轉爐煤氣柜活塞水平安全自動控制監(jiān)測系統分析

引言

鋼鐵生產在轉爐吹氧冶煉過程中會產生大量轉爐煤氣,既污染環(huán)境,又造成能源的巨大浪費。隨著鋼鐵冶煉企業(yè)節(jié)能減排工作的積極推進,新型的轉爐煤氣柜作為煉鋼產煤氣的回收設備,不僅解決了轉爐煤氣回收的間斷性與用戶使用的連續(xù)性之間的矛盾,且摻勻了不同時段回收的煤氣,使輸出的煤氣成分更加穩(wěn)定。

目前常用的轉爐煤氣柜采用的是橡膠膜密封的維金斯干式煤氣柜。在轉爐煤氣柜的自動化控制過程中,煤氣柜活塞水平的自動控制監(jiān)測是整個轉爐煤氣柜煤氣回收安全運行的關鍵。

1活塞水平自動控制監(jiān)測

橡膠膜密封的維金斯干式煤氣柜工作原理是:氣柜無煤氣時,活塞全部落在底板上:當氣柜充氣壓力達到一定壓力值后,活塞上升,帶動活塞T檔板同時上升:當氣柜送氣壓力減到一定壓力值或轉爐煤氣加壓機運行后,活塞下降,帶動活塞T檔板同時下降:活塞與T檔板之間以及T檔板與側板之間的橡膠布簾隨活塞的升降卷上卷下,起到密封氣體的作用。

活塞上升或下降速度根據煤氣柜進氣量和出氣量大小在0～4m/min間變動,在活塞升降過程中,保持活塞的位置及水平尤為重要。一旦活塞沖頂或者出現過度傾斜、漂移,將引發(fā)嚴重后果。如因氣體外漏、活塞漂移以及活塞傾斜出現的柜體損壞等,都可能造成無法估計的損失,甚至會引發(fā)人員傷亡事故。因此柜位活塞平衡測量、預報是煤氣柜安全、穩(wěn)定運行的重要指標之一。

根據我公司多年來煤氣柜的施工經驗,總結出以下保證活塞長期水平安全運行的方式,以下幾種方式建議同時運用,可使各功能相互印證數據。

1.1方式一

采用合理的調平裝置系統。調平裝置由活塞相連的鋼絲繩、柜頂導輪及支架和平衡重砣及導軌組成。當活塞傾斜時,受拉的一段鋼繩會反方向對活塞傾斜自動校正。每套調平裝置僅能調整活塞在一個方向上的水平度。調平裝置應根據柜容大小沿圓周設置合理數量,因為每套裝置都是由從活塞徑向兩點引出鋼繩,裝置數量會影響柜頂上調平導輪的布置,同時平衡重砣的質量會影響自動校正活塞水平的能力。

1.2方式二

配置活塞水平(傾斜）度檢測儀。常用的活塞水平(傾斜）度檢測有活塞傾斜儀和四點活塞激光測距兩種方式。

1.2.1活塞傾斜儀

該測量方式采用U形管、差壓測量原理。U形管中充25#變壓器油,并在中間安裝差壓變送器,差壓與傾斜高度關系公式:

式中,AP為U形管兩側差壓:p為25#變壓器油密度,20C時正常值為895kg/m3,典型值為877.6kg/m3:g為重力系數,通常取9.8N/kg:h為U形管對應側高度差。

根據公式(1）得知,AP與h成正比關系:

同樣,這時傾斜角度9與傾斜高度關系如圖1所示,計算公式:

式中,9為U形管對應兩側的傾斜角:L為U形管對應兩側的長度,此長度安裝后為固定值:h為U形管對應側高度差。

根據公式(1）、(2）得到:

該測量方式雖簡單,但U形管、線纜安裝比較復雜,逐漸被四點活塞激光測距方式取代。

1.2.2四點活塞激光測距

該測量方式直接在氣柜頂部依次東、南、西、北活塞四方位固定安裝激光測距儀,直接測量相對柜頂到活塞上的距離。柜頂在最低時,我們分別標注初始值為H10、H20、H30、H40,活塞運行中測量值分別為H11、H21、H31、H41,則有四根活塞上升高度分別為:AH1=H10-H11:AH2=H20-H21:AH3=H30-H31:AH4=H40-H41。

比較AH1、AH2、AH3、AH4四者的大小,判別出傾斜方向,若最大值為AHmax,此活塞對稱側為AHmax0,則依據圖1及其計算公式(2）,可得:

式中,h=AHmax-AHmax0:L為活塞正對距離(氣柜設計固定值）。

該測量方式計算直接、安裝簡單、維護方便,而且由于有4個活塞高度實時測量,可將4個點做柜位儀測量用,省卻控制系統中的一個雷達或激光柜位儀,任何一個或兩個發(fā)生故障時,不會影響自動控制系統對氣柜活塞傾斜預警、氣柜柜位、氣柜升降速度的檢測和控制。該測量方式已成為氣柜活塞傾斜測量的主流方式。

1.3方式三

配置活塞漂移在線監(jiān)測裝置。近年來煤氣柜活塞T檔板漂移距離過大,撞到側板,導致氣柜出現安全事故成為常態(tài),為消除活塞漂移發(fā)生事故的隱患,可配置活塞漂移在線監(jiān)測裝置。該裝置包括傳感器、信號轉換模塊、電源模塊、觸摸顯示屏等,根據煤氣柜柜容大小在活塞T檔板上設置16～24臺傳感器,傳感器位置分別對應具體方位,通過測量T檔板與側板的間距,把分解出的數據一一對應,輸出4～20.m信號傳送至ALC。

2自動化優(yōu)勢

2.1現場人工控制問題

采用人工控制,閥門動作頻繁,容易損壞,閥門失控時有發(fā)生。為了安全生產,氣柜無法滿容量快速運行,貯氣量、輸氣量大打折扣,為防止氣柜冒頂,活塞運行到2/3容積時,便人工打開放散閥進行放散,既污染環(huán)境,又浪費煤氣:同時人工控制系統由于受人工因素影響,使管網壓力波動頻繁,直接影響各生產廠的壓力調節(jié)。綜上所述,氣柜運行隱患大,未發(fā)揮動態(tài)調節(jié)作用。

22活塞水平安全自動監(jiān)測系統

該監(jiān)測系統可靠性好、性價比高、干擾性強。氣柜自動控制監(jiān)測系統是煤氣自控的新思路,調節(jié)簡單、操作方便、控制穩(wěn)定。

23使用自動控制監(jiān)測系統的效益分析

提升了氣柜安全運行性,保證了氣柜的使用壽命:減少了煤氣放散量,增加了氣柜貯氣量。使用氣柜自動控制監(jiān)測系統,氣柜的有效容積增加,貯氣量加大,使煤氣放散量大大減少,節(jié)省了能源,凈化了空氣,經濟效益十分可觀。

3結語

通過以上分析,轉爐煤氣柜活塞水平安全自動化監(jiān)測系統的應用,直接和間接地為生產企業(yè)創(chuàng)造了效益,同時也是企業(yè)節(jié)能降耗、減污增效的有力舉措。進一步完善其自動化控制系統,使當今世界推行節(jié)能減排從口號變成了行動,也使氣柜運行更加安全。采用自動化手段對煤氣柜中活塞的運行狀態(tài)參數進行監(jiān)測,并實現有效的遠程監(jiān)控。通過傳感器和智能儀器自動采集現場數據,并遠程傳輸至監(jiān)控管理區(qū)域,實時顯示氣柜活塞的位置、傾斜度和漂移度參數,從而判斷氣柜運行狀態(tài),并對異常狀態(tài)實現預警或報警,對保障煤氣柜的安全運行具有重要意義。