高炉风机拨风保安系统在重钢的应用

沈勇革,黄龙强,孙 红

热电

高炉风机拨风保安系统在重钢的应用

沈勇革,黄龙强,孙 红

(重庆钢铁股份有限公司,重庆401220)

为保证重钢新区保证高炉安全稳定生产，防止风机断风事故发生，对高炉风机拨风保安系统进行了一系列研究，在原系统上采取了一些改进措施，取得了显著效果，提高了拨风系统安全运行的可靠性。

高炉风机；拨风；保安

1 引言

钢铁联合企业中，炼铁是最关键的工艺，具有连续性生产的特点；炼铁是向高炉内部鼓风，让有一定压力和流量的空气托起矿石和焦炭，进行高温化学反应；高炉风机因故断风后，会引起高炉设备损坏，恢复时间长。根据送风管口灌渣铁的程度，高炉要恢复生产需要10~20 h；恢复到正常状态一般需要3~ 7 d，严重时需要半个月；灌渣事故将严重影响高炉乃至整个钢铁企业的生产经营，直接和间接损失巨大，所以必须为高炉配置高可靠性的供风设备，保证高炉供风系统安全可靠运行。为了避免高炉在供风系统突发故障时发生的突然断风，致使高炉发生“坐料”及“风口灌渣”重大事故，还必须配备可靠的安全冗余保障措施，即高炉风机拨风保安系统，实现各套鼓风机组之间在紧急情况下的拨风互保系统，实现对高炉的不间断供风。本文重点叙述高炉风机拨风保安系统在重钢新区的应用及如何提高拨风系统的可靠性。

2 高炉风机拨风保安系统建设的基本情况

重钢新区能控中心1#、2#、3#、4#电动风机是分别为股份公司1#高炉、2#高炉、3#高炉配套的工业风供给设备。电动风机配套为大型同步电动机，对电网可靠性和电能质量要求很高，受电网供电可靠性及风机系统自身可靠性的影响，单台风机很难做到不出现故障停机事故。如果运行的风机因故停机“断风”后，将造成高炉风口灌渣的严重事故，给高炉造成重大损失。因此，高炉生产对高炉风机提出了高可靠性供风的技术要求，重钢新区在建设时就采用了当今先进的高炉风机拨风保安技术，并与高炉同步建设投运。

重钢新区高炉风机拨风系统是由中冶赛迪设计和设备成套，程序设计是由上海德左编制的，2011年投运以来，由于在工艺、控制、电气设计上存在一些缺陷，设备存在一些隐患，致使2011年发生的几次拨风动作都不成功，给公司生产带来较大影响。针对存在的问题，相关技术人员对拨风系统存在的缺陷和隐患进行了全面的分析和清理，对工艺、电气、控制系统在提高可靠性上进行了一系列的研究和改进，使拨风系统的可靠性得到大幅度的提高，在2012年和2013年的数次风机故障断风时，拨风系统都可靠动作，对高炉安全稳定生产发挥了重要作用。

3 高炉风机拨风保安系统工艺简介

3.1 拨风系统组成

拨风系统组成：拨风保安系统由以下主要部分组成：3组拨风管道、6个电动隔离阀及三个电动拨风阀。现场检测仪表、PLC控制系统及上位机操作站。工艺流程图见图1。

图1 重钢新区高炉电动风机拨风保安系统工艺流程图

拨风阀动作时间是10 s，保证快速拨风。压力变送器采用三点检测，确保压力值的准确可靠。开关量：高炉休风信号、风机安全运行、送风阀状态、防逆流阀状态、电机跳闸等信号。

3.2 拨风条件

(1)主电机跳闸信号；

(2)放风阀全开或风机安全运行信号；

(3)止回阀全关信号；

(4)正常风管高炉送风压力（大于0.22 MPa），故障风管压力（低于0.22 MPa）。

3.3 控制原理

(1)高炉拨风保安系统：当一台运行的风机发生故障供风中断后，立即由另一台正常运行风机向故障风机所对应供风管道调拨一定量的工业风，来防止故障风机所供高炉风口灌渣事故发生，同时又要保证风机正常供风的高炉不受影响。

(2)动作过程：当高炉均正常生产时，对应的电机运行状态、止回阀、送风阀均开启。当高炉风机故障时，其对应止回阀都将关闭，送风总管流量减少、压力降低，自动控制装置按照程序设定进行逻辑分析判断。当满足拨风条件：安全运行、电机跳闸、止回阀关闭信号PLC系统收到，正常风管高炉送风压力（大于0.22 MPa），故障风管压力（低于0.22 MPa），PLC系统发出控制拨风的信号，拨风阀快速打开（时间10 s内），保证故障风机对应高炉不发生灌渣现象。

(3)待事故高炉渣铁出完后，解除拨风系统连锁信号，根据鼓风机风压及被拨风高炉的工况，缓慢关闭拨风阀，拨风系统退出完成。以后根据高炉需要并投入连锁信号，使拨风系统处于准备拨风状态。

3.4 拨风控制顺序

PLC可以按事先设定的程序实现控制。在3座高炉同时运行时，为了防止两台正常风机同时向事故风机拨风，设定了1#、2#、3#拨风管的动作优先级：2#风管拨1#风管（1#拨风阀动作）,3#风管拨2#风管（2#拨风阀动作）,1#风管拨3#风管（3#拨风阀动作）；假设1，2，3号风机运行，对应给1，2，3号风管送风。1对1，2对2，3对3。

1，2号风管之间为1#拨风阀，2，3号风管为2#拨风阀，1，3号风管道为3#拨风阀；如果在运行过程中，1#风机重故障停止，1#风管压力小于0.22 MPa, 2#风管道压力高与0.22 MPa,则1#拨风阀开,2#管道为1#管道拨风,如果2#管道压力小于0.22 MPa,3#管道高于0.22 MPa,则3#拨风阀开,3#管道为1#管道拨风。

3.5 控制逻辑

拨风保安系统控制逻辑设计图（以1#拨风调节阀控制为例）见图2。

图2 拨风保安系统控制逻辑设计图

4 高炉风机拨风保安系统运行状况及存在问题

因检测设备故障、通讯故障、控制系统异常、拨风阀操作电源异常、控制参数设置不合理等原因，都将造成高炉风机拨风保安系统拨风动作失败，经过实际运行，发现存在如下问题：

4.1 控制系统设计不完善问题

拨风系统采集的1#、2#、3#风机运行信号是通过通讯方式传送的，一旦通讯出现问题，拨风将不能可靠实现；拨风控制系统只有一套上位机，一旦死机，拨风系统将无法正常操作。

4.2 压力检测的可靠性问题

如拨风压力检测是关键信号，原设计只有一个压力检测信号，由于检测装置的可靠性不高，影响拨风条件的判断；

4.3 拨风系统单电源供电问题

高炉鼓风机站原设计系统为单电源供电，一旦发生对应供电系统停电事故，将造成电动拨风阀无操作电源，不能实现拨风功能；

4.4 拨风阀电源质量问题

拨风阀设计是电动阀，拨风操作要求在事故发生后很短时间内完成，所以对其操作电源的电能质量要求高，但高炉风机停机事故往往是由于电网事故引发，事故状态下其电能质量很难保证对操作拨风阀的要求。

4.5 拨风阀的行程开关问题

由于止回阀行程开关安装不合理，造成动作不准确，致使几次拨风不成功；

4.6 拨风压力参数的确定

拨风压力参数的确定是拨风条件满足的关键参数之一，关系到确保故障风机对应高炉不堵风口及非故障风机对应高炉的安全运行。

5 技术研究与改进

5.1 PLC控制系统改进

3台风机与拨风系统是独立的4套PLC控制系统，信号采集采用的是通讯方式，为了提高信号传输的可靠性，重新敷设通讯光纤，采用环网方式组网，避免信号采集的中断；为了防止一台计算机死机，拨风系统将无法操作，增加一个冗余的操作站，保证控制系统的可靠性。

5.2 压力检测信号的整改

在三个送风管道上各增加了2个压力检测远传信号，压力信号采用三选二逻辑方式，提高压力信号可靠性。

5.3 电源系统的改造

高炉鼓风机站拨风系统原设计为单电源供电，一旦本站对应母线发生停电事故，将造成电动拨风阀无操作电源，不能实现拨风功能，为此对电源系统进行了优化整改，由单电源供电改为双路电源供电。

5.4 增设电源

为了确保在事故状态下拨风阀的可靠供电，增设了一台容量为15kVA的EPS电源，当市电正常时拨风阀由市电供电，一旦市电失电或系统发生大幅度电压跌落时，EPS将在2~4 ms内提供逆变电源；同时为PLC控制系统和仪表系统增设了一台UPS电源，保证了拨风阀和拨风PLC控制系统的供电可靠性。

5.5 对止回阀行程开关的改进，增加了双行程开关

由于止回阀行程开关安装的原因，造成几次拨风不成功。主要原因是止回阀安装不合理，当止回阀在关阀过程中，由于重锤的作用力度较大，导致行程开关位置倾斜，接点未闭合，信号未发出。经过多次的研究与分析，进行了改造：准确测量行程开关的动作范围，调整了行程开关的安装位置，制作了专门固定行程开关的支架，并在重锤转动的圆盘上加装了一个圆弧面，当与行程开关接触时，不会造成行程开关损坏或倾斜；在设计安装行程开关90毅的位置，新加装一个同样的行程开关，接线并联，组成或门逻辑，其中任何一个开关动作，均能发出止回阀到位信号。

5.6 拨风参数压力的确定

利用高炉修风时间，在不影响高炉生产情况下，多方配合，对拨风条件的重要参数风机出口压力进行多次试验，将原设计的小于或等于0.15 MPa动作条件修改为小于0.22 MPa，达到了防止故障风机所供高炉风口不发生灌渣事故，且正常供风的高炉不发生炉况急剧变化而休风运行的目标。

5.7 控制逻辑的确定及拨风顺序的实验

目前鼓风机站电动风机是三用一备，分别对应三座高炉。为了实现：“二拨一”控制的可靠性。确定了拨风控制逻辑，拨风控制顺序（避免2个送风管道同时向一台故障风机对应的送风管道拨风，影响正常高炉的运行）。做了拨风顺序的实验：2#风管拨1#风管、3#风管拨2#风管、1#风管拨3#风管。

5.8 拨风条件的反复确认

拨风成功与否，拨风条件的确定至关重要。经过项目组反复开会讨论，确定了拨风条件：主电机跳闸信号到；放风阀全开或风机安全运行信号到；止回阀全关信号到；正常风管高炉送风压力大于0.22 MPa，故障风管压力低于0.22 MPa。满足这些条件，就开始拨风。

5.9 系统设置重要参数的历史趋势记录，便于动作后分析判断

在拨风系统增加拨风阀阀位开度信号、出口压力（新增2点）等历史趋势；还增加了风机运行状态信号记录，对每次拨风动作过程进行跟踪记录，有利于对每次动作过程进行分析评价。

6 应用效果

6.1 重钢新区高炉风机拨风控制系统从2010年投入试运行，由于在工艺、控制、电气设计上存在一些缺陷，设备存在一些隐患，致使2011年发生的几次拨风动作都不成功，给公司生产带来较大影响。

6.2 经过研究和改进后，系统运行稳定可靠，在2012年内拨风5次，2013年内拨风4次，成功率均达到100%，实现了对高炉高可靠的拨风保安功能。

The Application of Air Dispense Protection System for Blast Furnace Blower in Chongqing Steel

Shen Yongge,Huang Longqiang,Shun Hong
(Chongqing Iron and Steel Co.,Ltd.,Chongqing 401220,China)

To ensure stable production of the blast furnace and prevent the occurrence of wind supply failure of the blower,the air dispensation protection system of blast furnace was studied and some improvement measures were taken to modify the original system,which achieved significant effect and improved the operation reliability of the air dispensation sys原tem.

BF blower;air dispensation;protection

TH44

B

1006-6764（2014）10-0033-05

2014-06-10

沈勇革（1963-），男，大学本科学历，高级工程师，现从事能源技术管理工作。