水分离装置, 有效去除压缩空气中的水分, 同时阀门定位器前的调压阀采用新型自动排水调压阀, 压缩空气在进入阀门定位器之前的调压阀再次对压缩空气进行脱水, 可有效降低阀门定位器中的水分, 延长阀门定位器的使用寿命, 降低调节阀的故障率。

为进一步验证高炉煤气放散系统优化后的效果, 同时为保证30万m³高炉煤气柜顺利开展年修, 在30万m³煤气柜未解列之前, 对优化后的系统进行了24 h试运行, 对PID参数进行了重复试验调校, 从试运行结果来看, 调节阀动作灵敏, 响应速度快, 对管网压力控制比较准确, 主管网压力按照10±1kPa, 在试运行期间未影响高炉的稳定运行, 未影响锅炉及混合煤气系统用户, 未出现高炉煤气安全设施被击穿, 甚至漏煤气的现象。最终确定PID参数如表1, 对现场压力信号接入示波器后显示如图4。

待所有的优化方案全部落实后, 30万m³高炉煤气柜退出运行, 正式开始为期25天的年修工作, 在此期间放散系统实现了稳定、安全、高效的运行, 最终确定该改造优化是可靠、合理的。

通过本次高炉煤气放散系统的优化, 最终实现了在30万m³煤气柜年修期间, 放散系统自动控制管网压力, 阀门动作灵敏度高, 压力等级设计合理, 方案考虑周全, 保证了全公司高炉煤气系统的稳定运行。为降低后期的维护难度, 本次改造优化后, 能源动力中心对原有的操作制度也进行了优化和改进, 定期的维护和保养制度也是放散系统持久发挥作用的重要保证。