镀锌线过热水循环系统技术改造

供稿|方锟，胡俊，余琼 / FANG Kun, HU Jun, YU Qiong

作者单位：马钢(合肥)板材有限责任公司，安徽 合肥 230001

内容导读本文介绍了连续热镀锌线过热水循环系统的工作原理，并从实际生产应用中发现该系统的硬件和软件存在原始设计不足和操作不便。通过对过热水补水系统的改造，实现了过热水运行的稳定性，解决了膨胀罐压力波动大影响整个过热水系统压力稳定的问题；新增的储水罐解决了气体进入过热水系统的问题，无需手动去炉顶对过热水循环系统进行排气，减轻了工作强度；过热水补水操作画面修改等优化改造大大提高了操作的便捷性，实现了过热水循环系统的可靠高效使用。

在连续热镀锌生产线中，清洗段需要热脱盐水用于清洗带钢表面的油污和铁粉[1]。热脱盐水采用与余热回收及蒸汽加热的过热水循环系统换热制取。马钢(合肥)板材有限责任公司连续热镀锌线过热水循环系统采用节能优化技术，根据流体力学与热交换原理，通过对系统中水泵、阀门与管网、换热器、补水罐等单元进行优化控制，将闭路循环的过热水终端的温度、流量和工艺参数严格控制在设定的区间内，达到吸收退火炉排放的热量并加热清洗脱盐水的目的。

过热水循环系统的工艺原理

工艺流程

连续热镀锌线CGL机组过热水循环系统循环流程：过热水循环系统中闭路循环的过热水与清洗段清洗脱盐水换热后温度下降到80 ℃左右，通过增压泵将过热水水压提升到8.5 bar后，输送到退火炉冷却段及废气排放的热交换器，吸收这两个区域的气体热量并使气体介质冷却，过热水温度会上升到110～125 ℃。过热水在进入清洗段换热前，过热水还会经过一个蒸气换热器，根据需要补充热量，确保过热水温度高于120 ℃。在过热水循环系统中还配置了一台膨胀罐，使用减压后的瓶装氮气保持罐内压力在5～6 bar，以稳定从清洗段回来的过热水压力，并通过补水以保持罐内液位。过热水循环系统工艺流程见图1。

图1 过热水循环系统工艺流程图

电气控制组成

本系统采用西门子S7-400PLC作为核心控制器。通过Profibus网络分别连接ET200远程站，采集现场压力和温度等信号；连接DP耦合器，连接G120变频器，来驱动增压泵进行循环水压力控制。

系统工作原理

两台循环水泵一用一备，根据水泵出口的实际压力通过PID闭环控制，自动调节水泵的转速达到设定压力(一般设置为8.5 bar)。FCV03A、FCV03B两个调节阀使用分程调节方式，控制与炉子冷却段换热的过热水水量，并使用PID闭环控制使此段换热出口温度稳定。TCV04为蒸汽换热调节阀，也使用PID闭环控制自动调节方式，保证过热水温度超过120 ℃。FCV05则是一个旁通调节阀，当清洗段用水流量变化时，此阀门根据泵前的流量计检测的实际流量与设定流量比较，通过PID自动调节方式控制阀门的开口度，以满足过热水循环系统的流量要求。

原设计存在的问题

原设计存在的问题：(1)补水管网不能保证水量，补水时会将补水管网中的空气带入膨胀罐；(2)膨胀罐内过热水和加压的氮气不隔离，空气氮气在水中有一定的溶解度，并随着温度升高而增加。过热水中含有气体的危害：一是使实际循环的过热水水量降低；二是会使水水换热系统向水气换热变化，造成换热能力降低，不能满足工艺要求；三是会产生气蚀，损坏水泵叶轮。

优化方案

如图2所示，在补水管网中增加储水罐作为缓冲，以保证补水量，去除补水时带来的空气；增加新膨胀罐，设置于原补水口与原膨胀罐之间，新膨胀罐配有气囊，补水进入囊中，使水气分离。

图2 系统改造示意图

改造后系统工作原理

在日常使用时，储水罐一直保持一定水位，当储水罐上安装的液位计检测到水位低于设定值时会自动开启YV01电磁阀加水至设定值。图2中的新膨胀罐是水气分离的，配有一个充气到3 bar的气囊并装有一个压力变送器。在系统运行时，新膨胀罐里面会充入水挤压气囊使压力达到5 bar。随着过热水循环管网中过热水损耗，原膨胀罐的满罐水会在新膨胀罐气囊压力下挤进过热水管道，在此过程中气囊内压力会减小，当压力小于阀值时，会启动补水向新膨胀罐中补水加压使之压力回到5 bar。

控制软件修改

(1)根据当前Step7-400PLC，在原补水系统程序的基础上增加一个液位传感器和一个压力变送器，修改控制逻辑，使补水系统补水稳定，满足生产需求。(2)修改后的程序流程如图3所示。

图3 改造后程序流程设计

HMI画面修改

改造后的HMI画面如图4所示：(1)增加储水罐，储水罐液位始终保持在420～500 mm；(2)增加新膨胀罐，新膨胀罐压力由补水增加压力，将膨胀罐压力保持在5 bar左右；(3)在画面添加一键切换新老系统按钮(在改造设计及施工时，已考虑新旧系统均可独立运行)。

图4 改造后的HMI画面

结束语

通过对过热水补水系统的改造，实现了过热水运行的稳定性，有助于提高产品质量；同时，解决了膨胀罐压力波动大影响整个过热水系统压力稳定的问题。此外，新增的储水罐解决了气体进入过热水系统的问题，无需手动去炉顶对过热水循环系统进行排气，减轻了工作强度。另外，过热水补水操作画面修改等优化改造，大大提高了操作的便捷性。经过实际操作验证，各项功能运行良好。