承德新新钒钛股份有限公司棒材厂连扎加热炉汽化冷却仪表自动化控制特点及应用

田媛

汽化冷却技术是利用软水汽化吸热,带走被冷却设备热量的一种冷却方式。受水汽化条件的限制,在常规条件下汽化冷却只适用于高温冷却对象。对于同一冷却系统,用汽化冷却所需的水量仅为温升为10℃时水冷却水量的2%,且少用90%的补充水量,汽化冷却所产生的蒸汽还可以利用,并网发电或用于炉区取暖。承钢加热炉汽化冷却中的三冲量给水调节系统、蒸汽外送稳压系统、除氧水箱给水系统等控制系统,自动化程度高,调节效果良好,系统运行稳定,操作简便,保证了加热炉生产的顺行,并延长了被冷却设备的使用寿命。

1 工艺流程描述

为保证循环系统可靠、稳定地运行,防止冷却构件过热等现象发生,加热炉水梁及立柱汽化冷却方式采用强制循环汽化冷却。各冷却回路的冷却水在水梁中吸热后,部分水汽化,汽水混合物通过上升管进入汽包,在汽包内汽水分离,被分离为蒸汽及水,蒸汽送往厂区管网并网供各用户,参与全厂低压蒸汽平衡。汽化冷却系统分为循环水路系统、除氧给水系统、蒸汽系统、排汽排污系统等。所产蒸汽设计压力可在1.0～1.3MPa间调节,加热炉汽化冷却系统平均蒸发量～12t/h,最大蒸发量为～16t/h。

2 控制系统

2.1 控制系统的设计

承钢加热炉汽化冷却监控系统,运行于WindowsXP系统下,采用西门子的STEP 7 V5.4编程软件及WINCC 6.2画面监控软件。系统运行时,PLC系统采集现场数据,进行基础运算,并输出信号控制现场设备,本系统从PLC系统获得数据并实现显示、报警、记录、生成历史曲线和报表功能,并能手动控制现场阀门动作或选择自动由PLC系统实现自动控制。控制系统主要由三冲量给水调节系统、蒸汽外送稳压系统、除氧水箱给水系统等控制系统。

2.2 汽包水位三冲量给水调节系统

所谓冲量,是指调节器接受的被调量的信号。汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成。在汽包水位三冲量给水调节系统中,调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号,其中,汽包水位信号是主信号,任何扰动引起的水位变化,都会使调节器输信号发生变化,改变给水流量,使水位恢复到给定值;蒸汽流量信号是前馈信号,其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作,改善蒸汽流量扰动时的调节质量;蒸汽流量和给水流量两个信号配合,可消除系统的静态偏差。当给水流量变化时,测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化,所以给水流量信号作为介质反馈信号,使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰,使调节过程稳定,起到稳定给水流量的作用。

2.3 蒸汽外送稳压系统

蒸汽外送稳压系统采用单回路控制系统,以蒸汽压力为被控变量,以气关式单作用调节阀为执行器,多参数PID控制,即随着设定值与实际值的差值作为PID参数设定的标准,并配以快速开、关阀功能,保证了外网所需蒸汽压力需求。

2.4 除氧水箱给水系统

除氧水箱给水系统采用单回路控制系统,以除氧水箱水位计为被控变量,以气关式单作用调节阀为执行器,保证除氧水箱的水位在60格左右(量程为0格～90格)。

除上述控制系统外,承钢加热炉还有除氧器稳压系统,蒸汽压力放散控制系统,加之各种介质流量的计量、累积,曲线记录、数据记录、报警记录等功能,共同实现了承钢加热炉的仪表自动化控制,满足了承钢生产节奏、事故率低、操作简单、维护方便的要求。

3 控制系统的特点

(1)现场仪表具有较高的测量精度和可靠性,为控制系统的可靠运行提供保障;

(2)先进的三冲量给水调节系统完成对汽包水位的精确控制,从根本上消除了虚假水位对控制系统的干扰;

(3)简单实用的人机界面,降低了工人的工作强度,改善了工人的劳动条件。

4 现场实际应用中的问题及解决方案

(1)活动梁的进出口压力与流量的检测是检验进出口管道是否堵塞或泄漏的有效手段,正常情况下每根梁的进口或者出口壓力值和流量值近似相等,如果某个压力值或流量值相对于其他压力值偏小或偏大,则应检查压力变送器相应的管道是否有泄漏堵塞,以免步进梁被炉膛内的高温烧毁,影响生产的顺利进行。

(2)汽化冷却系统在加热炉生产中的安全性不容忽视,每个汽包应在现场设置一台双色磁翻板水位计用于现场观察水位;一台汽包专用远传式汽包液位计,将4～20mA信号送给PLC用于操作室的监控;对于汽包的水位的远程监控,应加以多种手段进行监控和报警,本设计中,设定水位为35格(量程为0格～60格),水位低于30格时,在画面中闪烁文字报警;在水位低于25格或设备故障时,除画面文字报警外,加以特殊声音报警(区别于加热炉其他声音报警),提醒操作人员及时分析原因或及时排除故障;当水位信号低于15格时,发出停炉指令,以免汽包被烧干。除了画面监控外,在汽包磁翻板水位计处加装工业电视,在操作室可以通过电视检查水位,以防万一;

(3)汽化冷却系统中的用电建议使用UPS电源,以免短期停电时对汽化冷却设备的失控。

5 结语

承德新新钒钛股份有限公司棒材厂连扎加热炉汽化冷却系统自2010年底投产以来,自动控制运行稳定,汽包水位精确控制在±5格内,汽包外送蒸汽压力控制在1.2MPa左右,从未发生因汽化冷却事故而产生的停炉状况,延长加热炉步进梁的使用寿命、降低了软水的消耗,对节能降耗起到了十分重要的积极作用。操作简便,深受现场工作人员的欢迎,达到了比较好的预期效果。