电厂码头输煤系统的运行逻辑关系分析

沈启亮，杨 森

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州 510230）

引言

在印度尼西亚万丹省，由中方投资建设的两套百万千瓦燃煤发电机组，在卸煤码头至陆域厂区长达5km 的路径上，布置了两条输煤生产线，各输煤工段沿线采集相关主辅设备控制信号进入输煤DCS 总系统实行联动运行控制。本文主要根据各工段运行工作关系进行大联锁逻辑关系分析研究和设计，从而最大程度实现全线系统自动化运行和智能设备保护控制的目的。

1 输煤系统概况

输煤系统包括从码头煤船将煤料一直连续输送到煤场或锅炉原煤仓的整个系统，以煤场为界分为卸煤和上煤两部分，所有带式输送机双路布置，一运一备，具备同时运行条件。系统主要有码头卸船机、各工段皮带输送机、煤场斗轮机，以及皮带秤计量、除铁器、抑尘、采样、清洗、筛碎等辅助系统。在各输送工段有各种控制元件，如：温度信号、煤流信号、速度信号、堵煤信号、跑偏开关、拉绳开关、电气故障等。

1.1 输煤系统运行工艺流程

图1 输煤系统运行工艺流程

工艺流程图分成卸煤线和上煤线两种运行方式。卸煤线是码头卸船机从煤船上抓取煤料后，通过各段皮带机运送至后方各煤场堆存的输送路线。上煤线是码头卸船机从煤船上抓取煤料后，或者用斗轮机从煤场取料后，通过输送、三通分流转运、筛碎处理，直至锅炉原煤舱的输送路线。

系统采用DCS 程控方式，逆煤流启动，顺煤流停机，系统内各主辅设备通过DCS 进行逻辑关系连锁和保护，通过各落煤管三通分流装置进行主备路线切换，其中煤场段C1A、C1B 皮带机和斗轮机具备正向输送卸煤、反向输送上煤的功能特征，其它各段设备均为单向运行。

1.2 系统设备配置

辅助设备的布置，主要是在各工段进出料口布置干雾抑尘装置；在码头段入场煤皮带机和厂区入炉煤皮带机上布置皮带秤和校验装置进行计量和定期校验；在平直皮带端部区域设置刮水器用于刮除雨天积水；在各段皮带端部设置电磁除铁器用于去除煤流中铁质杂物；在卸煤线和上煤线各布置有采样装置用于煤质取样；在各段皮带头部回程带设置清洗装置用于清洗皮带；在上煤末段皮带前，设筛碎设备，以保证燃料粒度满足锅炉需要。

表1 输煤系统沿线主要设备

2 输煤系统正常启停的逻辑关系分析

输煤DCS 系统各工段设置联锁、解锁控制键，各工段在设备空载运行状态下，可用解锁模式退出全线连锁而分别独立运行，不受其它工段运行状态影响。在系统负载输煤运行时，煤流将各工段进行工作串联，系统各工段大联锁逻辑必须投入。

2.1 卸煤线系统运行逻辑关系分析

卸煤线系统主设备的启动，应根据逆煤流启动的原则，首先对全线设备送电并进入待启模式，且系统无故障报警点，依次将各工段系统大联锁投入。

1）启动斗轮机堆料模式空载运行，使设备达到额定带速并稳定运行，并不自动联锁上游段皮带机启动，而由运行控制人员远程操作下一工段启动，以确保运行安全；

2）根据卸料路线，远程启动C1A 或C1B 皮带机；如果启动前系统未检测到斗轮机允许卸料信号，则应自动联锁限制该工段皮带机启动，以防造成落煤管局部堆煤；

3）将落煤管三通远程对应放置，如选择卸煤至2#煤场，则需先远程启动C2A 或C2B 皮带机，并以C1B 皮带正常运行信号作为前置启动允许条件；如选择卸煤至1#煤场，则不需要C1B、C2A 或C2B 皮带机参加运行；

4）启动BC3 或BC4 管带机，并以三通落料口三通置位且无堵煤信号，或C1A 或C2A 或C2B 皮带机正常运行信号作为前置启动允许条件，以防造成落煤管堆煤。此外，由于BC3/4 管带机主电机是0～50 Hz 变频驱动线性提速方式，该工段达到50 Hz时的额定带速约需数分钟，之后方能进行下一工段远程启动，以防管带机出现非额定工况的煤料胀管和过载事故；

5）分别对应BC3 或BC4 管带机的运行线路，选择BC1 或BC2 皮带机启动，并以BC3 或BC4 管带机的正常运行信号作为前置启动允许条件；

6）BC1 或BC2 皮带机稳定运行后，所选卸船机应调整确认落料三通正确对应运行皮带，且必须收到该段皮带允许卸料信号之后，方可启动振动给料机卸料。根据3 000 t/h 的运能计算，每条皮带最多只能同时满足两台1 500 t/h 的卸船机满载卸料，因此必须对卸船机的运行进行联锁关系设定，即最多只允许两台卸船机同时向同一皮带卸料，以确保避免发生皮带堵煤和过载事故。

2.2 上煤线系统运行逻辑关系分析

上煤线系统主设备的启动，应根据逆煤流启动的原则，首先选择上煤路径，并对沿线设备送电进入待机模式，将该路径上各三通挡板准确置位，然后确认各工段系统联锁投入，且系统无故障报警点。

1）在根据原煤仓仓位情况获得“允许卸料”信号的前置条件下，启动C5A 或C5B 皮带机，皮带达速后，由控制人员远程操作下一工段的启动；

2）远程启动C4A 或C4B 皮带机，并以C5A或C5B 皮带正常运行信号作为前置启动允许条件；

3）远程启动C3A 或C3B 皮带机，并以C4A或C4B 皮带正常运行信号作为前置启动允许条件；

4）若选择2#煤场上煤：远程启动C1B 皮带机，并以C3A 或C3B 皮带机的正常运行信号作为前置启动条件；2#煤场斗轮机获得“C1B 允许上料”信号，即可由司操进行取送料作业；

若选择1#煤场上煤：先远程对应启动C2A 或C2B 皮带机，并以C3A 或C3B 皮带机的正常运行信号作为前置启动允许条件；再启动C1B 皮带机，并以C2A 或C2B 皮带机的正常运行信号作为前置启动允许条件；随后，1#煤场斗轮机获得“C1A 允许上料”信号，即可进行取送料作业；

若选择码头煤船直接上煤：在得到C2A 或C2B皮带机正常运行信号前提下，确认三通置位是否正确，然后按照BC3 或BC4 管带机→BC1 或BC2 皮带机→卸船机的卸煤线顺序依次逆煤流启动程序，进行码头至原煤仓的直接上煤作业。

2.3 输煤线辅助系统与主系统运行逻辑关系分析

皮带秤、刮水器、除铁器、干雾抑尘装置、采样装置、皮带清洗装置、筛碎装置等辅助系统设备的启停，要从生产和安全功能上进行区别。为防止主系统受到一些非必要影响条件造成频繁启停而影响设备寿命和生产效率，要对生产和安全影响较小的辅助设备仅做上位机报警设置，而对可能造成较大运行事故隐患的辅助设备报警，则必须形成联停信号纳入系统大联锁逻辑中。

1）皮带秤及校验装置，皮带秤的运行是伴随皮带机的运转而进行实时煤料称量，皮带秤输出的“正常工作信号”，应纳入输煤系统启停联锁条件之一，以确保计量工作不中断。链码校验仅在非卸煤时段进行维护操作，在输煤运行时应持续保持链码“非校验状态”信号投入逻辑联锁，以免干扰输煤作业。

2）刮水器装置，仅作为皮带空载运行时刮除积水所用，在输煤系统大联锁卸煤运行时应保持非工作状态的“抬犁到位”信号投入逻辑联锁。

3）除铁器，为防止煤料中的铁质杂物对皮带的破坏性伤害，必须及时对铁质杂物及时吸除。因此，电磁除铁器在系统卸煤运行时，必须与对应工段皮带机同步启动运行，其“正常运行信号”应投入系统大联锁逻辑中。

4）干雾抑尘装置，作为一套相对独立的辅助系统，以系统的“煤流信号”作为自动喷雾的主要运行条件之一。该辅助系统的停止和故障状态仅作为报警提示信号输出，不对主系统运行构成联锁约束关系。

5）采样装置，其运行系统自成一体，同样以系统的“煤流信号”作为自动采样的主要运行条件之一。对主系统运行造成可能干扰的是“采样头故障信号”，故需对该信号投入系统大联锁逻辑关系中。

6）皮带清洗装置，其辅助功能主要是清洗皮带回程上的粘附物，对皮带运行起到改善作用，其运行状态并不构成对主系统安全运行的影响。该装置可以伴随系统启动而自动运行，而其停止或故障信号仅作为报警信号反馈至上位机，不对主系统运行构成联锁约束条件。

7）筛碎装置，其系统内的振打器、滚轴筛是向下游工段和煤仓输送合格煤粉的关键，因此必须保证其安全可靠的运行状态，方可联锁启动该工段皮带运行。其它运行状态信号可作为报警信号反馈至上位机即可。

3 输煤系统急停保护的逻辑关系分析

系统的联锁急停保护，是防止设备受损或减少损伤程度的必要功能和手段，因此必须充分考虑各种工况下的急停条件，从各工段内部、主系统全线，以及各辅助设备内根据空载和重载的不同工况全方面分析其安全关联性，最终形成一道牢固可靠的防护屏障。

3.1 输煤主系统的急停保护关系

1）控制系统自动检测的急停保护

任一工段内部发生过温停机、皮带重跑偏、皮带重打滑、皮带撕裂、堵煤、关键回路失电等信号，或该工段设定的故障急停信号等，都应在最快时间内紧急自动停止该工段运行，并联锁主电机制动器制动；如果是重载卸煤运行状态，则必须联锁该工段的上游所有工段同步紧急停止；对于下游工段无急停条件下，一般按照清空下游皮带余煤后正常停止模式，使生产和设备安全处于最有利条件。

2）人工急停保护

现场发生其它意外情况，由现场巡检就地操作某一急停开关，信号输出后系统应即时联锁命令该工段急停并对电机联轴器制动；在卸煤运行状态下，也必须联锁该工段的上游所有工段同步急停；

3.2 辅助系统的急停保护关系

在输煤系统空载运行模式下，辅助系统内部的急停保护，不对主系统产生影响，仅对辅助系统自身有效，不与主系统设定联锁关系。

在卸煤运行模式下，皮带链码的“非校验状态”丢失、刮水器“抬犁到位”信号丢失、除铁器故障或“正常运行信号”丢失、采样装置“采样头故障”，筛碎系统故障或“正常运行信号”丢失等，都必须让所在工段急停制动并联锁上游工段同步急停。辅助系统本身的急停则应按照其内部控制逻辑执行。

4 结语

经过充分了解系统设备运行特性，对各种运行工况下的相互影响关系进行深入论证推断和严密的系统逻辑分析，建立制定出了《输煤顺控系统功能逻辑设计说明书》，并在系统调试初始阶段反复使用模拟方式进行各种工况试验，对后台逻辑漏洞进行了充分的完善，最后形成了如上图的输煤DCS主控操作画面。

在系统投入实体运行后，经过连续半年以上的运行观察，该套控制逻辑设计取得了圆满成功。