焦炉集气管压力控制系统改进

一、引言

焦炉集气管通过桥管和上升管与碳化室相连通，其压力大小直接反映了碳化室压力的变化，是炼焦生产过程中一个非常重要的指标，其稳定性不仅仅关系到焦炉的寿命，更直接影响着煤化工产品的质量和产量。因此，对焦炉集气管压力的稳定调节一直以来都是焦化厂普遍关心的问题。

在炼焦生产过程中，需保证各焦炉煤气压力在80～120Pa之间的稳定是焦炉正常生产的重要保证。若压力过高会导致炉子跑烟冒火、污染环境并且严重影响操作安全，造成能源的浪费；若压力过低，会使大量空气从炉门等不严密处进入炭化室，与焦炭及煤气燃烧造成损失，降低煤气和焦碳质量，同时也影响炉子寿命。

二、集气管压力控制影响因素分析

1、集气管压力调节回路之间的强耦合效应。焦炉集气管到初冷器前管道互通，任何一座焦炉集气管的压力波动都将影响其它各座焦炉集气管压力。在常规调节方式下，各个集气管压力独立调节，没有沟通和协调，任何一座焦炉集气管压力的调节过程必然影响到其它焦炉集气管压力的稳定，进而触发其调节机构的动作。不同焦炉集气管压力的调节过程相互影响，从而形成典型的集气管并联耦合振荡现象。这种振荡在推焦、装煤和喷洒高压氨水的过程中更加严重。

2、 初冷器前吸力不稳定。鼓风机后的煤气压力波动剧烈导致鼓风机前吸力的持续变化，并通过初冷器前吸力的波动直接影响焦炉集气管压力及调节过程，如果初冷器前吸力不稳定，将直接诱发集气管压力波动并触发振荡。目前，初冷器前吸力仅仅通过鼓风机进口翻板的开度进行粗略控制，吸力实际仍然处于连续的大幅度的波动状态，这无疑严重破坏了集气管压力的稳定。初冷器前吸力的扰动因素很多，例如焦炉加热换向、使用或停用高压氨水、鼓风机后压力的变化、焦炉产气量变化、初冷器阻力变化以及煤气用户用量的变化等等。

3、以前集气管压力控制采用DCS系统单回路控制处于孤立状态，缺乏相互顾及和协调。后来对集气管压力的控制采用程序控制，针对不同的状况采用不同的控制方式，但收效甚微。鼓风机后压力调节、鼓风机前吸力的变化、初冷器前吸力监控都是集气管压力控制的重要的因素，但这三个参数本身就变化大并且又相互影响，所以集气管压力的稳定控制就无法保证。

4、鼓风机前的吸力完全依靠机前翻板的开度进行调节 。为了保障鼓风机的稳定运转，防止气流变化太快导致风机出现异常，因此鼓风机前的翻板不可能快速调整，当鼓风机后的压力出现大幅度变化时，鼓风机前的吸力依靠机前翻板的调整来平稳机前吸力就显得比较困难，从而导致初冷器前的吸力剧烈波动，因此无法快速克服瞬间的集气管系统气量波动。气量的波动将恶化各个焦炉集气管的压力调节，并有可能使集气管调节翻板快速进入不灵敏区，失去调节作用。

三、集气管压力调节系统改造实例

中煤旭阳焦化有限公司二系两座焦炉原采用DCS系统单回路闭环控制系统。

原系统集气管压力控制原理：变送器分别检测出4、5号焦炉集气管压力信号转换为4-20mA DC信号，再经安全栅隔离转换为1-5V DC的信号，送入调节器与设定值比较并进行PID运算处理后给出控制信号去执行机构（气动）调节翻板开度，从而实现两炉压力的控制。机前吸力通过手动调节大循环翻板开度实现控制。

原系统缺陷：1、从结构上看，以前集气管压力控制采用DCS系统单回路闭环控制系统处于孤立状态，缺乏相互顾及和协调，且不稳定。2、执行机构采用气动方式，反应迟滞、灵敏度和准确度差，气路或信号异常易出现误动作。3、风机房大循环调节阀只能人工手动调节，机前吸力调节反映迟滞且工作量大。

新系统概述

焦炉集气管压力计算机模糊控制系统根据生产系统设备状况和工艺需要，采用SIEMENS PLC、 SIEMENS组态软件WinCC 6.2和Visual Basic 6.0，结合先进的经典的模糊控制理论，对系统重要工艺控制参数实现模糊随动闭环控制；对系统重要的工艺参数，实现计算机集中管理和显示，并实现实时监控，控制时间可根据生产工艺需要进行调节。同时，对参数进行监控，并进行上下限颜色报警，保证参数出现异常时及时发现，及时处理。

新系统原理

系统实现焦炉集气管荒煤气压力的智能分析和控制；装煤时间集气管荒煤气压力20秒内将压力调节至正常；焦炉压力控制设定值可在线修改；结合大循环自动控制，平衡吸力在管道内的分配，动态调整初冷器前吸力，“以动制动”，及时适应焦炉加煤、换向和机后阻力的变化，克服传统的分阶段定值控制“以静制动”适应性较差的弊端。在正常工艺情况下，焦炉集气管压力控制在设定值±20 Pa 。该系统将人的控制思维和经验总结为若干规则赋予计算机系统，使其具备人的智能，及时跟踪各焦炉生产环节和风机后阻力的复杂变化，根据焦炉压力变化的综合分析计算对风机入口阻力智能控制，同时对焦炉翻板的模糊调节，使之与不断变化的生产情况动态分配，确保各焦炉集气管压力的平衡和稳定。

新系统主要优势：

一、完整的焦炉煤气流体控制理论

该系统与传统的PID控制有本质不同，根据焦化生产工艺特性，进行了多项理论创新，主要体现以下几方面：1、焦化一体化控制理论；2、吸力无级动态控制调配理论；3、工艺提前控制理论；4、独特的焦炉间解耦控制理论。5、智能模糊控制理论

二、通过更换电动执行器（DZHJ-160E）主动快速克服推焦、装煤、喷洒高压氨水、焦炉换向对集气管压力的强扰动。

三、从控制上较好地解决了焦炉之间的耦合效应，利用大循环自动快速调整初冷器前的吸力，从而稳定集气管的压力，总体的控制效果还是不错的。

四、主动智能适应各种变化，控制效果稳定如一，不需要仪表维护人员经常整定参数。

五、计算机双机热备控制系统：两台计算机同时开机，一台执行控制任务，另一台执行热备用任务并监视控制机，当控制机发生故障，备用机立即自动执行控制任务。切换过程无扰动实现，不需要人工进行任何干预。双机热备提高了系统运行的可靠性。

六、 PLC双机热备控制系统：上位计算机双机热备，下位采用高可靠性的西门子S7-300控制系统，在两台计算机同时故障情况下，PLC可最大限度确保生产安全。

中煤旭阳焦化有限公司采用了西安中程自动化工程公司的多焦炉集气管压力无级模糊控制系统以后，集气管压力调节取得了明显的经济效益和环保成绩。

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