兰炭冶炼的自动化控制与探讨

付锦东，任晓慧，李强，刘诚诚

（陕西北元集团锦源化工有限公司，陕西 神木 719319）

0 引言

近年来，兰炭产业逐渐成为了新疆、陕西、宁夏等地区的重要煤炭转化工业之一，当前我们国家电石以及冶金行业对兰炭的需求量日益增加。兰炭的生产工艺并不复杂，并且产成品也比较单一，没有很高的技术难度，因此想要在兰炭行业实现高质量的发展，就一定要加强企业技术创新与应用，积极研发新技术与新手段提高工作效率。文章阐述了陕西北元集团锦源化工有限公司在兰炭冶炼过程中的工作现状，并根据其在兰炭冶炼生产过程中存在的一些安全隐患以及影响工作效率的问题，进行了自动化控制的方案实施探讨。

1 兰炭冶炼基本情况概要

兰炭作为一种新型的碳物质，是通过将煤炭进行低温干馏得到的，凭借着高含量固定碳、高化学活性、低灰分、低硫等优势，逐渐代替冶金焦进行电石、铁合金等物质的生产中，并且还能够取代焦炭进行冶金行业的应用。经过近30年的发展，已经初具生产规模，其产值也在不断攀升，并且成为了榆林市的重要经济支柱。但是其目前还存在很多技术缺陷有待进一步优化。

陕西北元集团锦源化工有限公司经营范围包括兰炭的加工销售，之前兰炭的生产过程主要还是依靠人为手工操作和控制，人工劳动强度也相对比较高，再有生产设备之间没有形成良好的自动相互协调，需要依靠工作人员丰富的工作经验来完成作业操控[1]。大量人工对生产过程的干预，对于生产过程的顺利开展以及生产效率的提升非常不利。因此锦源化工进行了兰炭冶炼过程的自动化改造工作，来满足日益增长的兰炭产量需求，提升企业经营效益，加速现代化建设进程。

2 兰炭冶炼工作现状

输煤系统主要是进行兰炭冶炼原料的供应，也就是将原料由原料厂经过皮带机等工具运送至生产炉的过程，在整个兰炭冶炼的过程中是非常重要的工作基础与前提，对于保障冶炼工作顺利开展极其重要。在实行自动化改造前企业兰炭冶炼工作运转相对稳定，但是还是存在一些亟待解决的问题。

2.1 煤气风机和空气风机未进行连锁控制

锦源化工有限公司原料分厂的碳化工序一共有四台离心式空气风机、两台罗茨煤气风机以及两台离心式煤气风机。其中，在工作电压方面：四台离心式空气风机工作需要使用380 V的低压电，而两台离心式煤气风机工作时则需要10 kV的高压电；在总管压力方面：机器正常运转的时候，空气的总管压力需要控制到7～10 kPa，而回炉煤气的总管压力需要控制到4～7 kPa。一旦出现低压失电的情况，空气风机就会停止工作，但是煤气风机还会继续处于工作状态，这样就会导致复合炉内的煤气倒窜到空气系统当中，引发爆炸，因而具有较大的安全事故隐患。

2.2 电液阀故障频繁

锦源化工原料分厂共有24台复合炉电液阀：包括6台空气总管供气阀门，6台回炉煤气总管供气阀门，6台炉顶放散阀门以及6台集气阀门。但是在实际使用过程中经常会出现漏油问题，还会出现自动关闭甚至无法打开的现象。较高的故障率给我公司兰炭冶炼生产过程造成了很大影响，不利于生产过程的稳定运行。

2.3 煤气系统调控繁琐

自动化改造以前需要有专门的职工负责复合炉炉内压力的调控工作。工作人员需要经过对煤气风机回流阀、回炉煤气至气柜出口阀门、大放散等阀门进行操作进而完成复合炉炉内压力的调整控制工作。而阀门的调整需要工作人员进行现场人为操作，需要占用较多的劳动力，并且劳动强度较大，操作不慎还会造成复合炉炉顶冒烟，对于工作人员的生命安全具有较大的威胁。

2.4 上煤系统效率较低

上煤系统需要将原煤经过皮带机等工具运送到生产炉中，在整个过程中还需要进行原煤的运送、破碎以及筛分等工作。改造前的复合炉上煤系统的插板阀门、皮带机的控制等工作，都需要工作人员在实施现场使用系统按键进行设备运转或停止的操作，这种传统人工方式一方面是需要较多的人力，较大的工作强度，不仅造成人力资源的浪费，也不利于工作效率的提升。另一方面操作过程中作业环境差，对于工作位人员人身健康也会产生较大的不良影响。

2.5 氨水罐区液位

榆林市在推进兰炭行业升级改造高质量发展的实施方案中，对兰炭企业污水处理工作提出了较高要求，要求全部兰炭或涉及兰炭的单位都要完成废水处理的全覆盖。但是锦源化工原料分厂的氨水罐区只能进行远传液位计报警，不能够根据氨水液位进行自动调节，如有人员操作不到位，将会造成氨水溢流污染环境的事件。

3 兰炭冶炼的自动化控制方案

3.1 实行煤气风机与空气风机联锁

针对因为空气风机与煤气风机工作电压不同造成的生产安全事故隐患问题，对煤气风机与空气风机实施联锁装置。在工作过程中，实时监测空气风机总管的压力，当其压力≤2 kPa的时候，强制煤气风机也停止工作，并且自动关闭各台复合炉内空气总管的供气阀门，避免因为空气总管压力的降低造成复合炉内煤气倒窜至空气系统，降低安全事故隐患。

3.2 电液阀更换为气动远程调节控制阀

锦源化工有限公司针对原料分厂的24台复合炉电液阀门（其中包括6台空气总管供气阀门，6台回炉煤气总管供气阀门，6台炉顶放散阀门以及6台集气阀门），进行全部更换，调换为气动调节控制阀门，实现DCS远程调节操作功能。在DCS操作台中设置紧急停炉按钮，能够实现复合炉内空气阀门、煤气阀门以及集气阀门等的自动关闭功能，并且自动开启炉顶放散。当有阀门出现故障的时候也能够执行同样的操作。

3.3 煤气系统总管增加远程控制回流阀门

在煤气风机进出口总管管线处增加一个型号为DN350的远程控制阀门，随时监测复合炉内的压力并进行调整。该阀门能够通过远程操控以及实地现场操作双重功能，在检修或者维修的时候能够进行独自隔离，不会影响到其他设备或程序的正常运行，当锁解除以后也具备远程单台设备的操控功能[2]。通过DCS远程调节煤气系统压力的方式，减少人员占用与人力资源的浪费，降低复合炉炉顶冒烟的安全隐患。

3.4 上煤系统实现远程操控改造

锦源化工有限公司针对原料分厂的备料系统主要包括3台受煤坑、1#原煤皮带、2台原煤振动筛、面煤皮带、2#原煤皮带以及3台缓冲煤仓。1#原煤皮带及2#原煤皮带可以在DCS控制台操控的基础上，将2#原煤皮带至3台缓冲仓之间的备料小车，由现场控制修改为使用DCS操作台进行远程控制。

在上料系统上，将3台加料可逆移动小车修改为配备DCS远程控制系统，在每个备煤仓口上方安装小车限位开关，负责进行每个备煤仓安装料位计；其次，由针对单向驱动小车皮带很容易发生跑偏的现象，将每台小车都修改为前后双向驱动，以此解决皮带跑偏问题。；此外，在每个备煤仓的仓口安装料位计、限位开关以及视频监控，开启备煤小车、煤仓闸板阀的联锁装置，保证小车备煤的仓口视频监控画面能够在DCS操作台单独出现，这样能够降低由于操作失误出现的操作问题；最后，将目前拥有的72台电动闸板阀控制系统全部引至碳化工段的DCS操作室，全部实现远程控制操作。

在每台备煤小车的车头与车尾跟随皮带支架设置2台防爆摄像头，该摄像头可以进行远程旋转与焦距调节功能，在信号传输方面使用无线Wifi网络，DCS操作室的操作人员可以通过调整摄像头来观察上煤情况。

3.5 氨水罐区液位联锁

兰炭的尾气中具有甲烷、氨气、一氧化碳、二氧化碳等多种成分，在这些成分当中，氨气极容易溶于水生成氨水，而氨水又因为是一种弱碱性的物质会对多种的合金物质产生腐蚀作用。所以，兰炭的尾气经常会对燃气或内燃机中的一些部分形成损害，降低生产装置的使用寿命[3]。依据榆林市推进兰炭行业升级改造高质量发展实施方案中的工作要求以及发电机组的需求，需要对兰炭尾气进行脱氨操作，而水洗脱氨则是一种性价比最高的方式。

由于水洗脱氨技术是采用水作为主要的吸附物质，所以对于氨水罐区液位的监测极其重要。在远传液位计报警装置的基础上，增加低液位远程补水操作，实时对液位进行监测，实现氨水罐区低液位远程补水。避免因为液位不足形成的脱氨故障，避免对大气形成污染。

4 兰炭冶炼的自动化控制达到的目的

兰炭冶炼的自动化控制达到的目的在于：当空气风机总管压力≤2 kPa时，联锁煤气风机停止运行，各台复合炉空气总管供气阀门自动关闭；通过将24台电液阀门更换为气动远程调节控制阀门，并实现远程调节操作，在DCS设置紧急停炉按钮；实现DCS远程调节煤气系统压力；实现上煤系统远程DCS操控，减少现场人员操作；实现氨水罐区低液位远程补水。

5 结语

综上所述，当前兰炭冶炼技术已经得到了较大发展，随之而来的是市场竞争日益激烈。在当前兰炭行业发展形势下，实行兰炭冶炼的自动化改造与控制，对于进行兰炭产业的技术创新升级具有重要意义，能够帮助企业起到很好的节能作用。兰炭冶炼的自动化控制与技术创新升级能够促进企业工作人员技术能力提升，提高管理水平与生产效率，进而实现企业高速以及高质量发展。