焦炉集气管压力优化控制策略探析

摘 要：本文以我公司正在使用的焦炉集气管作为研究对象，提出一种行之有效且适用范围广泛的焦炉集气管压力调节性控制策略，希望可以为同行工作者提供理论性的参考。

关键词：焦炉集气管；压力；控制策略

引言

集气管压力是焦炉在生产过程中的重要控制参数之一，集气管压力稳定是焦炉正常生产、焦炉使用寿命延长及环境保护的重要保障。集气管压力是焦炉炉内具体压力的表征，如果这一指标达不到使炉内微正压的要求，便会导致炉内压力过高或过低。炉内压力过高则引发炉门、炉框等处冒烟冒火，同时对工作人员的健康造成危害。炉内压力过低则会导致空气吸入炉内，不但会进一步破坏焦炉的密封性，还将直接导致焦炭及荒煤气损失。集气管压力控制不稳定还会导致荒煤气放散，对厂区及周边环境造成污染。

1 焦炉集气管案例简介

本文以我厂二期焦化的两座焦炉为例，该焦炉炉型为JNDK55-07，集气管布置在焦炉焦侧，集气管为双吸气管，焦炉与回收车间水平高差47米（焦炉为低端），两座焦炉集气管的4根吸气管汇集到一起，最终通过鼓风机将荒煤气送入回收车间回收与净化，鼓风机后设置有大回流阀。两座焦炉的集气管压力使用同一系统控制，均应用DDZ-II型的仪器单回路PI进行调整与控制。

因为系统本身的特殊性以及结构特点，集气管的压力控制效果一直不稳定，无法有效的控制在合理范围之内，标准范围为130至160Pa，但是实际控制效果只能够满足110至170Pa。借助在焦炉现场对焦炉集气管的压力仪表单回路控制系统进行多次实验分析之后，借助分析实验的数据以及压力记录的曲线、现场勘查结果等，发现三个方面的问题：①两座焦炉的集气管压力控制在同一系统下，单回路仪表的控制系统之间存在相互干扰、影响以及耦合的现象，同时只有一个压力参数改变的情况下，不但引发自身系统的执行机构的改变，同时导致其余压力都会出现改变，这样的循环性改变特性很难保障系统整体压力的合理性，导致集气管压力处于大幅波动状态，无法满足压力控制要求；②焦炉生产过程中的推焦、装煤、集气管清扫、打开上升管以及焦炉本身存在缺陷等情况下，均有可能导致集气管压力异常；③控制系统设计的缺陷，未将生产工况（如入炉煤水分改变时）的影响纳入考虑。

2 焦炉集气管压力优化控制策略

基于根据下位机确保生产，上位机的提升水平指导的思想，决定在下位机应用智能单回路调节，对四路集气管压力与引风机压力实行调节之后，保障系统的连续性工作。实际的应用中就是在上位机应用工业控制机的基础上，一方面采用数字模型的方式进行控制，另一方面采用仪器仪表实现及时显示、报警、打印等功能，通过两者之间采用双向通信功能，实现让工作人员及时掌握集气管压力情况的目的。控制系统的结构主要有：①显示器；②工业586控制器；③打印机；④RS-232/485通信功能；⑤多个单回路调节器；⑥生产过程。

2.1耦合程度与对象控制

以广义对象的耦合程度以及性质采用相对放大的系数来展现，这里所指的放大系数系数，主要是在互相耦合的几个控制回路当中，选择某一个回路，并促使其在各个操纵量都保持不变的情况下，只改变所需要考虑的几个操纵量，同时求出第一个放大系数，之后促使其它的被控制量都恒定在一个标准范围之内，同时实现只改变所需要考虑的那几个被控制量，从而计算出第二放大系数，第一放大系数和第二放大系数之间的比例也就是相对放大系数。如果相对放大系数越大，那么耦合的程度也就越大，反之越小。假设在行列当中，向对方打系数之间的差异也就越大。在实际的策略设定方面，主要是根据向对方打系数决定具体的控制量，从而确保控制效果。

2.2优化控制策略效果

在应用单位矩阵的综合方式组成解耦调节系统之后，在焦炉生产过程中的品质有明显的提升，其主要是体现在三个方面：①稳定性明显提升。其主要是因为借助解耦器，直接改善了控制对象的特性，同時确保系统特征方程的方程跟均落在根平面的左半部。对此，在任何情况下系统都可以保持相对稳定性；②压力控制及时性。一方面在跟踪的速度方面有明显的提升，同时过渡过程所需要的时间更短，促使压力的显示以及控制更非常快；③最大的偏差有明显减少。在应用系统之后，压力范围可以长期稳定在130至160Pa。通过投入数字模型控制之后，促使集气管压力控制的精确度明显提升，不仅可以显著提升焦炭的品质，同时在能源方面也有明显的节省，维修费用比较低，焦炉本身的使用寿命明显提升，不再存在黑烟的现象，不再存在环境污染、人体危害等现象，有明显的经济价值与社会价值。

3 结语

综上所述，为了更好的提高焦炉集气管的生产效率，提高设备生产过程中的安全性以及焦炉本身的使用寿命，采用行之有效的控制策略，并让焦炉集气管实现自动化的调节功能，已经成为目前焦化厂所必须改进的问题之一。本文能通过数字模型控制、显示报警打印两个方面的控制策略，能够基本实现高效率、及时性、自动化的控制效果，对于焦炉生产有着明显的改进效益。

参考文献：

[1]徐志华，金雪飞. 焦炉集气管压力控制系统改造[J].河北农机，2013，（06）：57-59.

[2]马长富. 多焦炉集气管压力控制策略的研究[D].山东轻工业学院，2009.

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